CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DE LAS COMUNICACIONES POR SATELITE
Un satélite puede definirse como un repetidor de radio en el cielo (transponder), un sistema satelital consiste de un transponder, una estación basada en tierra, para controlar su funcionamiento, y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción del trafico de comunicaciones, a través del sistema de satélite. Las transmisiones de satélite se catalogan como bus o carga útil. La de bus incluye mecanismos de control que apoyan la operación de carga útil. La de carga útil es la información del usuario que será transportada a través del sistema. En el caso de radiodifusión directa de televisión vía satélite el servicio que se da es de tipo unidireccional por lo que normalmente se requiere una estación transmisora única, que emite los programas hacia el satélite, y varias estaciones terrenas de recepción solamente, que toman las señales provenientes del satélite. Existen otros tipos de servicios que son bidireccionales donde las estaciones terrenas son de transmisión y de recepción. Uno de los requisitos más importantes del sistema es conseguir que las estaciones sean lo más económicas posibles para que puedan se r accesibles a un gran numero de usuarios, lo que se consigue utilizando antenas de diámetro chico y transmisores de baja potencia. Sin embargo hay que destacar que es la economía de escala (en aquellas aplicaciones que lo permiten) el factor determinante para la reducción de los costos. ¿Qué es una órbita?
Órbita es la trayectoria que recorre un cuerpo en el espacio a causa de la acción gravitatoria que ejercen los astros. El científico alemán Johannes Kepler (15711630) fue quien analizó, por primera vez, las órbitas a partir de cálculos matemáticos. Kepler postuló que las órbitas de los planetas del Sistema Solar son elípticas y destacó que el sol no es el centro de estas órbitas, sino uno de sus focos.
TIPOS DE ÓRBITAS Los expertos en satélites utilizan cuatro términos básicos para describir las diversas altitudes, que son los que son : GEO, MEO, LEO y HALE . Geo Abreviatura de Órbita Terrestre Geosíncrona. Los satélites GEO orbitan a 35848 kilómetros sobre el ecuador terrestre. A esta altitud, el periodo de rotación del satélite es exactamente 24 horas y, por lo tanto, parece estar siempre sobre el mismo lugar de la superficie del planeta. La mayoría de los satélites actuales son GEO, así como los futuros sistemas Spaceway, de Hughes, y Cyberstar, de Loral. Esta órbita se conoce como órbita de Clarke, en honor al escritor Arthur C. Clarke, que escribió por primera vez en 1945 acerca de esta posibilidad. Los GEO precisan menos satélites para cubrir la totalidad de la superficie terrestre. Sin embargo adolecen de un retraso (latencia) de 0.24 segundos, debido a la distancia que debe recorrer la señal desde la tierra al satélite y del satélite a la tierra. Así mismo, los GEO necesitan obtener unas posiciones orbitales específicas alrededor del ecuador para mantenerse lo suficientemente alejados unos de otros (unos 1600 kilómetros o dos grados). La ITU y la FCC (en los Estados Unidos) administran estas posiciones. Meo Los satélites de órbita terrestre media se encuentran a una altura de entre 10075 y 20150 kilómetros. A diferencia de los GEO, su posición relativa respecto a la superficie no es fija. Al estar a una altitud menor, se necesita un número mayor de satélites para obtener cobertura mundial, pero la latencia se reduce substancialmente. En la actualidad no existen muchos satélites MEO, y se utilizan para posicionamiento.
Leo Las órbitas terrestres de baja altura prometen un ancho de banda extraordinario y una latencia reducida. Existen planes para lanzar enjambres de cientos de satélites que abarcarán todo el planeta. Los LEO orbitan generalmente por debajo de los 5035 kilómetros, y la mayoría de ellos se encuentran mucho más abajo, entre los 600 y los 1600 kilómetros. A tan baja altura, la latencia adquiere valores casi despreciables de unas pocas centésimas de segundo. Tres tipos de LEO manejan diferentes cantidades de ancho de banda. Los LEO pequeños están destinados a aplicaciones de bajo ancho de banda (de decenas a centenares de Kbps), como los buscapersonas, e incluyen a sistemas como OrbComm. Los grandes LEO pueden manejar buscapersonas, servicios de telefonía móvil y algo de transmisión de datos (de cientos a miles de Kbps). Los LEO de banda ancha (también denominados megaLEO) operan en la franja de los Mbps y entre ellos se encuentran Teledesic, Celestri y SkyBridge. Hale Las plataformas de gran altitud y resistencia son básicamente aeroplanos alimentados por energía solar o más ligeros que el aire, que se sostienen inmóviles sobre un punto de la superficie terrestre a unos 21 kilómetros de altura. No se habla mucho de ellos y en la actualidad constituyen fundamentalmente un proyecto de investigación. Un ejemplo de HALE que utiliza globos estacionarios es Skystation.
