LAS REDES SATELITALES

1. FUNDAMENTOS DE LA COMUNICACIÓN POR SATELITES

Las comunicaciones vía satélite, son tras las comunicaciones clásicas de telefonía y TV, el medio de difusión de la información y los servicios telecomunicaciones. Los satélites han resultado un elemento fundamental en el desarrollo de las comunicaciones y las tecnologías de la información como soporte universal para el intercambio y la difusión de la misma. El satélite al estar situado en una orbita exterior a la tierra, posee unas características de difusión y repetición que le dotan de elevada capacidad para proveer servicios de acceso. En la actualidad, los operadores y proveedores de servicios vía satélite, implantan sistemas unidireccionales con canales de retorno terrestres y bidireccionales, con comunicación íntegramente por el enlace satelital. Este permite una comunicación más manera más eficiente, dinámica, y con mayor capacidad. Pero como contrapunto, esta el hecho de que los servicios bidireccionales son mucho más caros y complejos tecnológicamente, al tener disponer el usuario de equipos transmisores capaces de comunicarse con el satélite.

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 ser accesibles a un gran número 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.

a) SEGMETOS: TIERRA Y ESPACIO

Segmento Terrestre

Está compuesto por las distintas estaciones terreadas destinadas a la recepción y trasmisión de señales mediante la utilización de satélites de comunicaciones.

Existen distintos tipos de estaciones terrenas. Los diferentes matices que se ofrecen en la práctica están dados según el servicio a que las mismas estén destinadas. Se pueden mencionar a la estaciones: estación máster, la que se encarga de la gestión del sistema y habitualmente se encuentra ubicada en el nudo principal de la red, situamos también la estaciones de alto tráfico y las de trafico medio y bajo, cuyas características permiten la atención de un elevado número de canales de trasmisión y recepción o bien puede ser de una menor cantidad de estos. Destacamos también las estaciones rurales -de bajo costo- y las denominadas estaciones TVRO (TV receiver only) que permiten solo la recepción de una o varias señales de TV y/o de radiodifusión sonora.

La estación terrestre, se encarga de captar la señal (propia o procedente de la red). Esta es procesada en banda base y modulada, con objeto de ser transmitida a la red satelital o a la red terrestre. De igual forma las señales espaciales son recibidas, y precisadas mediante el equipo receptor y de amplificación con fin de acondicionar esta para su posterior reenvío. La señal puede combinarse con otras, para formar enlaces multiplexados de mayor capacidad, o ser separada en canales menores (FDM o TDM). Para ello las estaciones poseen equipamiento TDM y FDM que permite operar con los transponders del satélite de manera coordinada facilitando la perfecta comunicación. El alimentador de antena proporciona polarización adecuada y aislamiento con la señal recibida. Se requiere un amplificador de bajo ruido en recepción. Las señales de TT&C son extraídas y utilizadas a fin de controlar el enlace y el satélite en orbita. El segmento terrestre principalmente está formado por dos elementos básicos, la estación terrestre, la cual se puede diferenciar entre diferentes tipos:

Estaciones de capacidad alta.

Formada por antenas grande de 30 m de altas presatciones, con capacidad de interconexión exterior de los contenidos recibidos y transmitidos por el satélite, así como pasarela entre redes y subsistemas terrestres.

Estaciones de capacidad media.

Formada por antenas de 2-10 m, y encargadas de gestionar y procesar el trafico de una empresa o región determinada.

Estaciones de capacidad pequeña (VSAT y USAT).

Antenas pequeñas de 0,5 -2 m de diámetro. Son sistemas para un único usuario, dentro de las redes VSAT remotas.

Estaciones terrestres móviles.

Son estaciones con antenas de tamaño 1-2 m, con capacidad de movimiento o terminales telefonicos moviles, tipicos en sistemas LEO y MEO. Actualemente son terminales interactivos, como los terminales GPS.

Estaciones terrestre fijas.

Son terminales fijos sin capacidad de movimiento, basados en antenas de 0,5-2 m a través de los cuales se reciben las señales, principalmente Internet y datos.

Segmento espacial

Es la parte que se refiere a las comunicaciones en el espacio abierto, es el módulo de comunicaciones que se encarga principalmente de los equipos y funciones necesarios en el satélite para poder establecer las comunicaciones con las estaciones en tierra.

Modulo de comunicaciones

La función principal del sistema de comunicaciones, es la de recibir, amplificar y adecuar la frecuencia de la señal, transmitiendo las señales que llegan o salen del satélite. Podemos distinguir tres partes diferenciadas dentro del modulo de comunicaciones, las antenas, los transpondedores y los amplificadores de potencia. Las antenas reciben y emiten a través del enlace ascendente (uplink), y o del enlace descendente (downlink) las señales provenientes de la tierra o dirigidas a ella, en una banda de frecuencia y polarización. En la señal recibida y transmitida, se debe garantizar la mayor calidad posible y con la menor interferencia posible amplificando las portadoras recibidas, proporcionando potencia suficiente a las portadoras con el menor ruido y distorsión posible y cambiar de la frecuencia del up-link a la del downlink y viceversa. Los canales o transpondedores conforman una división en sub-bandas de las frecuencias a las que trabaja el satélite, como canales con una amplificación independiente y controlada. Este, puede ser regenerativo o transparente según se procese o no la señal en banda base .

Antenas

Las antenas son la pasarela de entrada y salida de la información. Son empleadas muchos los tipos de antenas, en función de las necesidades de cobertura, señales involucradas, frecuencias y aplicaciones. Los principales tipos de antenas a bordo son: Monopolos y dipolos en bandas VHF y UHF (en desuso), Bocinas para haces anchos (cobertura global) y como alimentadores de antenas de reflector, Antenas reflectoras más empleadas para haces zonales, spot, múltiples y conformados (shaped beams), Lentes dieléctrica en guía metálica y en línea de transmisión acabadas en elemento radiante (“bootlace”), Arrays de elementos impresos, guías o bocinas, radiando directamente o como alimentadores de reflectores y Antenas activas, consistentes en elementos impresos alimentados directamente por unidades amplificadoras de salida integradas.

Las características de las antenas, varían en función de su aplicación, pero son fundamentales que se respeten algunos parámetros básicos, que evite problemas asociados a interferencias de otros haces, ínter modulaciones, zonas de sombra, derivas del haz, errores de apuntamiento, etc. Las antenas se deben adaptar a diferentes configuraciones de red, difusión y recepción de los canales de frecuencia. Así podemos tener antenas para redes de un único haz o redes multihaz.

Las redes de un único haz, se caracterizan porque todas las estaciones que comparten el uso del satélite están en la misma zona de cobertura, determinada por el haz de radiación de la antena del satélite. El satélite dispone de C canales pero el número de usuarios potenciales es mucho mayor, siendo necesario que estos accedan a los transponedores según un criterio de asignación de frecuencias y polarizaciones de los mismos. Cada transpondedor es compartido mediante el uso de alguna de las técnicas de acceso múltiple FDMA, TDMA o CDMA. El tráfico de los clientes estaciones puede encaminarse según dos principios, una portadora por estación (uso de N portadoras) y una portadora por enlace (uso de N(N-1) portadoras).

Figura. Esquema monohaz o multihaz.

En las redes multihaz, el satélite divide su zona de cobertura en diferentes sub-regiones con antenas más directivas (de mayor ganancia). Cada haz tiene asignado un transpondedor o conjunto de transpondedores que puede ser diferente. La limitación del número de haces viene dada por la complejidad

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