REDES VSAT
GEBERT LEÓN RODRÍGUEZ
OSWALDO ZÚÑIGA CÁRDENAS
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ÁREA DE COMUNICACIONES
CARTAGENA DE INDIA
2003
REDES VSAT
GEBERT LEÓN RODRÍGUEZ
OSWALDO ZÚÑIGA CÁRDENAS
Monografía para optar al titulo de
Ingeniero Electrónico
Director
GONZALO LÓPEZ
Ingeniero Electrónico
CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
ÁREA DE COMUNICACIONES
CARTAGENA DE INDIA
2003
Cartagena de India D.T.C.H. Noviembre 26 de 2003
Señores:
Facultad de Ingeniería Electrónica
Corporación universitaria Tecnológica de Bolívar
La ciudad:
Por medio de la presente me permito informarles que la monografía titulada
Redes VSAT. Ha sido desarrollada de acuerdo a los objetivos establecidos.
Como director del proyecto considero que el trabajo es satisfactorio y amerita
ser presentado por sus autores.
Atentamente,
GONZALO LÓPEZ
Autorización
Cartagena de Indias, D.T.C.H. Noviembre 26 de 2003 Yo GEBERT LEON RODRIGUEZ, identificado con numero de cedula
73’576.977 de Cartagena, autorizo a la Corporación Universitaria Tecnológica
de Bolívar, para hacer uso de mi trabajo de grado y publicarlo en el catalogo
online de la biblioteca.
GEBERT LEON RODRIGUEZ C.C. 73’576.977 de Cartagena
Autorización
Cartagena de Indias, D.T.C.H. Noviembre 26 de 2003 Yo OSWALDO ZUÑIGA CARDENAS, identificado con numero de cedula
73’139.873 de Cartagena, autorizo a la Corporación Universitaria Tecnológica
de Bolívar, para hacer uso de mi trabajo de grado y publicarlo en el catalogo
online de la biblioteca.
OSWALDO ZUÑIGA CARDENAS C.C. 73’139.873 de Cartagena
Cartagena de Indias D.T.C.H. Noviembre 26 de 2003
Señores
Comité evaluador
Facultad de Ingeniería de Sistemas
Corporación Universitaria Tecnológica de Bolívar
Ciudad
Estimados señores
De la manera más cordial nos permitimos presentar a ustedes para su estudio,
consideración y aprobación la monografía titulada “Redes VSAT”, monografía
presentada para obtener el titulo de ingenieros Electrónicos.
Como autores del proyecto consideramos que el trabajo es satisfactorio y
amerita ser presentado para su evaluación.
Atentamente,
OSWALDO ZUÑIGA CARDENAS GEBERT LEON RODRIGUEZ C.C. 73’139.873 de Cartagena C.C. 73’576.977 de Cartagena
Nota de Aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Cartagena 26 de Noviembre de 2003
CONTENIDO
Pág.
INTRODUCCIÓN.........................................................................................................22
1. RESEÑA HISTÓRICA Y EVOLUCIÓN ...............................................................23
1.1 RESEÑA HISTÓRICA..........................................................................................23
1.2 EVOLUCIÓN.......................................................................................................24
2. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE SATELITE...................................................26
3. REDES VSAT..........................................................................................................33
3.1 QUÉ ES VSAT......................................................................................................34
3.2 CARACTERÍSTICAS DE VSAT.........................................................................35
4. ELEMENTOS DE UNA RED VSAT.....................................................................36
4.1 ESTACIÓN HUB ...................................................................................................36
4.1.1 Opciones del hub ..............................................................................................38
4.1.2 Componentes del hub ......................................................................................39
4.2 SEGMENTO ESPACIAL .....................................................................................40
4.2.1 Transpondedor del satélite ............................................................................42
4.2.2 Bandas de frecuencias específicas para aplicaciones VSAT...................43
4.3 ESTACIONES TERRENAS DE REDES...........................................................47
4.4 PARÁMETROS TÍPICOS DE EQUIPOS PARA VSAT Y HUB .....................48
5. FUNCIONAMIENTO VSAT...................................................................................50
5.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA RED VSAT ....................................53
5.1.1 Ventajas ..............................................................................................................53
5.1.2 Desventajas ......................................................................................................55
6. TOPOLOGÍA Y ARQUITECTURA DE UNA RED VSAT................................57
6.1 TOPOLOGÍA .......................................................................................................57
6.1.1 Red en estrella ...................................................................................................57
6.1.2 Red en malla ......................................................................................................59
6.2 ARQUITECTURA ................................................................................................60
6.3 ESTRUCTURA DEL FLUJO DE INFORMACIÓN EN LA RED ...................63
6.4 COMPORTAMIENTO DE LOS PROTOCOLOS .............................................64
6.5 TÉCNICAS DE ACCESO MÚLTIPLE ...............................................................65
6.5.1 Acceso múltiple por asignación fija ...............................................................66
6.5.2 Acceso múltiple con asignación por demanda ...........................................68
6.6 MÉTODOS DE ACCESO POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO ALEATORIOS
(ALOHA) .......................................................................................................................70
6.7 ALGORITMOS DE CONTROL DE LAS RETRANSMISIONES...................71
7. ANÁLISIS DE ENLACE VSAT..............................................................................72
7.1 ANÁLISIS DEL ENLACE DE SUBIDA ..............................................................72
7.2 ANÁLISIS DEL ENLACE DE BAJADA..............................................................80
7.3. INTERFERENCIAS ...........................................................................................88
8. APLICACIONES Y SOLUCIONES DE ÚLTIMA MILLA DE LAS REDES
VSAT.......................................................................................................................92
8.1 APLICACIONES CIVILES..................................................................................92
8.2 APLICACIONES MILITARES............................................................................93
8.3. APLICACIÓN DE VSAT EN COLOMBIA ........................................................93
8.4 NUEVOS SERVICIOS ........................................................................................99
9 CONCLUSIONES ..................................................................................................105
10 RECOMENDACIONES.......................................................................................108
BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................................................109
ANEXOS.....................................................................................................................112
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Clasificación de los satélites según su orbita ........................................26
Figura 2. Satélites de orbita geoestacionaria .........................................................28
Figura 3. Satélites de orbita media...........................................................................30
Figura 4. Satélites de orbita baja ..............................................................................31
Figura 5. Esquema de una red vsat .........................................................................33
Figura 6. Estación HUB..............................................................................................37
Figura 7. Diagrama de bloques del HUB.................................................................37
Figura 8. Segmento Espacial ....................................................................................41
Figura 9. Transpondedor del Satélite .......................................................................42
Figura 10. Bandas de uso ..........................................................................................44
Figura 11. Diagrama de las coberturas mundial de las bandas C y Ku .............45
Figura 12. Diagrama de bloques de VSAT............................................................47
Figura 13. Unidad exterior .........................................................................................48
Figura 14. Unidad interior ..........................................................................................48
Figura 15. Red VSAT..................................................................................................50
Figura 16. Funcionamiento VSAT ............................................................................52
Figura 17. Topología en estrella de VSAT..............................................................58
Figura 18. Topología en malla de VSAT .................................................................60
Figura 19. Arquitectura ...............................................................................................60
Figura 20. Arquitectura de una red punto a punto .................................................61
Figura 21. Arquitectura de una red multipunto a multipunto ................................62
Figura 22. Arquitectura de una red Punto a Multipunto ........................................62
Figura 23. Formas de describir los protocolos .......................................................64
Figura 24. Enlace de subida......................................................................................72
Figura 25. Enlace de bajada......................................................................................80
Figura 26. Receptor de la estación terrea ...............................................................84
Figura 27. Temperatura de ruido para condiciones de cielo claro ......................85
Figura 28. Temperatura de ruido para condiciones de lluvia...............................86
Figura 29. Interferencia de canal adyacente ..........................................................89
Figura 30. Esquema de distribución y difusión de datos ......................................95
Figura 31. Esquema de una videoconferencia.......................................................97
Figura 32. Ejemplo de sistema DVB-RCS ............................................................100
Figura 33. Conexión de una red Local...................................................................102
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Frecuencias y Enlaces Satelitales ............................................................29
Tabla 2. Ventajas y desventajas de estas bandas ................................................46
Tabla 3. Tipos de bandas de frecuencias ...............................................................48
Tabla 4. Parámetros de las Antenas.......................................................................49
Tabla 5. Potencia de salida y escala de frecuencias ............................................49
Tabla 6. Comportamiento del PIRE..........................................................................77
Tabla 7. Tipos de frecuencias y ángulos de elevación .........................................86
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Calculo de enlace para un sistema satelital...................112
Anexo B. EQUIPOS…………………………………….. …………...113
GLOSARIO
ACK: Reconocimiento positivo.
ALOHA: Protocolo de acceso múltiple aleatorio.
Banda: Conjunto de las frecuencias comprendidas entre límites determinados y
pertenecientes a un espectro o gama de mayor extensión. La clasificación
adoptada internacionalmente está basada en bandas numeradas que van de la
que se ubica de los 0.3 x 10n Hz a 3 x 10n Hz, en la cual n es el número de
banda.
Banda C: Rango de frecuencia que se encuentra en los límites de 3.9 a 6.2
Gigahertz. Esta banda se utiliza tanto para transmisiones de microondas como
de satélite, es muy usada en las transmisiones de televisión.
Banda K: Rango de frecuencia que se encuentra en los límites de los 10.9 a 36
Gigahertz.
Banda Ku: Rango de frecuencia que se encuentra en los límites de 12 y 14
Gigahertz. Esta banda se utiliza únicamente par transmisiones por satélite. Su
principal uso es de telefonía troncal, así como transmisiones de datos.
BER: Bit Error Rate.
BPF: Filtro Pasa Banda.
Bps: Bits por Segundo.
BSS: Broadcasting Satelite Service.
Bypass: Servicios de comunicación que evitan o rodean las centrales de la red
pública conmutada y que pueden sus traerse a las tasas de red.
CDMA: Acceso Múltiple por División de Código.