SATÉLITES GEOESTACIONARIOS Los satélites geoestacionarios o geosincronos son satélites que giran en un patrón circular, con una velocidad angular igual a la de la Tierra. Por lo tanto permanecen en una posición fija con respecto a un punto específico en la Tierra. Una ventaja obvia es que están disponibles para todas las estaciones de la Tierra, dentro de su
sombra, el 100% de las veces. La sombra de un satélite incluye a todas las estaciones de la Tierra que tienen un camino visible a él y están dentro del patrón de radiación de las antenas del satélite. Una desventaja obvia es que a bordo, requieren de dispositivos de propulsión sofisticados y pesados para mantenerlos fijos en una órbita. El tiempo de órbita de un satélite geoesincrono es de 24 h, igual que la Tierra.
SATÉLITES NO GEOESTACIONARIOS Los satélites no geoestacionarios giran alrededor de la Tierra en un patrón elíptico o circular de baja altitud. Si el satélite está girando en la misma dirección de la rotación de la Tierra y a una velocidad angular superior que la de la Tierra, la órbita se llama órbita progrado. Si el satélite está girando en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra o en la misma dirección, pero a una velocidad angular menor a la de la Tierra, la órbita se llama órbita retrograda. Consecuentemente, los satélites no síncronos están alejándose continuamente o cayendo a Tierra, y no permanecen estacionarios en relación a ningún punto particular de la Tierra.
Las bandas de frecuencia son intervalos de frecuencias del espectro electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones. Su uso está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones y puede variar según el lugar. El espacio asignado a las diferentes bandas abarca el espectro de radiofrecuencia y parte del de microondas y está dividido en sectores.
Multiplexacion La multiplexación se refiere a la habilidad para transmitir datos que provienen de diversos pares de aparatos (transmisores y receptores) denominados canales de baja velocidad en un medio físico único (denominado canal de alta velocidad ). En telecomunicación, la multiplexación es la combinación de dos o más canales de información en un solo medio de transmisión usando un dispositivo llamado multiplexor. El proceso inverso se conoce como demultiplexación. Un concepto muy similar es el de control de acceso al medio.
Antenas La Antena es aquel dispositivo que permite la recepción y el envío de ondas electromagnéticas hacia un espacio libre. Por ejemplo una antena transmisora lo que hace es transformar voltajes en ondas electromagnéticas y la receptora realiza un proceso similar pero al revés.
Acceso Multiple Múltiple acceso está definido como una técnica donde más de un par de estaciones terrenas pueden simultáneamente usar un transponder del satélite. La mayoría de las aplicaciones de comunicaciones por satélite involucran un número grande de estaciones terrenas comunicándose una con la otra a través de un canal satelital (de voz, datos o vídeo). El concepto de múltiple acceso involucra sistemas que hacen posible que múltiples estaciones terrenas interconecten sus enlaces de comunicaciones a través de un simple transponder. Esas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o múltiples que incluyen señales de voz, datos o vídeo.
