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UNIVERSIDAD ALEJANDRO DE HUMBOLDT
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INFORMÁTICA CATEDRA: TRANSMISION DE DATOS
ANTENAS MICROONDAS Y SATELITES
Autor: Parada Abraham
C.I:13.465.486
Prof: Oscar Lozano
Caracas, Noviembre de 2015
INTRODUCCION
La presente investigación tiene como finalidad la comprensión y el estudio de la
Red de Comunicaciones Satelitales, en el mismo estudiaremos los tipos de
transmisiones via satélite y microondas. Entendiendo por satélite como un repetidor
radioeléctrico ubicado en el espacio, que recibe señales generadas en la tierra, las
amplifica y las vuelve a enviar a la tierra, ya sea al mismo punto donde se originó la
señal u otro punto distinto. La red satelital consiste de un transponder (dispositivo
receptor transmisor), una estación basada en tierra que controlar su funcionamiento y
una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para
transmisión y recepción del tráfico de comunicaciones, a través del sistema de satélite.
ANTENAS
Las antenas son los oídos de las ondas electromagnéticas. Los primeros prototipos
se construyeron para “capturar tormentas” y estudiar así los fenómenos eléctricos
naturales. Eran largos cables metálicos que estiraban con la ayuda de una cometa.
Las antenas se fueron perfeccionando hasta llegar a una inmensa variedad que nos
permite “escuchar” las ondas de radio, televisión o telefonía celular entre otras muchas.
Veamos sus principales características.
TAMAÑO
Hay una relación muy estrecha entre la frecuencia y el tamaño o tipo de antena. Como
vimos, cada frecuencia equivale a una longitud de onda. Esta longitud determina el
tamaño de la antena. A mayor frecuencia, tenemos longitud de onda menor y, por lo
tanto, una antena más pequeña. A menores frecuencias, la longitud de onda crece y,
por lo tanto, las antenas también.
Por ejemplo, las radios de AM que transmiten entre 500 y 1.600 kilohercios tienen
antenas muchos más grandes que las de FM que lo hacen en frecuencias mayores, entre
88 y 108 Megahercios.
Las primeras antenas de radiotelegrafía sin hilos eran inmensas ya que se transmitía en
frecuencias muy bajas. Cuando Lee De Forest inventó el triodo, se pudieron modular
las señales a frecuencias más altas y, por ende, tener antenas mucho más pequeñas.
IMPEDANCIA
Cada equipo electrónico, al conectarse a otro, presenta una resistencia,
un impedimento al paso de la corriente eléctrica. La suma de todos estos impedimentos
se llama impedancia. El ohmio es la unidad de medida de las impedancias y este es su
símbolo Ω. En radio se trabaja con impedancias de 50 Ω, en video generalmente con
75 Ω. Al comprar un cable coaxial para antenas, especificaremos que es para radio y
que lo queremos con una impedancia de 50 Ω. De lo contrario, podemos dañar al
transmisor.
ROE
Precisamente, si no está bien ajustada la impedancia del cable que va del transmisor a
la antena, aparece la ROE o Relación de Ondas Estacionarias, más conocido por su
nombre y siglas en inglésStanding Wave Ratio (SWR).
Este desajuste o desacople produce una potencia reflejada. Para saber si nuestro
transmisor tiene esta potencia indeseada se usa un vatímetro. Es un medidor que nos
permite conocer tanto la potencia directa como la reflejada. Tener una ROE superior a
1,5 watt es extremadamente riesgoso y si el transmisor no tiene un buen sistema de
protección estará en serios problemas.
La ROE no se presenta solamente en los transmisores de radio. Con cualquier aparato
de radiocomunicaciones que se conecte a una antena, podemos tener el mismo
problema, por ejemplo, con equipos de radioaficionados, radioenlaces, equipos de
Internet Wi-Fi… Por eso, siempre es conveniente tener un vatímetro a mano o
intercalado entre la antena y el transmisor.
Esa falta de acople entre transmisor y antena que provoca la ROE puede agravarse por
otros factores haciendo que aumente la potencia reflejada:
- Una mala medida de las antenas, más largas o más cortas de lo que corresponde.
- Agua o excesiva suciedad en las conexiones del cable con las antenas.
- Un cable con impedancia que no corresponde al transmisor, por ejemplo, usar cable
de 75 Ω para equipos de radio.
- Cuando el cable coaxial que conecta transmisor y antenas está abollado, muy
deteriorado por las condiciones del clima, sol y lluvia o tiene rota la funda plástica
exterior.
Vatímetro para medir tanto la potencia directa como la reflejada.
Cortesía de Vaughan Weather - TS Enterprise Services
POLARIDAD
La polaridad está relacionada con la forma en
que colocamos las antenas. Sólo algunos tipos
de antenas, como las Yagi, están afectadas por
esta característica. Recordemos que las ondas
electromagnéticas tienen dos campos, uno
eléctrico que se desplaza en sentido vertical y
otro magnético que lo hace en sentido
horizontal. Para determinar la polarización
tomamos como referencia el campo eléctrico.
Las antenas que están polarizadas verticalmente son las que emiten el campo eléctrico
de forma vertical y así mismo están colocadas en el mástil. Las de polarización
horizontal están colocadas de esa forma y el campo eléctrico se desplaza ahora
horizontalmente.
Antena polarizada verticalmente. Cortesía de http://www.rvrusa.com/
¿En qué influye esto? Sobre todo, a la hora de hacer
comunicaciones directas, por ejemplo, mandar la
señal de un estudio a una planta de transmisiones. En
ese caso, se usa un radioenlace, de los que hablaremos
en la pregunta 24. Hay siempre dos radioenlaces, uno
manda la señal (transmisor TX) y otro la recibe
(receptor RX). Para que esto suceda sin pérdidas es
necesario que las antenas de ambos equipos se
encuentren polarizadas de la misma forma.
