¿QUÉ ES UNA VSAT? Los VSAT (Very Small Aperture Terminal) son pequeñas estaciones terrenas de comunicaciones por satélite. Se pueden considerar pequeñas puesto que el tamaño máximo de la antena es de 1,8 m en la banda Ka, 3,8 m en la banda Ku y 7,8 m en la banda C. Debido a su reducido tamaño y a la escasa infraestructura que requieren, la instalación es sencilla y tiene un coste reducido, en comparación con estaciones de tamaño convencional. Los terminales VSAT se pueden utilizar para llevar a cabo comunicaciones unidireccionales o bidireccionales. Además, los satélites soportan comunicaciones de datos, vídeo, Internet, fax y comunicaciones de voz. SERVICIOS A continuación, se exponen los servicios que soportan estas redes: Comunicaciones de datos – Servicios de transacciones de datos para las comunicaciones de las empresas. – Redes de acceso: Acceso a Internet mediante la implementación de redes IP por satélite, bucle local inalámbrico para datos, etc. Comunicaciones de voz – Telefonía. Difusión audiovisual – Difusión de televisión y radio, digital y analógica. Se trata de redes de difusión puesto que el tramo que se cubre con tecnología VSAT es unidireccional. Sin embargo, las redes de difusión digitales generalmente disponen de un canal de retorno a través de otro tipo de red, que habitualmente es la red telefónica. ÁREAS DE APLICACIÓN Sector privado – Redes para transacciones bancarias: Control del flujo de dinero, soporte a las transacciones, confirmación de tarjetas de crédito, etc. – Industria petrolífera: Control y adquisición de datos para las actividades de prospección, producción, transporte y distribución.
– Sector de hostelería y agencias de viajes: Gestión de reservas, control de inventarios, programas de viajeros frecuentes, autorización de crédito, etc. – Comercio: Se aplican en cadenas de supermercados, comida rápida y otros comercios que constantemente controlan las ventas. Sector público – Comunicaciones rurales: VSAT provee enlaces muy eficaces en coste para poblaciones dispersas y pueblos pequeños. Muchos países, especialmente los que se encuentran en vías de desarrollo, están implementando redes VSAT para extender la infraestructura telefónica nacional. – Redes para aplicaciones de telemedicina. – Redes de organismos oficiales. – Redes para la difusión de radio y televisión. – Servicios de emergencia. CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Las características técnicas más importantes de las redes VSAT son las siguientes: – Utilizan tres modos de funcionamiento distinto que determinan los servicios que pueden prestar: SCPC (un único canal por portadora), TDMA (acceso múltiple por división en el tiempo, por lo cual hay varios canales por portadora) y DAMA (acceso múltiple en función de la demanda). – Diversas configuraciones de red: En estrella, utilizando una estación central, o en malla, donde los terminales se comunican unos con otros sin necesidad de estación central. Además, los terminales VSAT se pueden conectar con tecnologías de bucle de abonado por cable o inalámbrico. – Posibilidad de bidireccionales.