DBS: Sistemas Broadcast Digital.
Delay: Retardo.
DEP: Densidad Espectral de Potencia.
Downlink: Enlace de bajada.
DVB: Digital Vídeo Broadcasting.
ES: Elementary Etream.
FCC: Federal Communications Comisión.
FDMA: Acceso Múltiple por División en Frecuencia.
FEC: Esquema de Corrección de Errores.
FIFO: First In First Out.
FSS: Fixed Satelite Seviche.
GEO: Orbita Terrestre Geocincrona.
GPS: Sistema de Posicionamiento Global.
Host: Terminal usuario.
INBOUND: transferencia de información desde un VSAT al HUB.
IDU: Unidad interna.
Latencia: Retraso de la señal por el paso por determinados tramos de cable,
equipos, etc.
LEO: Orbita Terrestre Baja.
LNA: Amplificador de Bajo Ruido.
LNB: Bloqueador de Ruido Bajo.
MCPC: Multiple Channel Per Carrier.
MEO: Orbita Terrestre Media.
MPEG2: Moving Pictures Experts Group Layer 2.
NACK: Reconocimiento negativo.
NMS: Network Managament System.
ODU: Unidad externa.
OUTBOUND: Transferencia de información desde el HUB a un VSAT.
PES: Packet Elementary Stream.
PIRE: Potencia Isotrópica Radiada Equivalente.
QoS: Quality of Service.
RDSI: Red Digital de Servicios Integrados.
SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition.
SCPC: Single Channel Per Carrier.
SDLC: Protocolo de operación.
TS: Transport Stream.
UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones.
Uplink: Enlace de subida.
USAT: Ultra Small Aperture Terminal.
VSAT: Very Small Aperture Terminal.
RESUMEN
En esta monografía se identifican a las redes VSAT y los tipos de topologías,
como soporte a sistemas multisitio multiservicio. Las redes VSAT surgen como
una alternativa para sistemas que ofrecen múltiples servicios desde localidades
dispersas geográficamente. Se caracterizan por habilitar el funcionamiento
simultáneo de varias VSAT dentro de un sistema integrado con asignación
global de recursos y con posibilidad de comunicación entre cualquier par de
estaciones remotas independientemente a la que pertenezca.
Los sistemas VSAT tienen además la capacidad de ofrecer servicios
interactivos con calidad de servicio (QoS, Quality of Service) y brindando de
esta forma el soporte para diversos tipos de aplicaciones, como por ejemplo, la
navegación Web, correo electrónico, voz sobre IP (VoIP) y videoconferencia.
Dada la tendencia tecnológica de las redes satélite de banda ancha se propone
que los sistemas VSAT utilicen la tecnología DVB (Digital Video
Broadcasting) para satélite, que cuenta con la especificación del canal de
difusión DVB-S (DVB by Satellite) y del canal de retorno DVB-RCS (DVB
Return Channel System). La adopción de esta tecnología permite construir
redes totalmente interactivas por satélite donde es posible ofrecer servicios con
21
diferentes niveles de garantías de calidad evitando además la dependencia a
un canal de retorno terrestre.
Surgen entonces las propuestas de sistemas interactivos que utilizan satélites
con procesamiento a bordo, más específicamente con funciones de
remultiplexación MPEG-2 y cambio de formato de los enlaces ascendentes
(MPEG-2 Remultiplexing).
Posteriormente se analiza el nivel de adaptación de IP a la VSAT junto con una
descripción del protocolo de control de conexión. La descripción del nivel de
adaptación muestra el modelo adoptado para la provisión de la QoS y su
acoplamiento al mecanismo escogido para habilitar el funcionamiento de
múltiples estrellas dentro de la tecnología DVB-S/RCS.
Las prestaciones obtenidas por las arquitecturas VSAT en los diferentes
escenarios las hacen competitivas no solamente en zonas de limitada
infraestructura de comunicación o de amplia cobertura, sino también en una
variedad de mercados e incluso en zonas metropolitanas densamente
pobladas.
22
INTRODUCCION
Los satélites artificiales han revolucionado el mundo de las telecomunicaciones
y, en muchos aspectos, han influido en la política mundial. Por ejemplo, las
imágenes en directo sobre la guerra del golfo pérsico. La transmisión del
mundial de fútbol en Corea y Japón. Es indiscutible que la tecnología de
comunicaciones por satélites ha alterado considerablemente la forma en que
nos comunicamos y la forma en que percibimos el mundo.
Las redes satélite VSAT (apertura de terminal pequeña) se apoyan en el uso de
satélites como elemento transmisor/receptor a fin de proporcionar una gran
variedad de servicios de comunicación. Este tipo de sistemas ha evolucionado,
gracias a la tecnología DVB (Digital Vídeo Broadcasting) por satélite, a otros
tipos de sistemas de mayor integración de servicios a un coste inferior del que
tenían las redes originales VSAT, pero sin perder de vista todas las
posibilidades que se ofrecían en ellas.
Este trabajo se centrara en una descripción funcional de las redes VSAT,
indicando sus elementos básicos de funcionamiento, métodos de transmisión a
través de flujos MPEG2 (Moving Pictures Experts Group Layer 2.), la
tecnología DVB, y otros puntos de interés.
23
1. RESEÑA HISTORICA Y EVOLUCIÓN
1.1 RESEÑA HISTORICA
El afán por ampliar las comunicaciones y abarcar todos los rincones de la
tierra, ha conducido a los científicos a buscar medios cada vez más complejos
para lograrlo.
Realmente la transmisión espacial fue concebida con más de diez años de
anticipación al lanzamiento de los primeros satélites artificiales. En 1945 el
científico inglés Arthur C. Clarke propuso el uso de un satélite terrestre para
radiocomunicación entre varios puntos de la superficie terrestre. Clarke sugirió
en una publicación el diseño de una nave espacial tripulada que podría
lanzarse como un cohete. La nave se posicionaría a una altitud aproximada de
36,000 kilómetros, giraría junto con la tierra y habría receptores y equipo de
transmisión terrestres que llevarían las señales a una determinada parte de la
tierra. Este mecanismo es básicamente el mismo con el que funcionan los
sistemas de satélites geosíncronos.
Entre la década de los 50 y 60, con el fin de abarcar la comunicación entre
zonas, se utilizaron globos meteorológicos metalizados para establecer un
sistema de comunicación a través del rebote de las señales que se producían
en dichos globos, pero no se tuvieron los resultados esperados; las señales
recibidas eran demasiado débiles para aprovechar un uso práctico. El avance
24
en este campo de comunicaciones tuvo que esperar hasta el lanzamiento del
primer satélite artificial.
El lanzamiento de los satélites artificiales inició el 4 de octubre de 1957, cuando
la antigua Unión Soviética envió al espacio el Sputnik I, con el objeto de
realizar experimentos. Se inició entonces una lucha por la conquista del
espacio entre la antigua Unión Soviética y EEUU inmediatamente el Congreso
Norteamericano aprobó la cesión de fondos para proyectos de desarrollo de
satélites, y al año siguiente ese país lanzó el Explorer I.
La generación de satélites comerciales para comunicaciones empezó en 1965
con el lanzamiento del satélite INTELSAT I, el cual podía manejar 250 llamadas
telefónicas internacionales. Este sería el primero de una serie de doce
propiedades de INTELSAT.
1.2 EVOLUCIÓN
La tendencia actual de las redes satélite es evolucionar hacia la prestación de
servicios de acceso multimedia de banda ancha, en particular acceso a
Internet, con terminales fijos o, como mucho, portátiles, y usando una nueva
generación de satélites con funciones avanzadas y mayor capacidad que los
actuales. En estos nuevos sistemas, predomina el uso de satélites GEO,
generalmente con conmutación a bordo y haces de cobertura muy pequeña,
por ejemplo un país o parte del mismo, en lugar de un continente. Esto permite
25
comunicar directamente de un terminal a otro en un salto a través del satélite
en lugar de dos saltos (terminal-satélite-estación terrestre central y vuelta)
reduciendo el retardo a la mitad, así como reutilizar frecuencias en diferentes
zonas para aumentar la capacidad total del sistema (como en las redes
celulares terrestres).
Las denominadas plataformas de gran altura (HAP), aviones no tripulados con
gran autonomía a alturas entre 15 y 30 Km. De los cuales ya existen prototipos,
pueden convertirse en el futuro en plataformas de comunicaciones que
complementen tanto los sistemas satélites como los terrestres, aportando gran
flexibilidad en cuanto a su situación geográfica y la posibilidad de
mantenimiento y actualización de los equipos a bordo.
26
2. 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 captan 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 órbita1, como nos muestra la Figura 1.
De este modo tenemos los satélites:
Figura 1. Clasificación de los satélites según su orbita
1 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
27
♣ GEO: Abreviatura de Órbita Terrestre Geosíncrona. Los satélites GEO
orbitan a 35.848 kilómetros sobre el ecuador terrestre ver Figura 2 altitud, el
periodo de rotación del satélite es exactamente 24 horas y, por lo tanto,
parece estar siempre sobre el mismo lugar de la superficie del planeta. Esta
órbita se conoce como órbita de Clarke, en honor al escritor Arthur C.
Clarke, que escribió por primera vez en 1945 acerca de la posibilidad de
cubrir toda la superficie terrestre con sólo tres satélites.
El principal problema que se presenta es el retraso (latencia) de 0,24
segundos, aunque en la práctica resulta algo más, debido a la distancia que
debe recorrer la señal desde la tierra al satélite y del satélite a la tierra. Así
mismo, los GEO necesitan obtener unas posiciones orbítales específicas
alrededor del ecuador para mantenerse lo suficientemente alejados unos de
otros (unos 800 o 1.600 kilómetros. o uno o dos grados, para las bandas K y
C respectivamente) dada la resolución de las antenas receptoras, siendo la
UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) y la FCC (Federal
Communications Comisión) en los Estados Unidos los organismos
encargados de administrar estas posiciones.