Para transmisiones de FM cada vez se utilizan más las antenas de polarización circular.
De esta forma, independientemente de la ubicación de las antenas receptoras, la señal
llegará con nitidez.
Dipolo circular para FM modelo ACPO de http://www.rvrusa.com/
DIRECTIVIDAD
Indica las zonas hacia donde la antena
irradia la potencia. La dirección de las
antenas se observa en los patrones de
directividad.
Omnidireccionales: Irradian
uniformemente a todas partes por
igual. Crea una especie de círculo
alrededor de la antena. Se usan para
señales de baja frecuencia como la
Onda Corta o AM.
Direccionales. La mayor potencia será disipada en la dirección hacia donde estén
colocadas o dirigidas las antenas y poco por la parte lateral o trasera. Se emplean en
transmisiones de Alta Frecuencia, como las de FM.
Diferentes patrones de radiación.http://www.analfatecnicos.net
SISTEMA DE DIPOLOS DE POLARIZACIÓN CIRCULAR
Cuando tenemos un sistema de antenas de varios dipolos, no ganamos directividad si
colocamos cada uno de ellos mirando para un lado. El principio para que estos sistemas
irradien la máxima potencia es que todos estén alineados en el mismo eje, como se
puede ver en la imagen. Además, debemos colocar un distribuidor de potencia o línea
de enfasado, que divide la potencia que llega del transmisor entre los diferentes dipolos.
Analfatécnicos / http://www.rvrusa.com/
GANANCIA
En las antenas omnidireccionales la potencia se reparte en todas direcciones y llega con
menos intensidad que si la concentramos. Por eso, las antenas direccionales, al no
dispersar la señal, tienen ganancia. Estas antenas aumentan la potencia que reciben del
transmisor. Dependiendo del valor de su ganancia, si el transmisor le entrega 500 watts,
la antena aumentará dicha potencia a 600 watts. La ganancia viene expresada en
decibelios, por ejemplo, + 3db.
Microondas Terrestres
Suelen utilizarse antenas parabólicas. Para conexionas a larga distancia, se utilizan
conexiones intermedias punto a punto entre antenas parabólicas .
Se suelen utilizar en sustitución del cable coaxial o las fibras ópticas ya que se necesitan
menos repetidores y amplificadores, aunque se necesitan antenas alineadas. Se usan
para transmisión de televisión y voz.
La principal causa de pérdidas es la atenuación debido a que las pérdidas aumentan con
el cuadrado de la distancia ( con cable coaxial y par trenzado son logarítmicas ) . La
atenuación aumenta con las lluvias.
Las interferencias es otro inconveniente de las microondas ya que al proliferar estos
sistemas, pude haber más solapamientos de señales .
Microondas Satelitales
Las microondas satelitales lo que hacen básicamente, es retransmitir información, se
usa como enlace entre dos o más transmisores / receptores terrestres, denominados
estaciones base. El satélite funciona como un espejo sobre el cual la señal rebota, su
principal función es la de amplificar la señal, corregirla y retransmitirla a una o más
antenas ubicadas en la tierra. Los satélites geoestacionarios (es decir permanecen
inmóviles para un observador ubicado en la tierra), operan en una serie de frecuencias
llamadas transponders, es importante que los satélites se mantengan en una órbita
geoestacionaria, porque de lo contrario estos perderían su alineación con respecto a las
antenas ubicadas en la tierra.
Pueden ser usadas para proporcionar una comunicación punto a punto entre dos antenas
terrestres alejadas entre si, o para conectar una estación base transmisora con un
conjunto de receptores terrestres. si dos satélites utilizan la misma banda de frecuencias
y se encuentran lo suficientemente próximos, estos podrían interferirse mutuamente,
por lo que es necesario que estén separados por lo menos 3 grados (desplazamiento
angular medio desde la superficie terrestre), en la banda 6/4 GHz, y una separación de
al menos 4 grados a 14/12 GHz, por tanto el número máximo de satélites posibles esta
bastante limitado.
APLICACIONES
Los sistemas de microondas son usados en enlaces de televisión, en multienlaces
telefónicos y general en redes con alta capacidad de canales de información.
Las microondas atraviesan fácilmente la ionosfera y son usadas también en
comunicaciones por satélites. La comunicación vía satélite se utiliza también para
proporcionar enlaces punto a punto entre las centrales telefónicas en las redes públicas
de telefonía. Finalmente, para la tecnología vía satélite hay una gran cantidad de
aplicaciones de gran interés comercial, el suministrador del servicio de transmisión vía
satélite puede dividir la capacidad total disponible en una serie de canales, alquilando
su uso a terceras compañías.………………………………………………………...
DIFUSIÓN DE TV…………………………………………………………………..
El carácter multidestino de los satélites los hace especialmente adecuados para la
difusión, en particular de TV, aplicación para la que están siendo ampliamente
utilizados.
El rango de frecuencias óptimo para la transmisión vía satélite está en el intervalo
comprendido entre 1 y 10 GHz. Por debajo de 1 GHz, el ruido producido por causas
naturales es apreciable, incluyendo el ruido galáctico, solar, atmosférico y el producido
por interferencias con otros dispositivos electrónicos.
TELEFONÍA
Los satélites proporcionan enlaces punto-a-punto entre centrales telefónicas en las
redes públicas de telefonía. Es el medio óptimo para enlaces internacionales con un
alto grado de utilización, y tecnológica y económicamente es competitivo con otros
tipos de enlaces internacionales. La longitud de onda muy pequeña permite antenas de
alta ganancias. Como el radio de fresnel es relativamente pequeño, la propagación se
efectúa como en el espacio libre. Si hay obstáculos que obstruyan el radio de fresnel,
la atenuación es proporcional al obstáculo. El rango de frecuencias para la recepción
del satélite debe ser diferente del rango al que este emite, para que no haya
interferencias entre las señales que ascienden y las que descienden. Debido a que la
señal tarda un pequeño intervalo de tiempo desde que sale del emisor en la Tierra hasta
que es devuelta al receptor o receptores, ha de tenerse cuidado con el control de errores
y de flujo de la señal.……………………………………………………………….