implementar
redes
únicamente
de
difusión
o
redes
– Tasas de transferencia: Dependerán del ancho de banda que se contrate en el satélite y del servicio. – Permite la interconexión con redes fijas como la de telefonía (RPTC), la RDSI y redes públicas y privadas de datos. – Amplia gama de interfaces disponibles para el usuario: RS232, X.21, V.35,
G703 y 10-BaseT/100-BaseT (Ethernet). – Fácil y rápido despliegue de la red. – Flexibilidad y facilidad de modificación y ampliación de la red. – Reducido consumo: Los terminales pueden funcionar con menos de 35 W de energía eléctrica. BANDAS DE FRECUENCIA En general, los sistemas fijos VSAT, emplean transpondedores en los satélites en las siguientes bandas: – Banda C: Enlace ascendente a 6 GHz y descendente a 4 GHz. Esta banda se usa extensivamente en Asia, África y Latinoamérica. – Banda Ku: Enlace ascendente a 14 GHz y descendente a 11/12 GHz. Se utiliza principalmente en Europa y Norteamérica. – Banda Ka: Enlace ascendente a 30 GHz y descendente a 20 GHz. Como la anterior, se utiliza, principalmente en Europa y Norteamérica. De las tres bandas, la que presenta menor atenuación por la lluvia, es la banda C, ya que está situada en las frecuencias más bajas de las tres. Las dos bandas restantes presentan mayor atenuación por estos factores, sobre todo la banda Ka, puesto que el tamaño de las gotas de agua es similar a la longitud de onda a estas frecuencias. Por ello, la banda C es la más adecuada para comunicaciones de datos que requieran fiabilidad en zonas tropicales. Sin embargo, las Frecuencias utilizadas en esta banda son muy cercanas a las usadas en algunos sistemas de microondas terrestres, lo que puede causar interferencias cuando equipos de este tipo se encuentren en las proximidades de la estación. MÉTODOS DE ACCESO QUE PROVEEN LAS REDES VSAT
Los métodos de acceso, están directamente vinculados con los tipos de servicio que presta una red VSAT, puesto que condicionan desde la topología de la red (estrella o malla), el tipo de comunicaciones que se pueden establecer, los recursos de ancho de banda del satélite utilizados y, por tanto, el coste de la red. FDMA Es la forma más sencilla de multiacceso al satélite, en ella el Ancho de Banda de un transpondedor es particionado en múltiples canales de media o baja velocidad cada portadora ocupa cierto Ancho de Banda (BW). Hay 2 tipos de FDMA a saber: * SCPC (Single Channel Per Carrier) * MCPC (Multiple Channel Per Carrier) El modo SCPC, o canal único por portadora (Single Channel Per Carrier), es la técnica de multiacceso más simple de las utilizadas en comunicaciones por satélite. Consiste en la transmisión continua de los datos del usuario en una única portadora. Las redes basadas en SCPC, ofrecen un ancho de banda garantizado similar a las líneas dedicadas terrestres. Se pueden ofrecer circuitos de hasta 8 Mbps, pero normalmente son de 2 Mbps, puesto que éste es el límite de los equipos VSAT comunes. La técnica SCPC se usa para la difusión de datos, sonido digital y vídeo, así como para comunicaciones bidireccionales de voz, datos y vídeo. Las aplicaciones de SCPC son: – Acceso a redes IP a alta velocidad. – Realización de circuitos de larga distancia para redes terrestres (por ejemplo, la red telefónica). – Soporte de capacidades multimedia: voz, datos, fax y correo electrónico.
El modo MCPC o múltiples canales por portadora, (Multiple Channel Per Carrier), posibilita la multiplexación de varios canales de datos en un solo canal digital. TDMA Consiste en la división de un canal físico en varios intervalos de tiempo periódicos (slots), cada uno de los cuales le corresponde con una portadora. TDMA se utiliza para comunicaciones de datos a baja velocidad (300 bps – 19,2 kbps) en redes con topología en estrella. El empleo de esta técnica de multiacceso provoca un incremento del retardo (que ya es considerable al tratarse de redes de comunicaciones vía satélite), debido a los tiempos de establecimiento de la conexión y el tiempo dedicado a las comunicaciones con el sistema de gestión de red, NMS (Network Management System). Por ello el retardo mínimo asciende a 2 segundos. CDMA La red usa la misma portadora, frecuencia y ancho de banda. Cada estación transmite simultáneamente diferentes secuencias de código la señal es reconstruida en el lado receptor con la secuencia de código disperso conocido basado en Spread Spectrum, además este tipo de acceso utiliza modulación QPSK – OQPSK. CONFIGURACIÓN FUNCIONAL Una red VSAT convencional está formada por una serie de estaciones terrenas remotas las cuales se comunican con una estación central o HUB a través de un satélite de comunicaciones geoestacionario.
Por tanto, se puede decir que la red está formada por dos componentes: – Componente Espacial: Comprende el satélite de comunicaciones geoestacionario. – Componente Terreno: Comprende la estación central o HUB y las estaciones remotas VSAT. COMPONENTE ESPACIAL Transpondedores Los satélites de comunicaciones están equipados con un número de transceptores radio conocidos como transpondedores. El ancho de banda disponible en el satélite será la suma de los anchos de banda de todos sus transpondedores (generalmente entre 36 MHz y 54 MHz). La orientación de los diferentes transpondedores determina las regiones en las que el satélite da cobertura. El ancho de banda de cada transpondedor puede contratarse completa o parcialmente, en función de la necesidad que se quiera cubrir.