Los satélites geosincronicos son los más utilizados para las
comunicaciones; 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 enlace de
subida (uplink) son del orden de los 6 GHz y las del enlace de bajada
(downlink) están alrededor de los 4 Ghz. La banda Ku se define entre 11 y
28
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 señales2, es decir, se utiliza
técnicas de Bypass de forma que si una estación no puede recibir o emitir,
se puede utilizar otra estación.
Figura 2. Satélites de orbita geoestacionaria
La tabla 1. Especifica las principales bandas del espectro usadas para la
transmisión por satélite, incluyendo los problemas que acarrean:
2 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
29
Tabla 1. Frecuencias y enlaces satelitales.
BANDA FRECUENCIAS 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
Se puede 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).
♣ MEO: Los satélites de órbita terrestre media, también denominados ICO, se
encuentran a una altura comprendida entre los 10.000 y 20.000 kilómetros.
A diferencia de los GEO, su posición relativa respecto a la superficie
terrestre no es fija. Al estar a una altitud menor, se necesita un número
mayor de satélites para obtener cobertura mundial, pero la latencia se
reduce substancialmente. En la actualidad no existen muchos satélites
30
MEO, y los que hay, se utilizan fundamentalmente para posicionamiento
(localización GPS), Ver Figura 3.
Figura 3. Satélites de orbita media
♣ LEO: Las órbitas terrestres de baja altura prometen un ancho de banda
extraordinario y una latencia reducida (unas pocas centésimas de segundo).
Los LEO orbitan generalmente por debajo de los 5.000 kilómetros, y la
mayoría de ellos se encuentran mucho más abajo, entre los 500 y los 1.600
kilómetros, con planes para lanzar constelaciones de cientos de satélites
que abarcarán todo el planeta, la Figura 4. Nos muestra este tipo de
satélites. Existen tres tipos de LEO, que manejan diferentes cantidades de
ancho de banda3. Los LEO pequeños están destinados a aplicaciones de
bajo ancho de banda (de decenas a centenares de kbit/s), como los
buscapersonas, e incluyen a sistemas como OrbComm. Los grandes LEO
pueden manejar buscapersonas, servicios de telefonía móvil y algo de
transmisión de datos (de cientos a miles de kbit/s). Los LEO de banda
3 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
31
ancha (también denominados megaLEO) operan en la franja de los Mbit/s y
entre ellos se encuentran SkyBridge y Teledesic.
Figura 4. Satélites de orbita baja
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 se realizan a través de los amplificadores del satélite
("transponders" o transpondedor) y existen de dos tipos:
Y 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.
Y Transpondedor regenerativo: La señal digital que llega al satélite sufre el
mismo proceso que un repetidor regenerativo. La señal es procesada y
32
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 diversas 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.
33
3. 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 más usuarios, por
muy apartado que sea el lugar, existe una tendencia a la utilización de
terminales con antenas parabólicas de tamaño reducido (VSAT) como muestra
el esquema de la Figura 5.
Figura 5. Esquema de una red vsat
34
3.1 QUÉ ES VSAT
Las redes VSAT son redes privadas de comunicación de datos, voz y video vía
satélite para intercambio de información punto-punto, punto-multipunto
(broadcasting) o interactiva.
VSAT es el acrónimo de "Very Small Aperture Terminal", y es definido, como
una pequeña estación terrestre con una antena de diámetro no superior a 2'4m.
Es caracterizado por su fácil instalación y un amplio rango de servicios de
telecomunicaciones con una estación hub grande o con otro VSAT4.
Fue inicialmente un negocio de pequeñas estaciones terrestres desarrollado en
los 80 por Telecom General en USA. Podemos decir que VSAT es uno de los
pasos intermedios de la tendencia general a reducción de tamaño que se ha
ido observando en las estaciones terrestres desde el lanzamiento del primer
satélite de comunicaciones a mediados de los 60.
Los sistemas VSAT se han afianzado ya como una técnica madura para el
establecimiento de comunicaciones en amplias zonas, especialmente para
servicios empresariales. También contarán con un amplio abanicó de
aplicaciones en los países en desarrollo.
4 http://www.upv.es/satelite/
35
3.2 CARACTERÍSTICAS DE VSAT
Sus principales características son:
♣ Redes privadas diseñadas a la medida de las necesidades de las
compañías que las usan.
♣ El aprovechamiento de las ventajas del satélite por el usuario de servicios
de telecomunicación a un bajo coste y fácil instalación.
♣ Las antenas montadas en los terminales necesarios son de pequeño
tamaño (menores de 2.4 metros, típicamente 1.3m).
♣ Las velocidades disponibles suelen ser del orden de 56 a 64 kbps.
♣ Se puede transmitir voz, datos, fax videoconferencia, interconexión LAN
♣ Las bandas de funcionamiento suelen ser K o C, donde se da alta potencia
en transmisión y buena sensibilidad en recepción.
En los sistemas VSAT los clientes adquieren durante un tiempo determinado el
uso de un satélite, son útiles para las comunicaciones preestablecidas pero no
para las comunicaciones bajo demanda.
Debido a esto, entra a competir directamente con redes como, la Red Pública
de Transmisión de Paquetes X.25, o la Red Digital de Servicios Integrados
(RDSI). Cabe destacar su rápida y masiva implantación en Europa, Asia, USA,
y Latino América lo que está facilitando un acercamiento sin precedentes de las
ventajas del satélite al usuario de servicios de telecomunicación.
36
4. ELEMENTOS DE UNA RED VSAT
Los elementos básicos que componen una VSAT, tanto en su segmento
espacial y su segmento terrestre son:
♣ La estación HUB
♣ El segmento espacial
♣ Los terminales VSAT
♣ Parámetros típicos de los equipos de una red VSAT
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
sistema5. 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.
4.1 ESTACIÓN HUB
El HUB es una estación más dentro de la red pero con la particularidad de que
es más grande (la antena típicamente es 4 a 10 metros y maneja más potencia
5 http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_4/vsat_hpg.htm
37
de emisión -PIRE-) en la Figura 6. Se observa la estación HUB. Habitualmente
el HUB esta situado en la sede central de la empresa que usa la red o en su
centro de cálculo.
Este punto es el que supone un mayor desembolso para una empresa por lo
que se tiene la posibilidad de tener el HUB en propiedad o alquilado.
Este es el encargado de gestionar 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), podemos
observar el diagrama de bloques de un a estación HUB en la Figura 7.
Figura 6. Estación hub Figura 7. Diagrama de bloques del hub
38
4.1.1 Opciones del hub
♣ HUB dedicado: Soporta miles de VSAT conectados a él. Puede actuar
como un órgano central de control de la red. En periodos de expansión,
cambios en la red o problemas, representa la solución más simple para el
cliente. Sin embargo el hub dedicado representa la opción más cara y sólo
es justificado si el coste puede ser amortizado con un suficiente número de
VSAT.
♣ HUB compartido: Varias redes separadas pueden compartir un único hub.
Con esta opción los servicios del hub son alquilados por los operadores de
las redes VSAT. Por tanto las redes están hechas con el mínimo capital y
esto favorece la implementación inicial de éstas.
Sin embargo, el hecho de compartir el hub tiene los siguientes inconvenientes:
Y La necesidad de una conexión desde el hub hasta el host (terminal usuario).
Por lo tanto son necesarios una serie de circuitos para conectar con el host.
Dichos circuitos deben ser de fácil instalación, otra posibilidad sería utilizar
las redes terrestres de teléfono. Todo esto añade un coste extra a la red.
Y Una limitación a la hora de expandir la red. Para ampliar la red, debido a su
limitada capacidad, es necesario informar a todas las redes operadoras que
comparten el hub, lo cual no garantiza las características contratadas por
los operadores iniciales.
39
♣ Mini hub: Es un pequeño hub con una antena de 2 a 3 metros de diámetro.
Apareció en 1989 como resultado de un incremento de la potencia desde el
satélite y el desarrollo de los receptores de bajo ruido. Es una buena
solución a los problemas de instalación del hub en grandes ciudades sin
lugares adecuados para grandes antenas. Un mini-hub típicamente soporta
alrededor de 300 a 400 VSAT.
4.1.2 Componentes del hub
El HUB esta compuesto por:
♣ Unidad de RF: La unidad de RF se encarga de transmitir y recibir las
señales. Su diagrama de bloques completo seria similar al de la ODU
de terminal VAT.
♣ Unidad interna: A diferencia de la IDU del VSAT, aquí esta unidad
puede estar conectada a la computadora que se encarga de
administrar la red corporativa. Esta conexión puede ser directa o bien
a través de una red pública conmutada o una línea privada
dependiendo de si el HUB es propio o compartido.
♣ Network management system: Desde el HUB se monitoriza toda la red
de VSAT's. De ello se ocupa el Network Management System
40
(NMS). El NMS es un computador o estación de trabajo que realiza
diversas tareas como:
Y Configurar la red (puede desearse funcionar como una red de
broadcast, estrella o malla).
Y Control y alarma.
Y Monitorización del tráfico.
Y Control de los terminales.
Y Habilitación y deshabilitación de terminales existentes
Y Inclusión de nuevos terminales.
Y Actualización del software de red de los terminales.
Y Tareas administrativas.
Y Inventario de los terminales.
Y Mantenimiento.
Y Tarificación (en caso de ser un HUB compartido).
Gran parte del éxito de una red VSAT radica en la calidad del NMS y en su
respuesta a las necesidades de los usuarios6.
4.2 SEGMENTO ESPACIAL
El segmento espacial es el punto clave de una red VSAT, 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
6 http://www.rares.com.ar/PDF/1610.pdf
41
recepciones de la información se realizan a través de los amplificadores del
satélite ("transponders" o transpondedor), la Figura 8. Nos muestra el
segmento espacial.
Figura 8. Segmento espacial
♣ Es el único canal por donde se realiza la comunicación con las
consiguientes ventajas y desventajas que ello conlleva.
