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.