REDES PRIVADAS…………………………………………………………………
La capacidad del canal de comunicaciones es dividida en diferentes canales de menor
capacidad que se alquilan a empresas privadas que establecen su propia red sin
necesidad de poner un satélite en órbita. Un ejemplo de transmisión por satélite es el
sistema VSAT. Estos sistemas hacen uso de algunos de los canales en que se divide los
transpondedores, conectando redes terrestres.…………………………………..
VENTAJAS
•Transferencia de información a altas velocidades (Kbps, Mbps)
•Ideal para comunicaciones en puntos distantes y no fácilmente accesibles
geográficamente.
•Ideal en servicios de acceso múltiple a un gran número de puntos.
•Permite establecer la comunicación entre dos usuarios distantes con la posibilidad de
evitar las redes públicas telefónicas.……………………………………………….
DESVENTAJAS
•1/4 de segundo de tiempo de propagación. (retardo)
•Sensitividad a efectos atmosféricos ………………………………………………
•Sensibles a eclipses --------------------------------------------------------------------------
•Falla del satélite (no es muy común) ……………………………………………..
•Requieren transmitir a mucha potencia ………………………………………………
•Posibilidad de interrupción por cuestiones de estrategia militar.
CONCEPTOS BASICOS SOBRE SATELITE.
Un satélite artificial, es un repetidor de ondas localizado en órbita alrededor de
la tierra. A diferencia de un satélite real, el satélite artificial puede ampliar las señales
antes de devolverla. El satélite contiene varios transpondedores, cada uno de los cuales
capta alguna porción del espectro, amplifica la señal de entrada y después la envía a
otra frecuencia para evitar la interferencia con la señal de entrada. Los haces
retransmitidos pueden ser amplios con lo que puede cubrirse una amplia porción de la
superficie terrestre, o bien pueden ser estrechos y como consecuencia cubrirse un área
de solo cientos de Km de diámetro.
Los satélites se clasifican principalmente por el tipo de órbita que describen, en
concreto por el radio de su órbita, de este modo tenemos los satélites geosincrónico y
los llamados de órbita baja, estos últimos tienen como desventaja de que solo son
visibles en un intervalo de tiempo corto por lo requiere que las antenas terrestres sigan
su movimiento, apuntando de forma imprecisa al satélite. Por supuesto que el sistema
de seguimiento, las instalaciones de este tipo de antenas son muy costosas.
Los satélites geosicronicos, es decir, aquellos con órbita geoestacionaria son los más
utilizados para las comunicaciones; los satélites se ubican sobre el plano ecuatorial a
una altura de 36.000 Km sobre la superficie terrestre. A esta altura la velocidad de
giro del satélite alrededor de la tierra es la misma que la velocidad de rotación
terrestre, con lo cual visto desde un punto sobre la tierra, el satélite está fijo.
Los satélites de comunicaciones geoestacionarios ocupan principalmente dos
bandas de frecuencia: banda C y banda Ku. Los primeros satélites operaron en banda
C, cuyas frecuencias del uplink son del orden de los 6 GHz y las del downlink están
alrededor de los 4 Ghz. La banda Ku se define entre 11 y 14 GHz. La aparición de
esta banda de frecuencias superiores fue un tanto cuestionada por los posibles efectos
negativos de la lluvia en el enlace. No obstante, dado que la lluvia no abarca grandes
áreas se suelen usar varias estaciones terrestres a las que se envían las señales, es
decir, se utiliza técnicas de Bypass de forma que si una estación no puede recibir o
emitir, se puede utilizar otra estación.
El siguiente cuadro especifica las principales bandas del espectro usadas para
la transmisión por satélite, incluyendo los problemas que acarrean:
BANDA FRECUENCI
AS
ENLACE
DESCENDENTE
(GHZ)
ENLACE
ASCENDENTE
(GHZ)
PROBLEMAS
C 4/6 3.7 - 4.2 5.925 - 6.425 Interferencia
terrestre
Ku 11/14 11.7 - 12.2 14.0 - 14.5 Lluvia
Ka 20/30 17.7 - 21.7 27.5 - 30.5 Lluvia, costo del
equipo
Notar como en la anterior tabla se hace referencia a dos tipos de frecuencias distintas,
una para el enlace ascendente (uplink) y otra para el enlace descendente (downlink).
Esto se hace para evitar interferencias, y en general para reducir pérdidas, esto es
consecuencia de que la energía disponible en el satélite esta muy limitada y por tanto
no se puede incrementar la potencia de la señal descendente a niveles elevados. Esta
razón obliga a que la frecuencia del enlace descendente sea inferior a la frecuencia del
enlace ascendente (uplink).
Un satélite requiere de una estación terrestre de seguimiento de forma que
conjuntamente al satélite forman lo que se denomina segmento espacial. Por otro lado
el denominado segmento terrestre lo forman las estaciones que utilizan al satélite como
repetidor de sus señales. El satélite no es más que un repetidor activo ubicado en el
espacio. Las emisiones y recepciones de la información ser realizan a través de los
amplificadores del satélite ("transponders" o transpondedor) y existen de dos tipos:
Transpondedor transparente: La señal llega al satélite, es filtrada para separarla
de otras señales e interferencias, se cambia su frecuencia portadora, se amplifica y
se retransmite hacia la tierra.
Transpondedor Regenerativo: La señal digital que llega al satélite sufre el
mismo proceso que un repetidor regenerativo. La señal es procesada y regenerada
antes de trasladarla a otra frecuencia y retransmitirse hacia tierra.
Los satélites de comunicación por lo general tienen hasta una docena o más de
transpondedores. Cada transpondedor tiene un haz que cubre una parte de la tierra
debajo de él, el cual varía entre 250 Km y 1000 Km de diámetro y un ancho de banda
de 36 a 50 MHz.