♣ Es un canal compartido por lo que necesitaremos usar alguna técnica o
protocolo de acceso al medio (FDMA, TDMA, DA-TDMA).
♣ Es el único punto de la red que no puede ser manejado con total libertad por
el instalador de una red VSAT.
En el aspecto espacial, para la insta lación de redes VSAT se usan:
♣ Satélites geoestacionarios.
♣ Bandas de frecuencias especificas para aplicaciones VSAT.
42
4.2.1 Transpondedor del satélite. Un típico transponder satelital consta de
un dispositivo para limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo
ruido de entrada (LNA), un traslador de frecuencia, un amplificador de potencia
de bajo nivel y un filtro pasa bandas de salida7 la Figura 9. Muestra un
diagrama de bloques simplificado de un transponder satelital.
Figura 9. Transpondedor del Satélite
♣ El proveedor del servicio fijo de satélite que se usa para implementar redes
VSAT proporciona un cierto número de canales dentro de un
transpondedor. Un transpondedor puede llegar a manejar de 10 a 15 redes
de tamaño típico de 500 VSATs. El ancho de banda dedicado a la red VSAT
depende de:
♣ Las tasas de bps que se desee (típicamente para el Inbound: 128 o 64
kbps y para el Outbound: 128 a 512 kbps). La elección depende mucho del
tamaño de la antena del VSAT.
♣ Del tipo de asignación del canal (TDMA, FDMA, DA-TDMA).
7 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
BPF Amplificador De bajo ruido
LNA
Mezclador
Oscilador de Desplazamiento MW de 2GHz
BPF Amplificador de Baja potencia TWT
Traslator de frecuencia
RF
RF
RF
43
♣ Conviene destacar que es posible asignar anchos de banda diferentes a los
OUTBOUND y INBOUND con lo que se establecen enlaces asimétricos.
4.2.2 Bandas de frecuencias especificas para aplicaciones vsat.
♣ Bandas de uso: VSAT trabajo con el llamado " Fixed Satellite Sevice"
(FSS) definido por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT).
El FSS cubre todas las comunicaciones vía satélite entre estaciones
localizadas. Las estaciones transportables pertenecen a esta categoría, y por
tanto son llamadas "fly away station" que usan las mismas bandas que las
fijas VSAT.
Y Bandas comerciales: son asignadas por el FSS y son la banda C y la
banda Ku.
En la figura 10. Vemos los uplinks y los donwlinks. Las flechas negras indican
la principal y exclusiva asignación por el FSS y significa que el FSS protege
esa asignación contra interferencias de otros servicios que son considerados
secundarios. Las flechas rayadas indican la principal pero compartida
asignación, que significa que dicha banda también puede ser usada por otros
servicios con las mismas reglas. La forma de acceder y los acuerdos están
descritos en el UIT Radio Regulation.
Y Sistemas militares usan banda X, 8GHz para uplink y 7GHz donwlink.
Y Sistemas experimentales usan banda Ka, 14GHz para el uplink y 12GHz
para el donwlink.
44
La selección de la banda de frecuencia del VSAT depende principalmente de la
cobertura de los satélites de la región donde el VSAT está instalado. La banda
C es usada en la mayoría de las regiones del mundo (sólo latitudes mayores a
70º no están cubiertas). Mientras la banda Ku es usada en Norte América,
Europa, Asia Este y Australia.
La Figura 10. Nos muestra las bandas usadas por estos sistemas, la única
excepción es cuando los datos son broadcast, es decir, difusión de programas
de televisión y audio los cuales son llamados "broadcasting satelite service"
(BSS).
Figura 10. Bandas de uso
45
• Bandas de frecuencias: El plan de frecuencia ha sido establecido por la
ITU. Se ha establecido que se usen las bandas de frecuencia:
Y Banda C o banda Ku para aplicaciones civiles.
Y Banda X para aplicaciones militares.
Y Banda Ka para sistemas experimentales.
Y Cobertura: Existe además la limitación de cobertura como se puede
apreciar en la Figura 11.
Figura 11. Diagrama de las coberturas mundial de las bandas C y Ku
No todas las zonas de la tierra tienen acceso a las bandas Ku (solo en Europa,
Norte América y zona del Pacifico).
También hay que señalar que el satélite que da el servicio puede usar haces
con cobertura global, zonal o tipo spot. Esto limitara la elección de la banda de
frecuencia a utilizar8.
8 http://www.rares.com.ar/PDF/1610.pdf
46
Hay pues que tener en cuenta las ventajas y desventajas de cada una de estas
bandas como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2. Ventajas y desventajas de estas bandas:
Ventajas Desventajas
Banda C
Disponibilidad mundial
Tecnología barata
Robustez contra atenuación por lluvia
Antenas grandes (1 a 3 metros)
Susceptible de recibir y causar
interferencias desde satélites
adyacentes y sistemas terrestre que
compartan la misma banda (Se
necesitaría en algunos casos recurrir a
técnicas de espectro ensanchado y
CDMA).
Banda
Ku
Usos mas eficiente de las capacidades
del satélite ya que, al no estar tan
influenciado por las interferencias, se
puede usar técnicas de acceso mas
eficientes como FDMA o TDMA frente a
CDMA que hace un uso menos eficaz del
ancho de banda.
Antenas mas pequeñas (0.6 a 1.8 m)
Hay regiones donde no esta
disponible.
Más sensible a las atenuaciones por
lluvia.
Tecnología más cara.
47
4.3 ESTACIONES TERRENAS DE REDES VSAT
Figura 12. Diagrama de bloques de vsat
La Figura 12. Muestra el diagrama de bloque de una estación terrea. Una
estación VSAT está compuesta por dos elementos:
• La unidad exterior. La Figura 13. Muestra básicamente la Unidad Exterior,
esta se compone de los siguientes elementos:
♣ Antena.
♣ Sistemas electrónicos.
• La unidad interior. La IDU se puede definir como un interfaz para los
terminales de usuario o como una red de área local (LAN) la Figura 14. Nos
muestra la unidad. Los parámetros necesarios para especificar al Unidad
Interior son:
♣ Número de puertos.
48
♣ Tipo de los puertos.
♣ Velocidad de los puertos. Es la máxima velocidad (bps) del flujo de datos
entre el terminal de usuario y la unidad interior de VSAT en un puerto
dado.
Figura 13. Unidad exterior Figura 14. Unidad interior
4.4 PARÁMETROS TÍPICOS DE EQUIPOS PARA VSAT Y HUB
Tabla 3. Tipos de bandas de frecuencias
Ítem Hub VSAT
Banda de frecuencias para
transmisión
14-14.5 GHz. en banda Ku
5.925-6.425 GHz en banda C
14-14.5 GHz. en banda Ku
5.925-6.425 GHz en banda C
Banda de frecuencias para
recepción
10.7-12.75 GHz. en banda Ku
3.625-4.2 GHz en banda C
10.7-12.75 GHz. en banda Ku
3.625-4.2 GHz en banda C
49
Tabla 4. Parámetros de las antenas
Item Hub VSAT
Tipo de antena Reflector doble Cassegrain Reflector simple offset
Diámetro
2-5m en hub pequeños
5-8m en hub medio
8-10m en hub grande
1.8-3.5m en banda C
1.2-1.8m en banda Ku
Aislamiento Tx/Rx 30dB 35dB
Relación de onda
estacionaria <1.25 <1.3
Polarizacion Lineal ortogonal en banda Ku
Circular ortogonal en banda C
Lineal ortogonal en banda Ku
Circular ortogonal en banda C
Ajuste de
polarizacion 90º grados para polarización lineal 90º grados para polarizacion lineal
Nivel de lóbulo
secundario 25-29 dB 25-29 dB
Excursión en azimut 120º 160º
Excursión en
elevación 3º-90º 3º-90º
Viento Estación en operación: hasta 70 Km/h
Soporta: hasta 180 Km/h
Estación en operación: 100 Km/h
Soporta: hasta 210 Km/h
Deshielo Eléctrico Opcional
Tabla 5. Potencia de salida y escala de frecuencias
Ítem Hub VSAT
Potencia de salida
En amplificadores SSPA:
3-15W en banda Ku
5-20W en banda C
En amplificadores TWT:
50-100W en banda Ku
100-200W en banda C
En amplificadores SSPA:
0.5-5W en banda Ku
3-30W en banda C
Escalones de
frecuencia 100 KHz a 500 KHz 100 KHz
50
5. FUNCIONAMIENTO VSAT
Figura 15. Red vsat
Las VSATs se conectan por enlaces de radiofrecuencia vía satélite. El enlace
que va del terminal al satélite se denomina uplink o enlace ascendente; el que
va del satélite al terminal se llama downlink o enlace descendente; y el enlace
total de estación a estación, es decir, uplink más downlink, se le suele llamar
hop o salto las Figura 15, y la Figura 16. Muestran el funcionamiento de una
red VSAT9.
El proceso es el siguiente: las portadoras del uplink llegan al satélite, que las
amplifica, las traslada en frecuencia a una banda más baja para evitar
interferencias y transmite las portadoras amplificadas. Esto lo hacen a través
9 http://www.teranet.com.ni/diagrama.shtm
51
de un satélite geoestacionario que está orbitando en el plano ecuatorial, con lo
que el satélite está disponible para su uso las 24 horas del día.
El satélite retransmite las portadoras que le envía un VSAT hacia otro VSAT de
la red, pero existen algunos problemas:
♣ Atenuaciones de 200 dB entre el uplink y el downlink, debido a la enorme
distancia que hay al satélite.
♣ La potencia de radiofrecuencia del satélite está limitada, típicamente a unas
decenas de vatios.
♣ El pequeño tamaño de las antenas del VSAT limita la potencia transmitida.