COMPONENTE TERRENO Estación Central (HUB) La estación central o HUB, es la responsable de funciones tales como la gestión y control de la red, la monitorización y configuración de los terminales remotos,
asignación de canales, conmutación, encaminamiento de las comunicaciones, generación de los informes correspondientes de acceso y tráfico, parámetros de mantenimiento, etc. Todas estas funciones normalmente se concentran en un centro de gestión independiente de la red, el cual está formado por un ordenador (host) conectado con el HUB. ESTACIÓN TERRENA (Tx)
ESTACIÓN TERRENA (Rx)
Terminales remotos VSAT Los terminales remotos VSAT, están formados por los siguientes componentes: – Antena Parabólica El conjunto de la antena consta de un reflector parabólico y un iluminador (elemento captador de señal). El diámetro de estas antenas es mucho menor que el de la antena del HUB (diámetro máximo de 1,8 m en la banda Ka 3,8 m en la banda Ku y 7,8 m en la banda C), razón por la cual se les denomina terminales de muy pequeña apertura. – Unidad de exterior, ODU (Outdoor Unit) La unidad exterior, junto con la antena parabólica, lleva a cabo la amplificación, transmisión y recepción de la señal. – Unidad de interior, IDU (Indoor Unit) La unidad de interior, se encuentra situada en el interior de las instalaciones del usuario. Esta formada por una serie de componentes cuya función es proveer la interfaz con los equipos del cliente. Además, en los casos en los que se transmitan señales digitales, se encarga de la conversión de la señal digital a una señal analógica adecuada para su transmisión por radio (enlace ascendente) y viceversa (enlace descendente).
Los IDU de los terminales VSAT son muy versátiles ya que pueden ser configurados con la mayoría de interfaces de datos, tales como RS232, X.21, V.35, G703 y 10BaseT/100-BaseT (Ethernet).
ESQUEMA DE UN ENLACE SATELITAL
La instalación de los terminales VSAT es sencilla debido a su reducido tamaño. Para poder llevarla a cabo, únicamente se necesita un compás y una unidad de GPS para orientar la antena en la dirección adecuada, y un medidor de potencia para conseguir sintonizar el sistema correctamente. VSAT (Diagrama Funcional)
TOPOLOGIAS – Configuración en Estrella La configuración en estrella, consiste en una estación central o HUB que da servicio a una serie de terminales remotos VSAT, de tal manera que todas las comunicaciones pasan por el HUB. Esta configuración tiene la ventaja de que el HUB puede mantener un control efectivo de la red. Además, es compatible con la mayoría de requerimientos de tráfico.
Conviene esclarecer los términos Inbound y Outbound que son aplicables a las redes en estrella: * Inbound: Transferencia de información desde un VSAT al HUB. * Outbound: Transferencia de información desde el HUB a un VSAT. – Configuración en Malla Esta configuración posibilita la realización de comunicaciones directas entre terminales remotos VSAT, a través del satélite de comunicaciones. Para conseguir este tipo de comunicaciones, se requieren satélites con elevada ganancia y modernos sistemas de amplificación de bajo ruido, LNA (Low Noise
Amplifier) y amplificadores de potencia de estado sólido, SSPA (Solid State Power Amplifier). Esta configuración tiene las siguientes ventajas: – Reducción del retardo de propagación de la señal: Se pasa de un retardo de 0,5 s de una configuración en estrella, a un retardo de 0,25 s. – No es necesaria la estación central: Esto hace que se produzca una gran disminución del coste de la red debido al elevado valor del HUB. Sin embargo, al prescindir del HUB, se debe designar un terminal VSAT maestro para llevar a cabo el control de la red.