Existen diversos circunstancias que hacen de los enlaces por satélite una buena
alternativa: distancias grandes, obstáculos geográficos o limitaciones energéticas,
cobertura distribuida, etc. La principal ventaja de los enlaces por vía satélite viene
dada por el hecho de la gran cobertura proporcionada por estos sistemas con
independiente de la topografía geográfica de la zona.
4. REDES VSAT
Los enlaces vía satélite permiten establecer conexión entre dos o más puntos
situados en la tierra, utilizando un satélite en el espacio como sistema repetidor. Con
el fin de ampliar los horizontes en las telecomunicaciones a cualquier rincón del
mundo y sobre todo con el fin de llegar a cuantos más usuarios mejor, por muy
recóndito que sea el lugar, existe una tendencia a la utilización de terminales con
antenas parabólicas de tamaño reducido (VSAT) para el intercambio de información
vía satélite punto a punto o punto a multipunto (broadcasting). La ventaja de una
estación terrestre de VSAT sobre una conexión de red terrestre típica, es que las
VSAT no están limitadas por el alcance del cableado subterráneo. Una estación
terrestre de VSAT puede instalarse en cualquier parte, sólo requiere ser vista por el
satélite. Existe otro tipo de ventajas relacionadas con el bajo costo de operación, la
mayor facilidad de expansión de la red y sobre todo, como he indicado antes, la
instalación en lugares donde es difícil llegar con instalaciones de cable.
4.1 Clasificación VSAT
Existen varios parámetros por los que se pueden clasificar una red basada en la
comunicación por satélite, desde el tipo de topología de red utilizada hasta el tipo de
tecnología de acceso de comunicación por satelite en la que se basa para la transmisión
de información.
Según el tipo de tecnología de acceso que utilizan podemos clasificarlas en:
Redes VSAT: Red basadas primordialmente en el uso de tecnologías
TDM/TDMA, aunque hay que decir que el resto de redes siempre hacen un uso
más o menos extendido de esta tecnología.
Redes VSAT LAN:
Redes VSAT SCPC: La comunicación se realiza a través de una canal de forma
que el usuario tiene una frecuencia y ancho de banda asignado de forma
permanente.
Redes VSAT DAMA: Comunicación directa entre sistemas VSAT remotos a
través de enlaces SCPC en un único paso. Este tipo de redes utiliza los canales
cuando el usuario así lo desea por lo que hace uso de varios canales de control
(9,6kps/canal) con tecnología TDM/TDMA. Dependiendo del proveedor se
utilizan un número determinado de canales con TDM para emisión Hub-VSAT y
otra cantidad de canales con TDMA para emisión VSAT-Hub.
Las redes más características o comunes que podemos encontrar, según su
topología, son:
VSAT con topología de estrella: Es el tipo de red mas comúnmente utilizada
para las comunicaciones. A partir de ahora, cuando nos refiramos a las VSAT
estaremos hablando de aquellas que tienen esta topología.
VSAT con topología de malla: Este tipo de red permite la comunicación
directamente entre VSAT, al contrario que las redes con topología de estrella,
pero como consecuencia se requiere parabólicas de mayor envergadura, de 3 o
más metros de diámetro.
USAT: Es la evolución de los sistemas VSAT de topología de estrella como
consecuencia de la integración de sistemas a bajo costo. La principal
característica de estos sistemas es la utilización de antenas pequeñas, de
aproximadamente 1 metro de diámetro.
4.2 USAT
Gracias a las múltiples aplicaciones a las cuales podía accederse a través de
sistemas VSAT, provoco una gran difusión de este tipo de redes a muchos ámbitos del
mercado. La proliferación de antenas para accesos de usuarios, oficinas, hogares, etc.
estimulo el perfeccionamiento de las antenas, sobre todo en lo referente a sus
dimensiones las cuales se redujeron a fin de hacer mas atractivo el uso de estos sistemas
VSAT no solo para las emisiones de vídeo digital, sino para accesos a las autopistas de
la información.
Como resultado, se obtiene un nuevo tipo de terminales de recepción/emisión, los
llamados USAT o terminales de apertura ultra pequeña. (Ultra small aperture terminal).
La reducción del diámetro de la antena conllevaba un problema; las interferencias
producidas por los satélites que compartían la misma frecuencia, es decir, una
consecuencia seria la interferencia o choque entre el haz de la USAT con el haz del
receptor adyacente. Para evitar este problema las USAT se diseñaron como un elipsoide
que permite la reestructuración del haz principal y de este modo evitar el choque con
los haces de los satélites adyacentes.
El bajo costo de los terminales USAT y el tamaño reducido de sus antenas fue el
principal atractivo de este sistema para los usuarios que veían aumentadas las
posibilidades de uso de estos sistemas.
4.3 VSAT con topología de estrella
Como hemos indicado anteriormente, es la red más utilizada. Este tipo de redes
presta un servicio transparente de comunicación entre las VSAT y el HUB1 de forma
que consigue una conectividad desde el host hasta el HUB y desde el HUB hasta las
VSAT. De igual forma se permite la utilización del VSAT para la integración de otro
tipo de servicios perteneciente a otro tipo de redes. Por ejemplo, puede soporta TCP/IP,
1 Nodo central de origen de transmisión, retransmisión y encaminamiento.
incluyendo IP multicast (News, bases de datos, emisión de entretenimiento,
distribución de software, audio, vídeo, etc.), X-25, SDLC, SNA, interconexión de redes
locales, voz corporativa de alta calidad, comunicación de fax y conexión de PABX[1].