La solución a estos problemas es instalar en la red una estación más grande
que el VSAT, llamada HUB, que tiene una antena más grande (de 4 a 11 m),
con la que obtenemos una mayor ganancia y una transmisión de mayor
potencia. La estación HUB siempre es más grande que las VSATs remotas y
no es necesario que esté ubicada cerca del centro principal de procesamiento
de datos del usuario. Hay una estación remota VSAT por cada sitio remoto que
se quiera conectar, pudiendo ser de hasta miles de sitios. Desde el punto de
vista de las comunicaciones hay dos segmentos dentro del proceso de
transmisión y recepción en la red: ellos incluyen el segmento terrestre, que
consta del equipo en el HUB y en los puntos donde hay VSATs, y el segmento
espacial, que es la conexión desde y hacia el satélite. Se puede conectar a
través de VSATs un gran número de estaciones remotas con terminales para
usuarios finales, con un centro de procesamiento de datos o con el HUB. La
52
información saliente del HUB a las VSATs, es enviada al satélite y éste la
refleja para que cada terminal VSAT la reciba.
A su vez, las terminales envían información al satélite, y este la refleja para que
el HUB la reciba y la envié a la central. Este proceso, donde toda la
comunicación pasa a través del procesador del HUB hacia cada uno de los
sitios remotos independientemente, se denomina topología estrella. Otra
configuración común de red VSAT es la "punto-multipunto" (broadcast
networks).
Figura 16. Funcionamiento vsat
Las operaciones fundamentales de la transmisión ocurren en tierra. El HUB
controla el funcionamiento completo de la red de comunicaciones. En el HUB
hay un server para la administración del sistema NMS (network managament
53
system), que permite al operador de la red monitorear y controlar la red de
comunicaciones a través de la integración de componentes de hardware y
software. El operador tiene la posibilidad de ver, modificar y bajar información
configurada a las distintas estaciones VSATs. Las estaciones del sistema de
gestión de red se encuentran en la central de datos.
La estación remota VSAT consta de dos unidades o partes funcionales10: una
ubicada en el exterior que apunta al satélite (Outdoor Unit), y otra en el interior
para interactuar con los equipos terminales de datos del usuario (Indoor Unit).
Los montajes típicos son del tipo no-penetrante. La unidad exterior consiste en
una pequeña antena, montaje y electrónica para la recepción y transmisión de
la señal. La unidad interior es una pequeña caja de escritorio que contiene
placas de transmisión y recepción, y una interfase al equipo del usuario. Ambas
unidades están conectadas por cables.
5.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA RED VSAT
5.1.1 VENTAJAS
• Flexibilidad.
♣ Fácil gestión de la red.
♣ Servicio independiente de la distancia.
♣ Cobertura global e inmediata.
♣ Fácil y rápida implantación en lugares de difícil acceso.
10 http://www.teranet.com.ni/diagrama.shtm
54
♣ Debido a la gran variedad de configuraciones que puede adoptar una red
VSAT estas se pueden adaptar a las necesidades propias de cada
compañía.
♣ Los enlaces asimétricos se adaptan a los requerimientos de
transferencia de datos entre una estación central que transmite mucha
información a estaciones lejanas que responden con poca información
(si es que responden).
♣ Facilidad de reconfiguración y de ampliación de la red. El uso de un
satélite hace que se pueda establecer contacto con cualquier punto
dentro de su área de cobertura con lo que los receptores pueden
cambiar de ubicación sin más cambio que la reorientación de su antena.
Del mismo modo, la introducción de un nuevo terminal no afecta al
funcionamiento de los demás.
• Gran fiabilidad. Se suele diseñar para tener una disponibilidad de la red
del 99.5% del tiempo y con una BER de 10-7.
• Ventajas económicas.
♣ Estabilidad de los costes de operación de la red durante un largo periodo
de tiempo. Una empresa puede ser propietaria de prácticamente todos
los segmentos de la red. Esto hace que el presupuesto dedicado a
comunicaciones se pueda establecer con gran exactitud. El único
segmento del que la empresa no puede ser propietario es del segmento
espacial pero sus precios son muy estables.
55
♣ Evita las restricciones que impone una red pública en cuanto a costes y
puntos de acceso.
♣ Aumento de la productividad de la organización. Al haber un centro de
monitorización y control de la red el tiempo medio entre fallos de la red
aumenta considerablemente y la duración de los fallos suele ser corta.
Por lo tanto la organización puede responder rápidamente a las
peticiones de sus clientes gracias a un medio de comunicación fiable, lo
que repercute en un aumento de la satisfacción de los mismos y un
aumento de las ventas.
♣ Se puede implantar una red corporativa insensible a fluctuaciones de las
tarifas
5.1.2 DESVENTAJAS
• Problemas económicos. Las inversiones iniciales son elevadas y en
algunos países no son claramente competitivas frente a redes basados en
recursos terrestres. Este problema puede ser atenuado recurriendo al
alquiler del HUB.
• Problemas radioeléctricos.
♣ El retardo de propagación típico de 0.5s (doble salto) puede ser
problemático para ciertas aplicaciones como telefonía y
56
videoconferencia, pero también existen aplicaciones insensibles a el
como la actualización de software, e-mail, transferencia de ficheros
♣ El punto más critico de la red esta en el satélite. Toda la red depende de
la disponibilidad del satélite. Si este cae, toda la red cae con el. De todas
maneras el problema no es muy grave pues si el problema esta en un
transpondedor un simple cambio de frecuencia o/y polarización lo
soluciona. En caso de ser todo el satélite bastaría con reorientar las
antenas a otro satélite.
♣ Como todo sistema basado en satélites es sensible a interferencias
provenientes tanto de tierra como del espacio.
• Problemas de privacidad. El uso de un satélite geoestacionario como
repetidor hace posible que cualquier usuario no autorizado pueda recibir
una portadora y demodular la información. Para prevenir el uso no
autorizado de la información se puede encriptar.
Actualmente, y en un futuro a medio plazo, los principales competidores del
sistema VSAT serán sistemas de comunicación digital como RDSI de banda
estrecha, red pública de conmutación de paquetes X.25, red de interconexión
de redes x.25, X.75 y sistemas como FRAME RELAY.
57
6. TOPOLOGÍA Y ARQUITECTURA DE UNA RED VSAT
6.1 TOPOLOGIA
Se puede definir como las distintas formas posibles que puede adoptar un RAL,
y que están muy vinculadas al fabricante. Aunque no suelen utili zarse "puras"
tal como podemos describirlas, sí se puede comprender que el resultado final
de una red de cierta envergadura es el resultado de una mezcla de distintas
topologías11.
Según la existencia o no de hub las topologías típicas para una red VSAT son:
6.1.1 RED EN ESTRELLA
Las redes en estrella surgen por la necesidad de requisitos de potencia, que no
se cumplirían con el reducido tamaño de las antenas y con la limitación de
potencia del satélite, y sí al incluir el hub.
Por lo tanto los enlaces directos entre VSAT's no cumplen unos mínimos
requisitos de calidad por lo que se necesita una estación terrena que actúe de
retransmisor en la Figura 17. Se muestra una red con topología en estrella.
11 G. Maral. VSAT Networks
58
Figura 17. Topología en estrella de vsat
Como hemos indicado anteriormente, es la red más utilizada. Este tipo de
redes presta un servicio transparente de comunicación entre las VSAT y el
HUB 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, 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. 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
59
Conviene esclarecer los términos INBOUND y OUTBOUND que son aplicables
a las redes en estrella.
♣ INBOUND: transferencia de información desde un VSAT al HUB.
♣ OUTBOUND: transferencia de información desde el HUB a un VSAT.
Se habla de redes estrella bidireccionales cuando las aplicaciones requieren
que se comuniquen los VSAT's con el HUB y viceversa (existen tanto
inbounds como outbounds).
Por el contrario en las redes estrella unidireccional sólo hay comunicación
desde el HUB hacia los VSAT's (sólo hay outbounds).
6.1.2 RED EN MALLA
Cuando es posible establecer un enlace directo entre dos VSAT's (cuando
aumenta el tamaño de las antenas o la sensibilidad de los receptores)
hablamos de redes VSAT en malla la Figura 18. Nos muestra esta topología .
Las redes en malla se usan cuando hay otros requisitos, como es el del retardo
de propagación, el cual es de 0.5 segundos para doble salto, y de 0.25
segundos para un solo salto, este menor retardo de propagación es muy
interesante para servicios de telefonía.
Naturalmente con una red en estrella bidireccional se puede implementar una
red en malla pura pero con el problema del retardo (0.5s debido al inevitable
doble salto mientras que en una red en malla pura sería sólo de 0.25s).
60
Figura 18. Topología en malla de vsat
A diferencia de la topología en estrella, en esta solo compiten por acceder al
medio las estaciones VSAT’S, y es necesario protocolos de acceso al medio.
6.2 ARQUITECTURA DE UNA RED VSAT
Figura 19. Arquitectura
61
• REDES PUNTO A PUNTO
Multiplexores TDM/FDM (multiplexación por división en el tiempo y
multiplexación por división en frecuencia) y concentradores / multiplexores
estadísticos12 como muestra la Figura 20.
Figura 20. Arquitectura de una red punto a punto
• REDES SIMÉTRICAS MULTIPUNTO A MULTIPUNTO
En la Figura 21. Se muestra este tipo de redes13. Hay distintos métodos de
acceso posibles: múltiplexación (FDMA, TDMA, CDMA: acceso múltiple por
división en la frecuencia, el tiempo y por código), contienda (aloha, slotted
aloha), métodos adaptativos.
12 MERILEE FORD, H. KIM LEW, STEVE SPANIER, TIM STEVENSON. Tecnología de
Interconectividad de Redes 13 G. Maral. VSAT Networks
62
Figura 21. Arquitectura de una red multipunto a multipunto
• REDES PUNTO A MULTIPUNTO
Con canales asimétricos y control centralizado para manejar las reservas
y la congestión. Como métodos de acceso: procedimientos generales o
control centralizado como se puede ver en la Figura 22.
Figura 22. Arquitectura de una red punto a multipunto
Un ejemplo de una aplicación que usa este tipo de arquitectura es el sistema
Prodat, que da servicio telefónico en los aviones.