PÉRDIDAS PRESENTES EN LOS ENLACES DE UNA VSAT L Atmosféricas Debidas a la absorción de ondas radioeléctricas por parte de los gases atmosféricos como oxígeno y vapor de agua. (Se puede ignorar esta pérdida para frecuencias inferiores a los 10 GHz). L Por Lluvia Este tipo de pérdidas afectan drásticamente los enlaces satelitales. Las ondas radioeléctricas son dispersadas o absorbidas. (El efecto es mayor cuanto mayor sea la frecuencia). L Por Desalineación de las Antenas Es inevitable el pequeño desalineamiento de las antenas. Cuanto mayor sea el diámetro de la antena, mayor puede ser este efecto. (Se recomienda que para antenas de más de 7 Mts se tengan dispositivos de seguimiento). DESARROLLO DE LA PROPUESTA Por tener nuestro país Colombia, una ubicación geográfica estratégica privilegiada, ventajosa y dominante con respecto a otros países, es de gran utilidad y economía aprovechar los satélites de telecomunicaciones ubicados en la zona espacial Geoestacionaria lo cual nos facilita prestar los servicios de comunicaciones a los sitios más remotos, marginados y de difícil acceso de nuestro territorio Colombiano, donde ningún otro tipo de comunicaciones pueden llegar. La finalidad del proyecto apunta hacia la prestación del servicio de telefonía rural fija para 100 municipios Colombianos. Dichas poblaciones se escogieron teniendo en cuenta de cada uno de los 32 departamentos 3 municipios ubicados estratégicamente. Nuestro servicio tendrá como solución de última milla una red VSAT. La red VSAT estará con formada por 2 estaciones maestras ó HUBs y 100 terminales remotas cada una con 5 abonados. Los HUBs se encuentran ubicados
uno en el Norte (Medellín) y otro en el Sur (Villavicencio) por ser puntos proporcionales y equidistantes de nuestra geografía. El HUB en Medellín manejará el 70% del tráfico total de la red, mientras que el HUB en Villavicencio le corresponde el 30% restante. Vale la pena resaltar, además que cada HUB tendrá su propia central privada (PBAX), que a su vez estará interconectada con la RTPC nacional y las redes celulares, a través de enlaces troncales (E1s). Para garantizar la comunicación entre 2 abonados de PBAX diferentes debe existir troncales E1s de interconexión, es decir que se puedan comunicar dos abonados de la Red VSAT de diferente numeración. DISEÑO DE LA VSAT Una vez analizada la información contenida en el marco teórico procedemos pues, a efectuar el diseño como tal de nuestra red. Es muy útil y conveniente tener en cuenta los siguientes requerimientos: ” Características del Satélite ‘ Referencia ‘ Latitud / Longitud ‘ Huella ó Footprint ‘ Banda de Frecuencias ‘ Polarización ” Diseño de la Red ‘ Topología ‘ Método de Acceso al Medio ‘ Modulación ‘ Coordenadas de las ET ‘ Cálculo de los Enlaces (Up-link / Down-link) ” Cantidad de VSAT a utilizar ” Esquema ” Funcionamiento de la Red ” Precios CARACTERÍSTICAS DEL SATÉLITE
Referencia Escogimos el satélite “Geoestacionario” IS-805 de la prestigiosa empresa INTELSAT, ya que se trata de una compañía reconocida a nivel mundial por sus potencialidades tecnológicas. Dicho satélite brinda gran robustez, lo que lo hace completamente útil para nuestros requerimientos. Además por tratarse de un satelite relativamente nuevo, es de esperarse que la vida útil del mismo sea considerable.
Latitud / Longitud Por tratarse de un satélite geoestacionario, la latitud lógicamente corresponderá 0º N, mientras que el valor de su longitud es de 304.5º E. Footprint De los 3 footprints que nos ofrece el satélite INTELSAT 805, vemos que la única huella que realmente nos cubre todo el territorio colombiano es la tercera ya que
esta, si alcanza a incluir Leticia. Por su parte la segunda huella no lo permitía. El footprint seleccionado tiene la particularidad que es el que presenta el menor valor de PIRE 48.7 dBW.