Generalmente se utiliza para conectar un gran número de terminales en áreas
geográficamente dispersas y de difícil acceso vía terrestre. Lo más interesantes es que
las VSAT son capaces de enviar y recibir todo este tipo de señales a la misma
velocidad, independientemente de su distancia respecto del centro de conmutación
terrestre y su infraestructura
Un ejemplo de red con este tipo de configuración es SATNET, que ofrece
tecnología TCP/IP con IP Multicast. Otra característica de esta red es que implementa
un servicio de acceso DAMA lo que permite una mayor optimización de los recursos
de enlaces. No obstante, este tipo de red también permite una configuración mallada
de la red, es decir, es capaz de comunicar dos VSAT con un único paso de enlace, para
ello utiliza un canal dúplex a 56kbps.
4.4 Infraestructura y funcionamiento de una VSAT
Infraestructura
Los elementos básicos que componen una VSAT, tanto en su segmento espacial
y su segmento terrestre son:
Estación VSAT
Estación terrestre maestra (HUB): Sistema central que gestiona las
comunicaciones entre las estaciones y las conexiones con otras redes. Se encarga
de optimizar el acceso al satélite. También realiza tareas como estadísticas,
configurar estaciones remotas, control e informe del trafico cursado,
mantenimiento, etc. Normalmente este tipo de tareas se encuentran centralizada
en otro sistema de gestión independiente denominado NMS (network
managament system)
Equipo remoto de concentración de datos (Interfase Host) unido al HUB. (Host
Computer).
Vsat Remote site: Equipos remotos de módem unidos a la Vsat y al terminal de
usuario.
Es interesante comentar los dos elementos más importantes que forman parte del
segmento terrestre del lado del usuario. Junto al sistema VSAT del usuario, se
encuentra el receptor de la señal de satélite denomina LNB (bloqueador de ruido bajo)
y el transmisor, que conjuntamente forma la unidad exterior del sistema. Para conseguir
la conexión de este sistema con el televisor, PC, la red local o el servidor del usuario,
existe un tablero de transmisión/recepción conjuntamente a una interfaz que permite la
unión lógica de ambos sistemas, los cuales se interconectan físicamente a través de un
par de cables.
Funcionamiento
Una red VSAT puede estar compuesta por una gran numero de estaciones
VSAT y estar controladas por una estación HUB
La siguiente figura muestra el esquema de comunicación que se realiza a través de
una VSAT
Figura 1:
Esquema gráfico
de comunicación
VSAT-HUB-
Satelite.
El
funcionamiento es como sigue. El contenido de la señal a emitir, ya sea datos, voz, fax,
se origina en la estación central, que posee una antena muy grande de 4.5 a 11 m. La
estación central controla la red por medio de un servidor de sistema administrador de
redes (NMS, network managament system), que le permite al operador de la red
supervisar y ejercer control de todos sus componentes. El operador de NMS está en
posibilidad de ver, modificar y transmitir información de configuración específica
hacia cada VSAT por separado. Por ejemplo, la red SATNET utiliza el protocolo
SNMP para implementar este sistema de administración.
La información saliente (de central a VSAT) se envía al transpondedor de
comunicaciones del satélite, que la recibe, la amplifica y la remite de vuelta a tierra
para su recepción por las VSAT remotas. Por medio del mismo transpondedor del
satelite, las VSAT de ubicaciones remotas envían información entrante (de VSAT a
central) a la estación central2.
Figura 2: Esquema conexión Internet -SAT
En la figura siguiente se muestra como se realizaría, paso a paso, una conexión a
Internet utilizando una red VSAT. El primer paso consiste en realizar una petición vía
telefónica a nuestro proveedor de servicio, el cual nos proporcionaría acceso a Internet.
El resultado de nuestra petición, seria transmitida a través de una estación central (3)
al transponedor del satelite (5), como se ha explicado anteriormente, este recibirá la
señal, la amplificara y la enviara a nuestro VSAT terrestre (6)
Toda esta comunicación, esta interoperatividad se debe gracias a que la emisión y
recepción de información a través de los satélites se hacen de acuerdo al formato DVB
que explicaremos a continuación.
Las principales características de este tipo de redes son:
Redes privadas diseñadas a la medida de las necesidades de los usuarios
Redes de alta escalabilidad
Administración centralizada de la red
El aprovechamiento de las ventajas del satélite por el usuario de servicios de
telecomunicaciones a un bajo costo y fácil instalación.
Las antenas montadas en los terminales necesarios son de pequeño tamaño (1
metro)
Las velocidades disponibles suelen ser del orden de 56 a 64 Kbps.
Permite la transferencia de datos, voz y vídeo.
Enlaces asimétricos.
Las bandas de funcionamiento suelen ser de K o C, donde se da alta potencia en
transmisión y buena sensibilidad en recepción.
Sobre este último punto merece la pena indicar ciertas puntualidades. Las redes
VSAT con topología de estrella y mallada pueden operan en ambas bandas, no obstante
las redes USAT como consecuencia del uso de antenas parabólicas de menor radio solo
utiliza la banda Ku con el fin de evitar problemas por interferencia
4.5 Tipos de Servicios
1. Servicio de transmisión de datos vía satélite, con tecnología VSAT/TDMA:
Este servicio permite la comunicación entre la central y múltiples VSAT. La
tecnología TDMA emplea una sola portadora para dar servicio a varios canales a
través de la comparición temporal del mismo. Para el enlace descendente se
envía información sobre el intervalo de tiempo asignado para la transmisor y para
el enlace ascendente se envía los datos a ráfagas en los intervalos que fueron
designados. Dado que los sistemas participantes en la comunicación, host, hub,
VSAT, etc. pueden no están sincronizados se necesitan de mecanismos para
minimizar colisiones (véase Protocolos)
2. Servicio privado de transmisión de voz y datos:
Este servicio se implemente con la tecnología SCPC que es una red de satélite
digital privada, no compartida y con trasparencia de protocolos utilizados por los
usuarios. La red se puede dimensionar de acuerdo al ancho de banda requerido
por las necesidades de cada usuario
Existen 4 tecnologías para comunicación por satélite muy usada que dan
cobertura a todo tipo de servicios:
1. SCPC(single channel per carrier) Un canal dedicado por portadora. Este
servicio provee al usuario un enlace dedicado transparente al protocolo de
comunicaciones o aplicación que utilice. Se establece una portadora por
cada enlace, punto a punto creando así un canal privado. El servicio SCPC
asigna una frecuencia para cada enlace y utiliza el sistema FDMA(Acceso
múltiple por división de frecuencia) para el satélite, es decir, se usa de
forma simultanea el transpondedor del satélite por varias estaciones
terrestres. Este tipo de canal es fijo, por tanto cada estación transmite
siempre a la misma frecuencia. Esta tecnología nos brinda las siguientes
ventajas:
* Velocidades desde 9,6kbps a 2.048Mbps
* Administración individual del canal
* Alta disponibilidad (99%)
2. SCPC/SKY FRAME: Servicio SCPC mas orientado a Frame Relay
3. MCPC(Múltiples canales por portadora): Hemos visto como el servicio
SCPC soportaba varias portadoras dispersas a velocidades variables por
un canal, el sistema MCPC permite a la portadora combinar un gran
numero de servicios en un solo flujo de bits TDM a través del
transpodedor.