63
6.3 ESTRUCTURA DEL FLUJO DE INFORMACIÓN EN LA RED
Las redes VSAT soportan diferentes tipos de aplicaciones y servicios, teniendo
cada uno de ellos una óptima configuración de red.
• Broadcasting. Una estación central reparte información a otras estaciones
distribuidas sin flujo en el otro sentido (unidireccional).
Así, una configuración en estrella unidireccional soporta el servicio al menor
coste.
• Red corporativa. La mayoría de compañías tienen una estructura
centralizada, con una sede central para la administración, y fábricas o
locales de venta distribuidos sobre una amplia zona, donde la información
de los puntos remotos ha de ser recogida en la base central para la toma de
decisiones. Esto sería soportado por una red en estrella unidireccional. Si
además la central transmite hacia los puntos remotos para indicar órdenes,
la configuración será en estrella y bidireccional.
• Interactividad entre puntos distribuidos. Adecuado para compañías con
estructura descentralizada. El objetivo es que cada punto pueda
comunicarse con cualquiera de los otros, con esto, la mejor configuración es
la de una red en malla usando conexiones directas de un sólo salto de
VSAT a VSAT. La otra opción es la de una red en estrella bidireccional vía
HUB.
• Consideraciones sobre retardo. Una de las mayores restricciones para
determinadas aplicaciones en el uso de satélites geoestacionarios es la del
64
retardo, que en algunos casos puede ser considerable.
Con un único enlace de VSAT a VSAT en una red sin HUB, el retardo de
propagación ronda los 0.25 seg.
Con doble salto de VSAT a VSAT vía el HUB, es como mucho de 0.5 seg,
lo cual puede ser problemático para transmisión de voz, sin embargo no lo
es para transmisión de datos o video.
6.4 COMPORTAMIENTO DE LOS PROTOCOLOS
Dado que las características (ruido, retardo) son distintas según el enlace sea
terreno o vía satélite vamos a estudiar el comportamiento de distintos
protocolos en función del ruido y del retardo.
Figura 23. Formas de describir los protocolos
♣ Stop & Wait (a): El receptor, después de trasmitir una trama, espera hasta
recibir un reconocimiento positivo (ACK). En caso de recibir un
reconocimiento negativo (NACK) el receptor retransmitirá la trama.
65
♣ Go-Back-N (b): El receptor transmite tramas secuencialmente sin esperar.
Cuando recibe un reconocimiento negativo (NACK) empezará a retransmitir
secuencialmenté a partir de la trama no reconocida.
♣ Retransmisión selectiva (c): El receptor transmite tramas secuencialmenté
sin esperar. Cuando recibe un reconocimiento negativo (NACK), retransmitirá
solamente la trama no reconocida.
♣ Ventana deslizante: El transmisor posee una ventana de un tamaño
prefijado que delimita las tramas que puede enviar. Cuando recibe el ACK de
la primera trama de la ventana, esta desliza dejando entrar una trama nueva
al final de la ventana. El receptor a su vez posee otra ventana del mismo
tamaño que la de transmisión en la que marca las tramas que va recibiendo
permitiendo así que estas lleguen en desorden. Cuando llega la primera
trama de la ventana esta deslizará de forma idéntica a la de transmisión.
6.5 TÉCNICAS DE ACCESO MULTIPLE
• FDMA. Acceso múltiple por división en frecuencia. Se divide la banda de
paso en sub bandas o canales que se asignan dinámicamente.
• TDMA. Acceso múltiple por división en el tiempo. El tiempo se divide en
slots que gastan la totalidad del ancho de banda14. Un inconveniente es
que requiere sincronismo entre todos los terminales conectados a la red.
14 ALBERTO LEON GARCIA. Redes De Comunicaciones.
66
• CDMA. Acceso múltiple por división de código. Se emplea la técnica del
espectro ensanchado mediante la utilización de un código15. Uno de los
problemas principales de este sistema es el desperdicio de ancho de banda
pero a cambio protege contra interferencias.
Existen diferentes configuraciones al poder emplear acceso CDMA total o
una combinación de CDMA y FDMA en los enlaces inbound y outbound.
CDMA también se puede combinar con SCPC o MCPC al agrupar los
canales.
Con CDMA, a cada portadora se le asigna un código ensanchador pseudo-
aleatorio, en lugar de una frecuencia, ya que todas las portadoras usan la
misma frecuencia central
6.5.1 Acceso múltiple por asignación fija. Cada canal de un VSAT tiene
asignado una frecuencia de portadora, un slot de tiempo o un código de forma
permanente.
• Asignación fija con FDMA (FA-FDMA).
♣ Red de N VSATs, cada una de las cuales puede transmitir K portadoras
con una velocidad de bit Rc, correspondientes a K canales.
♣ Cada una de las KN portadoras tiene asignada una subbanda del ancho
de banda del transpondedor.
15 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
67
Ventajas:
♣ Simplicidad
♣ Evita el tiempo de espera en el establecimiento de una conexión
Inconvenientes:
♣ Desaprovechamiento de capacidad cuando un VSAT no transmite una
de sus portadoras
♣ Llamada bloqueada: se produce cuando un terminal de usuario asignado
a una VSAT quiere establecer una conexión, y el número de conexiones
establecidas es ya el máximo permitido a esa VSAT.
• Asignación fija con TDMA (FA-TDMA).
♣ Cada VSAT transmite una ráfaga de portadora durante un tiempo
determinada, llamado slot.
♣ La posición y la duración de cada ráfaga es fija, por lo que la capacidad
de cada VSAT es constante sea cual sea la demanda de tráfico.
Ventajas:
♣ simplicidad
♣ inexistencia de tiempo de espera de establecimiento
Inconvenientes:
♣ ineficiente uso de la capacidad total de la red si la demanda de tráfico es
variable.
68
♣ Llamada bloqueada: puede ocurrir en el terminal de usuario cuando
todas las conexiones del VSAT al que esté asignado estén ocupadas.
6.5.2 Acceso múltiple con asignación por demanda.
Un VSAT recibe una llamada de demanda procedente de uno de los terminales
de usuarios asignados a él, que puede referirse a:
♣ una aplicación en el ordenador anfitrión correspondiente al hub
♣ un terminal de usuario de otro VSAT de la red
El VSAT envía una petición al hub a través de un canal de señalización
específico inbound, y el hub asigna la capacidad requerida, si es posible, a
través de un canal de señalización específico outbound comunicando la
asignación de capacidad (frecuencia de portadora, tiempo de slot o código).
El retardo de la respuesta al VSAT llamante será:
♣ El tiempo de dos saltos mas el tiempo de procesamiento en el hub, si la
conexión es entre un terminal de usuario y el ordenador anfitrión
♣ El tiempo de cuatro saltos mas el tiempo de procesamiento del hub, si la
conexión es entre dos terminales de usuario, ya que el hub transmite un
mensaje de asignación al terminal destino y espera el mensaje de
aceptación de llamada.
La asignación por demanda requiera que parte de la capacidad de la red
se dedique a señalización de peticiones y respuestas. Para una fácil
69
incorporación de VSATs a la red, se emplea un esquema de asignación
del canal de señalización aleatorio.
• Asignación por demanda con FDMA (DA-FDMA).
♣ Red de N VSATs, con la posibilidad de transmitir K portadoras.
♣ El ancho de banda del transpondedor se divide en L subbandas, donde
L< NK.
♣ Llamada bloqueada: se produce por dos motivos
♣ que el terminal de usuario no pueda acceder a uno de los K canales del
VSAT
♣ que el VSAT no puede acceder a una de las L subbandas.
• Asignación por demanda con TDMA (DA-TDMA).
♣ La trama está formada por L slots, compartidos por N VSATs, siendo
L<N.
♣ Para establecer una conexión, cada VSAT puede acceder a cualquier
slot desocupado de la trama, e incluso si ya está activo puede aumentar
su capacidad aumentando la duración de su ráfaga.
♣ Se requiere un cambio en el plan de tiempo de ráfaga, que se lleva a
cabo bajo el control de un sistema de gestión de la red en la estación
hub.
70
6.6 MÉTODOS DE ACCESO POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO ALEATORIOS
(ALOHA)
♣ ALOHA convencional: Todos los VSATs tienen libre acceso al canal, sin
ningún tipo de sincronización: cada VSAT accede cuando necesita
transmitir si el canal esta libre. No existe ningún problema hasta que dos
terminales intentan acceder al canal simultáneamente al canal lo que
produce una colisión. Para resolver estos casos el sistema está provisto de
un algoritmo que regula las retransmisiones intentando minimizar la
probabilidad de recolisión.
♣ ALOHA ranurado (S-ALOHA): El principio es el mismo que el anterior con
la excepción de que ahora el tiempo esta dividido en slot lo que implica un
sincronismo entre VSATs. Este protocolo tiene un mejor comportamiento:
mayor Throughput.
♣ ALOHA con rechazo selectivo: Los mensajes son enviados de manera
asíncrona como en el ALOHA no ranurado pero esta n partidos en un cierto
número de pequeños paquetes. Los paquetes que lleguen indemnes a
destino (no se detecta colisión) no se retransmiten. El inconveniente es que
cada paquete necesita cabecera y esto equivale a una perdida de
eficiencia16.
♣ TDMA con reservación/aleatorio (mixto): Inicialmente el VSAT esta en
modo S-ALOHA. Cuando llega un mensaje al buffer, el terminal evalúa su
longitud. Si el mensaje puede transmitirse en un sólo slot, lo enviamos 16 UYLESS BLACK. Redes de Computadores, Protocolos, Normas e Interfaces
71
controlando la colisión. Si no, enviamos un paquete de control para reservar
un canal libre de colisiones durante un número determinado de slots (igual a
la longitud del mensaje). En este caso también hay que controlar las
posibles colisiones. Una vez nos han asignado un canal el protocolo se
comporta como un TDMA tradicional.