Banda de Frecuencias La banda seleccionada fue la Ku (11 a 14) Ghz, ya que la banda C se encuentra en la actualidad muy saturada. Además la banda Ku no presenta casi interferencias terrestres, por tal razón si se llegasen a presentar problemas de atenuación en la señal, las correcciones pertinentes se llevarían acabo acá en la tierra y no allá sobre el satélite. De igual manera tuvimos también en cuenta la siguiente tabla.
Polarización El tipo de polarización que trabaja el satelite INTELSAT IS-805 es la LINEAL Por ende, podemos trabajar o bien sea con la Polarización Horizontal ó con la Polarización Vertical. DISEÑO DE LA RED Topología Optamos por la configuración tipo ESTRELLA por que, necesitamos enlazar cada uno de los 100 puntos hacia 2 puntos centrales. Estos HUBs estarán interconectados entre si, por medio de un enlace troncal. Los HUBs son los encargados de mantener un control efectivo y manejar todo el tráfico de la red. Dicho tráfico será cursado en un porcentaje 70 y 30 respectivamente. El HUB 1 ubicado en la ciudad de Medellín, tiene a cargo la interconexión de los departamentos de: Antioquia, Atlántico, Bolívar, Boyacá, Caldas, Cauca, Cesar, Córdoba, Chocó, Cundinamarca, Huila, La Guajira, Magdalena, Nariño, Norte de Santander, Quindío, Risaralda, San Andrés y Providencia, Santander, Sucre, Tolima, Valle del Cauca. El HUB 2 localizado en la ciudad de Villavicencio, le corresponde la interconexión de los siguientes departamentos: Meta, Amazonas, Arauca, Caquetá, Casanare, Guainía, Guaviare, Putumayo, Vaupés, Vichada. Método de Acceso al Medio El método de accesar al medio será el de Una Única Portadora Por Canal ó SCPC, el cual hace parte de la familia de FDMA. Como el servicio que prestaremos es el de telefonía, es más que suficiente emplear una portadora por canal. Pensando hacia un futuro, es posible que esta red entregue también el servicio de Internet y todo gracias al uso de una misma portadora, pues por que como sabemos una sola portadora puede manejar Voz, Video, Audio y Datos. SCPC es útil ya que en la
actualidad es la técnica más sencilla para accesar al satélite, su configuración es muy simple y además no requiere de sincronización. Modulación El tipo de modulación utilizada fue la QPSK (Desplazamiento de Fase Cuádruple) en lugar de PSK binaria, porque se puede transmitir el doble de la velocidad de los bits utilizando la misma banda de frecuencia. Coordenadas de las ETs A continuación, se muestran las tablas que tienen registradas las coordenadas cartográficas de cada una de las poblaciones a las que se les hará llegar el servicio. Dentro de la misma tabla, se encuentra también una columna que muestra los índices de atenuación por lluvia. La fórmula que me determina la atenuación por lluvia es la siguiente:
Donde;
Esta ecuación fue referenciada de la siguiente pagina web (http://www.radioptica.com/Radio/lluvia.asp) Frecuencia (Ghz)
k
a
k
a
6
0,00175
1,308
0,00155
1,265
8
0,00454
1,327
0,00395
1,310
10
0,0101
1,276
0,00887
1,264
20
0,0751
1,099
0,0691
1,065
H
H
V
V
30
0,187
1,021
0,167
1,000
40
0,350
0,939
0,310
0,929
60
0,707
0,826
0,642