4. SCPC/DAMA(Acceso múltiple de asignación por demanda):
Proporciona comunicación directa entre dos nodos remotos cualesquiera
usando enlaces SCPC pero empleando un único satélite. Este servicio
permite la reutilización del ancho de banda del satélite. Este servicio se
proporciona gracias a un sistema de control de red DAMA que funciona
como una conmutador, asignando los enlaces de comunicación según se
van demandando. Una vez se dejan de utilizar quedan disponibles para el
uso por otros usuarios. Para proporcionar este servicio, DAMA utiliza la
técnica de FDMA al igual que lo hacia SCPC pero con la diferencia en que
cada canal tiene una frecuencia variable que se determina en el momento
de la conexión. Como ventajas tenemos que se pueden utilizar antenas
pequeñas, es decir, son ideales para sistemas de terminales USAT.
4.6 Protocolos
Los enlaces por vía satélite son muy diferentes a los enlaces por vía terrestre,
aunque las señales electromagnéticas viajan mas rápidamente a través del aire que a
través del un medio físico como puede ser un cable no hay que olvidar la gran distancia
existente entre el sistema de usuario y el HUB y entre el HUB y el satélite. Esto implica
un mayor retardo en la propagación de la señal que la hace incompatible con los
sistemas de redes terrestres. Un aspecto importante como consecuencia de esto es los
protocolos a nivel de enlace, red y transporte en sistemas de satelites son diferentes a
los sistemas de red terrestres.
Como seria ineficiente implantar estos protocolos para su funcionamiento de
extremo a extremo de la comunicación ya que habría que modificar los protocolos de
todas las maquinas participantes en la comunicación vía satélite, se ha optado por
realizar una emulación de los protocolos en las interfaces entre el host-HUB y VSAT-
terminal de usuario. Esta emulación se realiza sobre los protocolos de las 3 primeras
capas del sistema OSI de forma que se consigue:
Nivel físico: Normas de interfaz física V.24 o RS-232, V35, etc.
Nivel de red: Independizar las direcciones de los VSAT con las de los usuarios.
Nivel de enlace: Se permite realizar un control independizado de los enlaces por
satelite HUB-transpondedor y transpondedor-VSAT de los enlaces terrestres entre
Host-HUB y VSAT-terminal de usuario. Como se mencionó anteriormente, la
mayoría de sistemas VSAT proporcionan servicios utilizando tecnologías TDMA
(Time División Múltiple Access) y TDM (Time División Multiplexing). Dado que
los elementos integrantes en la comunicación por vía satélite no tiene porque estar
sincronizados se implementas protocolos de acceso múltiple al canal con el fin de
reducir las colisiones entre emisiones. Se emplean cinco clases de protocolos par el
canal de acceso múltiple (aplicados al enlace ascendente):
Sondeo: En este caso las estaciones forman un anillo lógico con lo que cada
estación conoce a su sucesora.
ALOHA:
FDM (Multiplexión por División de Frecuencia): Es el esquema de reparto de canal
más viejo y más utilizado aún.
TDM (Multiplexión por División de Tiempo):
CDMA: Con este protocolo se pretende evitar los problemas derivados de la
necesidad de sincronización para la asignación del canal de comunicación.
Existen otros sistemas para realizar compatibles la transmisión por los distintos
protocolos son la utilización de pasarelas a nivel de aplicación o a través del uso de
VPN, mejor dicho, utilizando túneles.
Patrón de radiación de antenas satelitales: huellas.
La representación geográfica del patrón de radiación de la antena de un satélite se llama
huella o mapa de huella. La huella, es la zona sobre la superficie terrestre desde donde
el satélite puede recibir o hacia donde puede transmitir. La forma de la huella de un
satélite depende de su trayectoria orbital, su altura y el tipo de antena que se use,
mientras más alto esté el satélite, podré abarcar más superficie terrestre.
La potencia efectiva transmitida por el satélite hacia la tierra se llama potencia irradiada
efectiva isotrópica (EIRP de effective isotropic radiated power) y se expresa en dBm o
dBW. Un mapa de huella consiste en una serie de curvas de nivel sobre un mapa
geográfico de la región servida como lo muestra la figura:
La figura de las curvas de nivel y los niveles de potencia de una huella quedan
determinados por detalles precisos del diseño de la antena de enlace de bajada, al igual
que por el valor de potencia de microondas generadas por cada canal de a bordo. Los
niveles de potencia de recepción son mayores en las áreas hacia donde apunta la antena
de bajada y más débiles fuera de esas áreas. Un plato de antena receptora cerca de la
orilla del área de cobertura de un satélite debe ser mayor que los que están en el centro
o cerca del centro del mapa de la huella, a mayor distancia del centro del mapa de
huella, mayor será el diámetro de la antena receptora.