Enlaces Satelitales Los enlaces entre estaciones terrenas y los satélites o entre satélites están constituidos por radiación electromagnética dirigida en forma de haces, s imilares en algunas de sus características a los enlaces entre estaciones ubicadas sobre la superficie terrestre. Existen tres tipos de enlaces: Enlace de subida de las estaciones terrenas a los satélites Enlace de bajada de los satélites a las bases terrenas Enlace intersatelital Los enlaces de subida y de bajada consisten en portadoras de RF moduladas, mientras que los enlaces satelitales pueden ser tanto RF, como ópticas. Las portadoras son moduladas por señales de banda base por lo general cuando se trata de información para propósitos de comunicación. Las conexiones entre usuarios finales requieren de enlaces de bajada, enlaces de subida y posi-blemente uno o varios enlaces satelitales. Para lograr que los enlaces por satélite cumplan con los requisitos de una determinada red de comunicación deben considerarse las carac terísticas del equipo de las estaciones terrenas y los transpondedores de los satélites que forman parte de la misma, las del medio de propagación y los efectos de radiaciones no deseadas de origen externo. La banda de frecuencia en que opere una red determinada hace que algunos de los factores mencionados tengan una importancia menor o mayor en el diseño de los enlaces. El diseño correcto de un enlace satelital asegura la recepción de una señal de buena calidad, evi-tando el desperdicio de recursos técnicos y económicos, y optimizando la capacidad del satélite y estaciones terrenas. La señal emitida por la estación transmisora debe llegar a la receptora con la potencia suficiente para garantizar la calidad esperada d e la comunicación, a pesar de las pérdidas y el ruido introdu-cidos en su propagación y recepción, de tal forma que en el punto de destino la relación de la po-tencia de la portadora al ruido acumulado que se simboliza por C/N, incluyendo todas las fuentes de interferencia, que tenga el valor requerido para la red considerada. La relación C/N mínima útil depende del tipo de información, su acondicionamiento, su modulación y si está codificada o no. De hecho, la finalidad última del diseño de un enlace completo, incluyendo los tramos de subida y de bajada, es cumplir con el valor específico de C/N requerido,
o con otra relación equivalente que en el caso de señales digitales es frecuentemente Eb/No o energía por Bit de información transmi-tido entre la densidad de ruido. CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE: RETARDO Los enlaces por satélite tienen un promedio de RTT de alrededor de 520ms hasta el primer salto. TCP utiliza el mecanismo de comienzo lento al inicio de la conexión para encontrar los parámetros de TCP/IP apropiados para la misma. El tiempo perdido en la etapa de comienzo lento es proporcional al RTT, y para los enlaces por satélite significa que TCP se encuentra en el modo de comienzo lento por más tiempo de lo que debiera. Esto disminuye drásticamente el rendimiento de las conexiones TCP de corta duración. Esto puede verse cuando al descargar un sitio web pequeño sorprendentemente toma mucho tiempo, mientras que cuando se transfiere un archivo grande se obtienen velocidades de datos aceptables luego de un rato. Además cuando se pierden paquetes, TCP entra en la fase de control de congestión y, debido al alto RTT permanece en esta fase por largo tiempo, reduciendo así el rendimiento de las conexiones TCP, sean de larga o corta duración. La cantidad de datos en tránsito en un enlace en un momento dado es el producto del ancho de banda por el RTT. Debido a la gran latencia del enlace satelital, este producto es grande. TCP/IP le permite a los hosts remotos enviar cierta cantidad de datos previamente sin esperar la confirmación (acknowledgment). Normalmente en una conexión TCP/IP se requiere una confirmación (ACK) para cada transmisión. Sin embargo el host remoto siempre puede enviar cierta cantidad de datos sin confirmación, lo que es importante para lograr una buena tasa de transferencia en conexiones con productos anchos de banda-retardo de propagación elevados. Esta cantidad de datos es denominada tamaño de la ventana TCP. En las implementaciones TCP/IP modernas el tamaño de la ventana generalmente es de 64KB. En las redes satelitales, el valor del producto ancho de banda -retardo es importante. Para utilizar el enlace en toda su capacidad, el tamaño de la ventana de la conexión debe ser igual al producto del ancho de banda/retardo. Si el tamaño de ventana máximo permitido es de 64KB, teóricamente el máximo rendimiento que se puede conseguir vía satélite es (tamaño de la ventana) / RTT, o 64KB / 520 ms. Esto da una tasa de transferencia de datos máxima de 123kB/s, correspondiente a 984 kbps, aunque la capacidad del enlace sea mucho mayor. Cada encabezado de segmento TCP contiene un campo llamado ventana anunciada, que especifica cuantos bytes de datos adicionales está preparado para aceptar el receptor. La ventana anunciada es el tamaño actual de la memoria de
almacenamiento intermedio del receptor. El emisor no está autorizado a e nviar más bytes que la ventana anunciada. Para maximizar el rendimiento, las memorias de almacenamiento intermedio del emisor y el receptor deben ser al menos iguales al producto ancho de banda-retardo. El tamaño de la memoria de almacenamiento intermedio en la mayoría de las implementaciones modernas de TCP/IP tiene un valor máximo de 64KB. Para soslayar el problema de versiones de TCP/IP que no exceden el tamaño de la ventana de 64KB, se puede utilizar una técnica conocida como suplantación de confirmación.