0,824
100
1,12
0,743
1,06
0,744
Tabla 1. Coeficientes de regresión para estimar el valor de la atenuación específica Vale la pena mencionar que los valores que utilizamos para los cálculos, fueron los que están asociados con la Polarización Vertical. Se hizo así, debido a que la atenuación que presenta la Polarización Horizontal es ligeramente superior que para la que brinda la Polarización Vertical. Esto se debe simplemente a la forma que adquieren las gotas de lluvia por el rozamiento durante la caída. El valor de la intensidad de lluvia, fue tomado de la página del IDEAM (http://www.ideam.gov.co). Dicha gráfica refleja el valor promedio de la precipitación en todas las poblaciones Colombianas. PRECIPITACIÓN DIARIA EN MILÍMETROS
DATOS CARTOGRÁFICOS DE LOS PUNTOS QUE RECOJE EL HUB 1 (Norte) LOCALIDAD
LATITUD
LONGITUD
AZIMUTH (Yz)ºELEVACIÓN (Fe)º
ANTIOQUIA Medellín (HUB 1)
+6 ° 15 ‘ 00 / 6 . -74 ° 36 ‘ 25° 00 / 75.6 °
95.20
45.68
Puerto Berrío
+6 ° 30 ‘ 00 / 6 .5 °
-74 ° 24 ‘ 00 / 74.4 °
95.40
45.66
Necoclí
+8 ° 26 ‘ 00 / 8 .43°
-76 ° 48 ‘ 00 / 76 . 8° 97.60
47.59
Amalfi
+6 ° 54 ‘ 31 / 6 . -75 ° 04 ‘ 91° 39 / 75.1 °
95.88
46.23
Barranquilla
+10 ° 59 ‘ 00 / 10.98°
-74 ° 48 ‘ 00 / 74.8 °
99.18
45.50
Puerto Salgar
+11 ° 01 ‘ 00 / 11.02°
-74 ° 56 ‘ 00 / 74.93 °
99.25
45.61
Sabanalarga
+10 ° 38 ‘
-74 ° 55 ‘
98.93
45.65
ATLANTICO
00 / 11.63°
00 / 74.92 °
Magangue
+9 ° 14 ‘ 00 / 9.23°
-74 ° 45 ‘ 00 / 74.75 °
97.73
45.69
Isla Barú
+10 ° 15 ‘ 00 / 10.25°
-75 ° 35 ‘ 00 / 75.58 °
98.82
46.29
Cartagena
+10 ° 25 ‘ 00 / 10.42°
-75 ° 32 ‘ 00 / 75.53 °
98.94
46.22
Cubará
-72 ° 06 ‘ +7 ° 00 ‘ 07 / 7° 30 / 72.11 °
95.36
43.57
Nobsa
+5 ° 46 ‘ 00 / 5.77°
-72 ° 57 ‘ 00 / 72.95 °
94.56
44.42
Muzo
+5 ° 32 ‘ 00 / 5.53°
-74 ° 06 ‘ 00 / 74.1 °
94.56
45.47
Marquetalia
+5 ° 18 ‘ 00 / 5.3 °
-75 ° 03 ‘ 00 / 75.05 °
94.52
44.33
Aguadas
+5 ° 36 ‘ 00 / 5.6 °
-75 ° 27 ‘ 00 / 75.45 °
94.84
46.67
BOLIVAR
BOYACA
CALDAS
+4 ° 58 ‘ 00 / 4.97°
-75 ° 36 ‘ 00 / 75.6 °
94.32
46.85
Punta Guapí
+2 ° 44 ‘ 00 / 2.73°
-77 ° 54 ‘ 00 / 77.9 °
92.58
49.03
Cajibío
+2 ° 37 ‘ 00 / 2.62°
-76 ° 34 ‘ 00 / 76.57 °
92.36
47.84
Inzá
+2 ° 33 ‘ 00 / 2.55°
-76 ° 04 ‘ 03 / 76.07 °
92.26
47.39
Chinchiná
CAUCA
Cálculo de los Enlaces (Up-Link / Down-Link) Teniendo como referencia todos los valores consignados en las tablas anteriores, empezamos a computar cada uno de los 202 enlaces. Por cuestiones de practicidad, dichos cálculos se hicieron mediante el software interactivo de INTELSAT el LST4.0. Se debe tener en cuenta: s El desempeño del satélite s La pérdida de trayectoria s Los efectos atmosféricos s Las bandas de frecuencia s La antena del enlace ascendente y la performance del amplificador s Tamaño de la antena de descarga y cifra de ruido del receptor
A continuación mostraremos las capturas de cada uno de los parámetros que se van asignando y fijando en el software. 1. Inicialización de software LST4.0Selección de la referencia del satélite INTELSAT (IS-805) Dejame un comentario Cordialmente, Maritza Ordoñez Rodriguez Telecommunications Engineer and Specialist in E-Commerce
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