Hay varias formas de mapas de huella de distintos satélites. Los de banda Ku, tienen
huellas circularmente simétricas, donde la potencia disminuye de forma lineal en las
zonas más alejadas del centro de la huella; los de banda C, suelen tener niveles de
potencia relativamente planos sobre la región de cobertura, con bajadas de potencia
muy pronunciadas fuera de las orillas; los satélites lanzados recientemente como el
DBS-1, han empleado antenas más complicadas de conformación de haz, el haz de
estos satélites sólo llegan a zonas específicas, permitiendo el ahorro de potencia en
zonas no planeadas.
El nuevo y revolucionario Sistema de Televisión Digital Vía Satélite a dejado atrás
los demás sistemas de televisión permitiendo llegar con una gran capacidad de
transmisión a los puntos más lejanos, con una mejor calidad de imagen y sonido.
Además, permite la tan mentada TV interactiva en la que los televidentes podrán
participar activamente. Este trabajo, aunque fundamentalmente se basa en el Sistema
de Televisión Digital Vía Satélite, describe el Sistema Satelital en sí mismo y como ha
avanzado en el tiempo y los servicios que brinda actualmente.
SISTEMA SATELITAL
Básicamente un sistema satelital es un sistema repetidor. La capacidad de recibir
y retransmitir se debe a un dispositivo receptor-transmisor llamado transponder, cada
uno de los cuales escucha una parte del espectro, la amplifica y retransmite a otra
frecuencia para evitar la interferencia de señales. Un sistema satelital consiste en un
cierto numero de transponder además de una estación terrena maestra para controlar su
operación, y una red de estaciones terrenas de usuarios, cada uno de los cuales posee
facilidad de transmisión y recepción. El control se realiza generalmente con dos
estaciones terrenas especiales que se encargan de la telemetría, el rastreo y la provisión
de los comandos para activar los servicios del satélite.
Un vinculo satelital consta de:
Un enlace tierra-satelite o enlace ascendente (uplink)
Un enlace satelite-tierra o enlace descendente (downlink)
El satélite permanece en órbita por el equilibrio entre la fuerza centrifuga y la
atracción gravitatoria. Si se ubica el satélite a una altura de 35860 Km sobre el plano
del Ecuador, estos giran en torno a la tierra a una velocidad de 11070 Km./hr, con un
periodo de 24 hrs. Esto hace que permanezca estacionario frente a un punto terrestre,
de allí su nombre de satélite geoestacionario. De este modo las antenas terrestres
pueden permanecer orientadas en una posición relativamente estable en un sector
orbital. Debido a su gran potencia los satélites para Tv necesitan de un espaciamiento
de por lo menos 8 grados, para así evitar que el haz proveniente de la Tierra ilumine a
los satélites vecinos también.
Los sistemas satelitales constan de las siguientes partes:
Transponders
Estaciones terrenas
El transponder es un dispositivo que realiza la función de recepción y transmisión.
Las señales recibidas son amplificadas antes de ser retransmitidas a la tierra. Para evitar
interferencias les cambia la frecuencia. Las estaciones terrenas controlan la recepción
con/desde el satélite, regula la interconexión entre terminales, administra los canales
de salida, codifica los datos y controla la velocidad de transferencia. Consta de 3
componentes:
Estación receptora: Recibe toda la información generada en la estación
transmisora y retransmitida por el satélite.
Antena: Debe captar la radiación del satélite y concentrarla en un foco donde esta
ubicado el alimentador.
Estos satélites están equipados con antenas receptoras y con antenas transmisoras.
Por medio de ajustes en los patrones de radiación de las antenas pueden generarse
cubrimientos globales (Intelsat), cubrimiento a solo un país (satélites domésticos), o
conmutar entre una gran variedad de direcciones.
Estación emisora: Esta compuesta por el transmisor y la antena de emisión.
La potencia emitida es alta para que la señal del satélite sea buena. Esta señal debe
ser captada por la antena receptora. Para cubrir el trayecto ascendente envía la
información al satélite con la modulación y portadora adecuada.
Como medio de transmisión físico se utilizan medios no guiados, principalmente
el aire. Se utilizan señales de microondas para la transmisión por satélite, estas son
unidireccionales, sensibles a la atenuación producida por la lluvia, pueden ser de baja
o de alta frecuencia y se ubican en el orden de los 100 MHz hasta los 10 GHz.
Bandas de frecuencias utilizadas
Se han dispuesto, mundialmente, varias bandas de frecuencia para su uso
comercial por satélite. La más común de estas consta de una banda central de 500 MHz
centrada en 6 GHz en el enlace hacia arriba (hacia el satélite) y centrada en 4 GHz en
el enlace hacia abajo (hacia la Tierra). La banda de 500 MHz, en cada una de las
frecuencias, esta normalmente dividida en 12 bandas, servidas por cada transponder,
de 36 MHz de ancho de banda cada una, mas 2 MHz a ambos extremos para protección
(el espaciamiento entre las bandas es el responsable del ancho de banda en exceso).
Cada banda de transponder esta, a su vez, dividida en un cierto numero de canales de
frecuencia, dependiendo del tipo de aplicación o de la señal que sé este transmitiendo.
Las bandas de frecuencia usadas son:
C: uplink 5,925-6,425 GHz, downlink 3,7-4,2 GHz
Ku: uplink 14-14,5 GHz, downlink 11,7-12,2 GHz
Ka: uplink 19,7 GHz, downlink 31Ghz
Las bandas inferiores se encuentran superpobladas. No así las bandas superiores.
En la banda Ku los satélites pueden espaciarce a i grado. Pero estas ondas tienen
un inconveniente, la lluvia, ya que el agua es un gran absorbente de estas microondas
tan cortas.