6.7 ALGORITMOS DE CONTROL DE LAS RETRANSMISIONES
♣ Retransmisión con probabilidad fija: A partir de la colisión, cada terminal
tiene una probabilidad fija de intentar retransmitir durante cada periodo. Es
muy simple pero permite situaciones inestables.
♣ Retransmisión con probabilidad adaptativa: El algoritmo observa el
canal y va modificando la probabilidad de retransmisión en función de la
historia reciente del canal.
♣ Retransmisión euristica: La probabilidad de retransmisión se varía de
acuerdo con el número de intentos que haya realizado el paquete en
cuestión.
72
7. ANÁLISIS DE ENLACE VSAT
7.1 ANÁLISIS DEL ENLACE DE SUBIDA
En este apartado se describe la forma de cálculo de la relación portadora a
densidad espectral de potencia de ruido en el enlace de subida (de la estación
terrena al satélite) la Figura 24. Muestra el diagrama de enlace de subida.
Figura 24. Enlace de subida.
Con la notación del esquema anterior, tendremos:
oU
U
Uo NC
NC
=
(Hz) Donde
CU = Es el nivel de portadora a la entrada del transpondedor del satélite
NoU = kTU (W/Hz) es la D.E.P. de ruido referida a TU.
73
(Ta de ruido del enlace de subida).
Podemos expresar esta relación en función del IBO (Input Back-Off) y de la
relación portadora a densidad espectral de potencia (C/N) que satura el
transpondedor del satélite:
UsatoUo NC
NC
=
Donde
kTG
ANC
SLsat
Usato
141 2
Φ=
π
(Hz)
SLTG
= Figura de merito del equipo receptor del satélite.
satΦ = Densidad de potencia total (W/m2) que satura al transpondedor.
Para determinar más explícitamente todas estas relaciones en función de
parámetros reales del sistema, se ha de manejar conceptos tales como:
♣ Densidad de potencia a la entrada del satélite.
♣ Potencia isotrópica radiada equivalente (PIRE) de la estación de tierra.
♣ Pérdidas en el enlace de subida.
♣ Figura de mérito del equipo receptor del satélite.
Una vez estudiado con más detalle todo el sistema se llega a la conclusión de
que la relación (C/N) en el enlace de subida debida al ruido térmico es17:
17 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
74
( )kT
G
LAR
GPNC
SLA
TTT
Uo
1
42
=
π
θ Donde
LA = Son las pérdidas atmosféricas (lluvias, nubes...)
En la fórmula anterior, k es la constante de Boltzmann y R es la distancia
estación terrena - satélite, lambda es la longitud de onda de la portadora, y el
resto de los parámetros quedan bien reflejados en el esquema inicial.
• Densidad de potencia a la entrada del satélite. Asumiendo una distancia
R desde la estación terrena al satélite y una potencia isotrópica radiada
equivalente (PIRE) del transmisor, tenemos que podemos expresarla
densidad de potencia como:
( )22 44 R
GPR
PIRE TTTES
πθ
π==Φ =Tθ Ángulo de desapuntamiento
Existe una relación estrecha entre el IBO (Input Back-Off) y la densidad de
potencia radiada, dada por:
sat
IBOΦΦ
= Es el Input Back Off del transpondedor,
Φ = Es la densidad de potencia (W/m2) a la entrada del satélite a una portadora
satΦ = Es la densidad de potencia total (W/m2) que satura al transpondedor
Lo que ocurre es que el IBO reflejado en la expresión anterior es el Input
Back-off para una portadora considerada. Cuando consideramos varias
75
portadoras que llegan al transpondedor del satélite, todas han de ser tenidas en
cuenta y el IBO resultante es el siguiente:
Jot
iIBOΦ
Φ= ∑ = Input Back Off total del transpondedor.
Φ = Densidad de potencia (W/m2) a la entrada del satélite debido a cada
portadora
Es decir, si tenemos N portadoras que llegan al satélite, para calcular el IBO
tendremos que sumar las N aportaciones que hace cada portadora a la
densidad de potencia.
• Pire de la estación terrena. El pire (potencia isotrópica radiada equivalente)
para la estación terrena es el producto de la potencia que alimenta la antena
transmisora por la ganancia de dicha antena 18. Esta potencia es la que
ofrece el transmisor tras pasar por el alimentador, con las consiguientes
pérdidas:
( )TTTes GPPIRE θ= (W) Donde rTX
TXT L
PP =
Puede resultar curioso el hecho de que tengamos en cuenta las pérdidas por
desapuntamiento y no consideremos simplemente la ganancia máxima de la
antena:
2
max
=
cDf
G oπ
η
?o = Es la eficiencia de antena.
18 http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_4/vsat_hpg.htm
76
D = Es el diámetro de la antena (m)
En un principio, cuando se monta el sistema, se hace de forma que esta
ganancia sea máxima. Pero puede ocurrir que la antena no esté bien fijada y
haya pequeñas oscilaciones en torno al ángulo inicial. Por eso no se han de
perder de vista este tipo de pérdidas. Estas se pueden aproximar fácilmente
conociendo el ancho de haz de la antena transmisora (estación terrena)
a -3 dB:
DA
dB 703 ≈θ (Grados)
Donde D es el diámetro de la antena de tierra (transmisora)
( )2
3
12
=
dB
TT dBL
θθ
Es decir, la ganancia de la antena puede ser expresada, en dB, como la suma
de la ganancia máxima a la que se le restan las pérdidas antes calculadas:
( )( ) ( ) ( )dBLdBGdBG TTTT −= maxθ Con 2
max
=
AD
G oTπ
η .
Donde ?o es la eficiencia de la antena de la estación terrena
Como ejemplo de todos estos parámetros se pueden dar los valores numéricos
típicos para una estación VSAT y HUB, hallando el valor máximo que puede
alcanzar el PIRE y el va lor real debido a las pérdidas vistas estos valores se
aprecian en la tabla 6.
Se aprecia, pues, como el PIRE real disminuye respecto a su valor máximo
debido a las pérdidas en el alimentador y las pérdidas de desapuntamiento (se
han usado valores típicos).
77
Tabla 6. Comportamiento del pire
Hub grande Hub
pequeño
VSAT VSAT
Diámetro de la antena 10 m 3 m 1.8 m 1.2m
Potencia del transmisor 100 W 10 W 1 W 1 W
PIRE máximo 81.1 dBW 61.6 dBW 46.2 dBW 42.7 dBW
Pérdidas del alimentador 0.1-0.3 dB 0.1-0.3 dB 0.1-0.3 dB 0.1-0.3 dB
Pérdidas de
desapuntamiento
0.4-0.6 dB 1.7-3.1 dB 1.3-1.9 dB 1.0-1.4 dB
Pire real 80.2-80.6
dBW
58.2-59.8
dBW
44.0-44.8
dBW
41.0-41.6
dBW
• Pérdidas debido al camino de subida. Un elemento a tener muy en
cuenta es el camino recorrido por la portadora en su enlace con el satélite.
Debido a esto se producen una serie de pérdidas que podemos clasificar en
dos claramente diferenciadas:
ATSU LLL =
♣ Pérdidas debidas a la distancia propiamente dicha: Las pérdidas
debidas a la distancia tienen como parámetros más importantes la distancia
estación terrena - satélite y la frecuencia a la que se produce la transmisión.
El cálculo de la distancia al satélite desde la estación transmisora es un
elemental ejercicio de trigonometría conociendo la posición sobre la Tierra
de la estación terrena y el punto donde se encuentra el satélite. Las
pérdidas por este aspecto vienen dadas, pues, por:
22 44
=
=
AR
cRf
LTSππ
78
♣ Pérdidas atmosféricas: Las pérdidas atmosféricas que sufren las
portadoras de radiofrecuencia son debidas al carácter gaseoso de la
troposfera, al agua (lluvia, nieve, nubes) y a la ionosfera. El agua juega un
papal importantísimo en la banda Ka, ya que a 22.34 GHz se produce el
fenómeno de absorción, que provoca grandes atenuaciones19. Las pérdidas
atmosféricas todavía pueden ser divididas en tres grupos:
Y Pérdidas con cielo claro: Están siempre presentes y al hacer el estudio
de radiofrecuencia siempre deben ser tenidas en cuenta. Son función de
la frecuencia utilizada y del ángulo de elevación con el que se ve el
satélite: para ángulos bajos, el camino recorrido por la portadora en la
atmósfera es mayor. Por ejemplo, para ángulos de elevación mayores
de 10 grados, la atenuación en banda C es despreciable, en banda Ku
menor de 0.5 dB y en banda Ka menor de 1 dB.
Y Pérdidas con lluvia: La caída del enlace por lluvia se da solo en
algunas tormentas intensas generalmente limitadas a 20 o 30 minutos.
Para superar estos cortes se ha de dotar a la estación emisora de la
memoria suficiente para poder retener los datos y ser retransmitidos una
vez se reestablezca la conexión. Estas pérdidas se tabulan
estadísticamente en función de las medias de lluvias en mm/hora. El
mundo se encuentra dividido en regiones en función del porcentaje de
lluvia, de modo que en el lugar donde se quiera instalar la estación se
19 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
79
tenga una visión previa de las posibles pérdidas debido a este factor.
Esto se encuentra especificado en gráficas que pueden usarse para
encontrar las atenuaciones superadas para porcentajes de lluvia dados.
Y Pérdidas por eclipse solar: El caso de eclipse solar se produce cuando
el sol se sitúa detrás del satélite en línea con la estación emisora. El
ruido de fondo generado por la temperatura del sol perturba las
emisiones. En la practica este fenómeno ocurre durante 10 minutos una
o dos veces al año.
• Figura de mérito del satélite. La figura de mérito del equipo receptor del
satélite refleja su capacidad para conseguir un alto valor de la relación señal
a densidad espectral de potencia.
Dos son los factores fundamentales que influyen en el valor de la figura de
mérito:
( )
=
UTRXpol
RR
SL TLLG
TG 11θ
(k-1).