CARACTERÍSTICAS DE LA VARIACIÓN DEL RETARDO: CONTROL DE ERRORES En las implementaciones de TCP/IP más viejas, siempre se consideraba que la pérdida de paquetes era causada por la congestión (en lugar de error es de enlace). Cuando esto sucede TCP adopta una defensiva contra la congestión, requiriendo tres confirmaciones duplicadas (ACK), o ejecutando un inicio lento (slow start) en el caso de que el tiempo de espera haya expirado. Debido al alto valor de RTT, una vez que esta fase de control de la congestión ha comenzado, toma un largo rato para que el enlace satelital TCP/IP vuelva al nivel de rendimiento anterior. Por consiguiente, los errores en un enlace satelital tienen un efecto más serio en las prestaciones de TCP que sobre los enlaces de latencia baja. Para solucionar esta limitación, se han desarrollado mecanismos como la Confirmación Selectiva (SACK por su sigla en inglés). SACK especifica exactamente aquellos paquetes que se han recibido permitiendo que el emisor retransmita solamente aquellos segmentos que se perdieron debido a errores de enlace.
TELEFONIA MÓVIL POR SATÉLITE Establecer un sistema de cobertura global no es, una tarea fácil. Así pues, dependiendo del modo de funcionamiento que elija, el utilizadorpuede hacer las llamadas por satélite; por GSM (cuando disponible) o dejarel aparato escoger la mejor solución. Cuando hace una llamada con base en lared por satélite, el móvil contacta con el artefacto espacial más próximo queorienta la llamada, en función del caso, directa o indirectamente porintermedio de uno o más satélites de la misma constelación, para un Gateway(estación de r astreo) en el suelo. El Gateway se encarga de inserirla en lared por cables convencionales. REDES VSAT Vsat “very small aperture terminal” Terminal de aperturamuy pequeña que brinda servicios fijos porsatélite(geoestacionario), utilizada para la comunicación dedatos interactivos y por lotes en diversos protocolos, operaciónde redes con conmutación de paquetes, servicios devoz, transmisión de d atos y videos y operación en red en unavasta área. ACCESO MULTIPLE Las estaciones VSAT se comunican a través delsatélite utilizando portadoras moduladas . Distinguiremos tres protocolos: Acceso múltiple por división en frecuencia (FDMA): El ancho de banda disponible se divide en subbandas, cada una de las cuales es usada por una portadora. Acceso múltiple por división en tiempo (TDMA): Cada portadora hace uso de todo el ancho de banda del transponedor durante el espacio temporal que le corresponda. Así, fragmentos de las señales correspondientes a las distintas portadoras se van transmitiendo de modo secuencial. Acceso múltiple por división en código (CDMA): Con este método, el ancho de banda asociado a cada portadora puede ser el ancho de banda total ofrecido por el transpondedor. APLICACIONES DE REDES VSAT • Civiles Unidireccionales: Transmisión de datos de la Bolsa de Valores. Difusión de noticias. Hilo musical. Educación a distancia. Distribución de tendencias financieras y análisis. Transmisión de datos de una red de comercios Teledetección de incendios y prevención de catástrofes Naturales TV DIGITAL Transmisión de señales satelitales en formato digital. Los principales operadores a nivel mundial son Telmex, Sky, DirecTV, Telefónica y VTR. IRD Elemento necesario para convertir la señaldigital procedente del satélite en una de naturaleza compatible con los receptores de TV analógica convencionales. Las funciones:recuperar y corregir los erroresprocedentes de la antenareceptora controlar el acceso del usuario a programas y servicios en función de un sistema de
claves que permite la decodificación de la señal realizar inteligible la señal de vídeo y audio mediante el desenmascaramiento