Métodos de múltiple acceso
Múltiple acceso esta definido como una técnica donde más de un par de estaciones
terrenas puede simultáneamente usar un transponder del satélite. La mayoría de las
aplicaciones de comunicaciones por satélite involucran un numero grande de
estaciones terrenas comunicándose una con la otra a través de un canal (de voz, datos
o video). 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. Estas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o
múltiples que incluyen señales de voz, datos o video.
Existen muchas implementaciones especificas de sistemas de múltiple acceso,
pero existen solo tres tipos de sistemas fundamentales:
FDMA : acceso múltiple por división de frecuencia.
TDMA : acceso múltiple por división de tiempo.
DAMA : acceso múltiple por división de demanda (versión de TDMA)
CDMA : acceso múltiple por división de código.
Ventajas y desventajas de la transmisión vía satélite
Por presentar una cobertura territorial muy amplia genera serios problemas de
seguridad, ya que cualquier estación puede captarlos con solo sintonizar la frecuencia
del satélite. Para evitarlo se adicionan medidas de seguridad: cifrado y encriptado de
transmisiones.
Debido a que trabaja en bandas de frecuencias muy altas cada satélite es capaz de
soportar varios miles de canales telefónicos. Por ejemplo, un satélite moderno esta
formado por diez transponder y cada uno con capacidad de 48 Mbps.
Las condiciones meteorológicas adversas pueden afectar la señal durante su
camino entre la estación terrena y el satélite. Otra desventaja es la del retardo que puede
originar problemas, ya que la señal recorre 36.000 Km de subida y otros tantos de
retorno a la Tierra. Periódicamente el sol, el satélite y la estación terrena quedan
alineados provocando una elevación del ruido térmico que supera la intensidad de la
señal. En las grandes ciudades existe actualmente congestión de microondas; se
instalaron tantas antenas de microondas que se interfieren unas a otras y las ondas en
el aire están saturadas. Esto obliga a buscar un medio de transmisión alternativo como
los enlaces vía satélite. Pero una desventaja con respecto al satélite propiamente dicho
es que resulta muy costosa la construcción, lanzamiento y mantenimiento del mismo.
EL SATELITE PARA LA TRANSMISION DE TV
Las transmisiones de televisión tanto las captadas por antena, como las que llegan
por medio de un cable en la modalidad de Video-Cable, tienen sus portadoras situadas
en las bandas VHF o UHF. La utilización de estas frecuencias permite la recepción en
ópticas condiciones hasta distancias que no superen el horizonte óptico, tal cual se
divisaría desde la antena transmisora. En consecuencia la recepción de programas
televisivos fuera de los limites expresados, se caracteriza por dificultades técnicas, y
en ciertos casos por la inseguridad de lograrla en la oportunidad deseada. En áreas
alejadas de las grandes ciudades, para la recepción de la señal se debió instalar antenas
muy elaboradas y de altos costos, para así mejora, hasta donde fuera posible la calidad
de recepción. Este sector de televidentes se vera ahora beneficiado con la televisión por
satélite. Podrá ver imágenes dotadas de la misma calidad y acompañadas por el mismo
sonido irreprochable, que caracteriza a las que son captadas por televisores instalados
dentro del área de servicio optimo de transmisores.
Esta técnica se fundamenta en transmitir desde el lugar de origen del programa, a
un satélite de comunicación. Este esta equipado con receptores y por cierto, con
transmisores capaces de volver a dirigir a la tierra a la misma transmisión. Un satélite
de transmisión directa permite al usuario recibir directamente señales para su
retransmisión. Esta clase de satélites poseen una antena que debe quedar apuntando a
una área determinada toda el tiempo, y las técnicas deben ser mas sofisticadas. Sin
embargo, el satélite solo tiene una cantidad limitada de energía eléctrica a su
disposición. Así, las dimensiones de la región sobre la tierra cubierta por la antena de
transmisión es más pequeño que la región que abarcan todos los países en la C.E.E.
(Comunidad Económica Europea). Sin embargo, la recepción a través del área es
posible con discos parabólicos de aprox. 90 cm. de diámetro.
Características técnicas de las estaciones de TV
Un sistema de comunicaciones vía satélite esta formado por una o más estaciones
terrestres encargadas de enviar la señal de TV a un satélite operacional que se encuentra
en órbita geoestacionaria, constituyendo lo que se llama enlace ascendente. A su vez el
satélite enviara la señal de nuevo a la tierra, formando el enlace descendente. Esta señal
puede ser recibida por estaciones individuales de solo recepción o de teledistribucion.
Para evitar interferencias entre los dos haces, las frecuencias de ambos son distintas.
¿QUE ES DIRECTV?
DirecTV es el primer sistema digital de entretenimiento directo al hogar vía satélite
que se transmite a México, América del Sur y áreas del Caribe. DirecTV ofrece una
espectacular selección de programación que incluye películas, deportes, eventos
exclusivos, noticias, programas infantiles, canales educativos y muchas alternativas
más. La tecnología digital de vanguardia brinda la nitidez de imagen de un disco láser
y la pureza del audio de un disco compacto con alta calidez para disfrutar el hogar. La
programación de DirecTV y sus servicios especiales, están disponibles a través de una
serie de guías interactivas en pantalla, que ofrecen lo mas avanzado en selección y
control sobre la programación elegida. Las antenas se pueden instalar en cualquier
lugar que permita un ángulo de visión despejada hacia el nordeste, orientación de su
satélite.
CONCLUSIONES
Por medio de esta investigación logramos comprender la composición que tiene la
red de comunicaciones satelital para las comunicaciones, y los tipos de antenas y de
microondas, que permiten el control de aeronaves, buques, vehículos terrestres. Es de
gran importancia destacar que la tendencia en la evolución de los satélites de
telecomunicaciones es hacia el uso de terminales de recepción pequeños y de bajo costo
para poder permitir el acceso al sistema de una mayor cantidad de usuarios lo que se
traduce en la mejora de la calidad de vida.