♣ La ganancia de la antena receptora del satélite junto con las pérdidas que
sufre la señal hasta que llega a la entrada del receptor
♣ Estas pérdidas se deben al desapuntamiento del haz en recepción, a las
pérdidas por un posible desacoplo de polarización y a las que introduce el
alimentador del receptor
♣ La temperatura de ruido del sistema en el enlace de subida.
RrRX
rrRX
AU T
LT
LT
T +
−+=
11 Donde
80
TA = Es la temperatura de ruido de la antena del satélite.
TT = Es la temperatura del alimentador.
TR = Es la temperatura efectiva de ruido del receptor.
Para ver ejemplo del calculo de enlace remítase al ANEXO A.
7.2 ANÁLISIS DEL ENLACE DE BAJADA
En este apartado se describe la forma de cálculo de la relación portadora a
densidad espectral de potencia de ruido en el enlace de bajada (del satélite a la
estación receptora VSAT) la Figura 25 muestra el esquema del enlace de
bajada.
Figura 25. Enlace de bajada
La relación C/N puede ser expresada como
oD
D
Do NC
NC
=
(Hz) Donde
CD = Es el nivel de portadora a la entrada del receptor de la estación terrena.
81
NoD = kTD
ZHW
= D.E.P. de ruido referida a TD.
(Ta de ruido del enlace de subida)
Podemos expresar esta relación en función del OBO (Input Back-Off) por
portadora y de la relación portadora a densidad espectral de potencia (C/N)
obtenida en saturación del transpondedor:
DsatoDo NC
OBONC
=
, Donde
OBO = Input Back Off Total.
kTG
LPIRE
NC
ESDSLsat
Dsato
11
=
(Hz) = Valor obtenido en saturación del
transpondedor
ESTG
= Figura de mérito del equipo receptor de la estación terrena
LD = Perdidas en el enlace de subida.
PIRESLsat = Pire del satélite cuando se opera en saturación
Para determinar más explícitamente todas estas relaciones en función de
parámetros reales del sistema, se ha de manejar conceptos tales como:
♣ Densidad de potencia en la superficie de la tierra.
♣ Potencia isotrópica radiada equivalente (PIRE) del satélite.
♣ Pérdidas en el enlace de bajada.
82
♣ Figura de mérito del equipo receptor de la estación terrena.
• Densidad de potencia en la superficie terrestre. Asumiendo una
distancia R desde el satélite a la estación terrena y una potencia isotrópica
radiada equivalente (PIRE) del transmisor, tenemos que podemos
expresarla densidad de potencia como:
( )22 44 R
GPR
PIRE TTTES
πθ
π==Φ , Donde ?T = Angulo de desapuntamiento
Existen limitaciones impuestas a la densidad de potencia producida por
satélites que debe llegar a la superficie terrestre20. El objetivo de estas
limitaciones es limitar el nivel de interferencia de un satélite interferente a
una estación terrena de otra red.
• Pérdidas debido al camino de bajada. Un elemento a tener muy en
cuenta es el camino recorrido por la portadora desde el satélite a la
superficie terrestre. Debido a esto se producen una serie de pérdidas que
podemos clasificar en dos claramente diferenciadas:
ArSU LLL =
♣ Pérdidas debidas a la distancia: Tienen como parámetros más
importantes la distancia satélite - estación terrena y la frecuencia a la que se
produce la transmisión. El cálculo de la distancia al satélite desde la
estación transmisora es un elemental ejercicio de trigonometría conociendo
20 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
83
la posición sobre la Tierra de la estación terrena y el punto donde se
encuentra el satélite. Las pérdidas por este aspecto vienen dadas, pues,
por:
22 44
=
=
AR
cRf
LrSππ
♣ Las Pérdidas atmosféricas: Las pérdidas atmosféricas que sufren las
portadoras de radiofrecuencia son debidas al carácter gaseoso de la
troposfera, al agua (lluvia, nieve, nubes) y a la ionosfera. El agua juega un
papal importantísimo en la banda Ka, ya que a 22.34 GHz se produce el
fenómeno de absorción, que provoca grandes atenuaciones. Las pérdidas
atmosféricas todavía pueden ser divididas en dos grupos:
Y Pérdidas con cielo claro: Están siempre presentes y al hacer el estudio
de radiofrecuencia siempre deben ser tenidas en cuenta. Son función de
la frecuencia utilizada y del ángulo de elevación con el que se ve el
satélite: para ángulos bajos, el camino recorrido por la portadora en la
atmósfera es mayor.
Y Pérdidas con lluvia: Estas pérdidas se tabulan estadísticamente en
función de las medias de lluvias en mm/hora. El mundo se encuentra
dividido en regiones en función del porcentaje de lluvia, de modo que en
el lugar donde se quiera instalar la estación se tenga una visión previa
de las posibles pérdidas debido a este factor. Esto se encuentra
84
especificado en gráficas que pueden usarse para encontrar las
atenuaciones superadas para porcentajes de lluvia dados.
• Figura de mérito de la estación terrena. La figura de mérito del equipo
receptor del satélite refleja su capacidad para conseguir un alto valor de la
relación señal a densidad espectral de potencia como se ilustra en la Figura
26.
( )
=
DrRXpol
RR
ES TLLG
TG 11θ
(k-1)
Figura 26. Receptor de la estación terrea
Dos son los factores fundamentales que influyen en el valor de la figura de
mérito:
1. La ganancia de la antena receptora de la estación receptora junto con las
pérdidas que sufre la señal hasta que llega a la entrada del receptor.
2. La temperatura de ruido del sistema en el enlace de bajada.
85
RrRX
rrRX
AD T
LT
LT
T +
−+=
11
TA = Es la temperatura de ruido de la antena.
Tr = Es la temperatura del alimentador.
TR = Es la temperatura efectiva de ruido del receptor.
La temperatura de ruido de la antena debe ser estudiada en función de las
condiciones atmosféricas:
♣ Temperatura de ruido de antena para condiciones de cielo claro. La
antena captura el ruido radiado por el cielo y una contribución de la tierra en
la vecindad de la estación terrena, como se muestra en la Figura 27.
Figura 27. Temperatura de ruido para condiciones de cielo claro
GROUNDSKYA TTT += (k)
TSKY = Es la temperatura de ruido radiada por el cielo.
TGROUND = Es la temperatura de ruido de la tierra
86
En la tabla 7. Observamos que la temperatura de cielo en una atmósfera
estándar (cielo claro) viene dada, por ejemplo, por:
Tabla 7. Tipos de frecuencias y ángulos de elevación
Frecuencia Angulo de elevación = 10 grados Angulo de elevación = 35 grados
4 GHz 10 K 4 K
12 GHz 20 K 7 K
♣ Temperatura de ruido de la antena para condiciones de lluvia
Figura 28 Temperatura de ruido para condiciones de lluvia
Observando la Figura 28. La lluvia actúa como un atenuador con una
temperatura media. Atenúa la contribución del cielo claro y genera su propio
ruido a la salida del proceso de atenuación. El ruido de tierra no es modificado
por estas condiciones.
GROUNDRAIN
mRAIN
SKYA T
AT
AT
T +
−+=
11 Donde
ARAIN = Es la atenuación de la atmósfera
87
Tm = Es la temperatura media de la atmósfera
Y La temperatura efectiva de ruido del receptor en la estación receptora viene
dada por aplicación de la fórmula de Friis :
ITMXLNA
DEMOD
MXLNA
IT
LNA
MXLNAR GGG
TGG
TGT
TT +++= (k)
Normalmente la ganancia LNA (Low Noise Amplifier) es suficientemente
grande (típicamente de 50 dB) para que el resto de los términos sean
despreciables frente a la temperatura de ruido del amplificador de bajo ruido
(LNA), que suele ser de 30 K en la banda C y de 80 K en la banda Ku.
Del conjunto de expresiones estudiadas, se puede afirmar pues, que la
figura de mérito es máxima cuando no tenemos ángulo de
desapuntamiento, no hay pérdidas en el alimentador, no tenemos desacoplo
de polarización y no hay atenuación por lluvia.
• Pire del satélite. El pire (potencia isotrópica radiada equivalente) para el
satélite es el producto de la potencia que alimenta la antena transmisora por
la ganancia de dicha antena. Esta potencia es la que ofrece el transmisor
tras pasar por el alimentador, con las consiguientes pérdidas:
( )TTTSL GPPIRE θ= (W) Donde TLX
TXT L
PP =
Para ver ejemplo del calculo de enlace remítase al ANEXO A.
88
7.3 INTERFERENCIAS
Se define interferencia al hecho de que portadoras no deseadas entren en el
equipo receptor junto con las portadoras deseadas. Las portadoras no
deseadas perturban la demodulación actuando como un ruido que se suma al
ruido térmico natural. Estas interferencias son un gran problema en VSAT
debido al reducido tamaño de la antena, que se traduce en un modelo de
radiación con un gran ancho de haz.
Las interferencias pueden ser clasificadas en dos tipos:
• Interferencias propias: Son interferencias producidas en receptores de la
red por transmisores de la misma red.
Se tienen, dos tipos de interferencias:
♣ Interferencias cocanal: Este tipo de interferencias se producen
fundamentalmente por dos causas:
♣ Interferencias entre haces: Se debe a imperfecciones en el aislamiento
entre haces geográficamente separados (sistema multihaz), que para
aprovechar mejor el ancho de banda, usan la misma banda de
frecuencias. Aparecen dos casos: en el enlace de subida y en el enlace
de bajada.
♣ Interferencias por polarización cruzada: Normalmente es causada por
portadoras transmitidas por estaciones terrenas de otras redes que usan
el mismo satélite, el mismo haz y utilizan una polarización ortogonal a la
89
del sistema afectado. Dentro de una misma red VSAT no es normal que
se usen dos polarizaciones ortogonales, sino solamente una.
♣ Interferencias de canal adyacente: Parte de la potencia de una
portadora es capturada por un transpondedor o una estación terrena
sintonizados a la frecuencia de una portadora adyacente. La causa de
esta interferencia radica en un mal filtrado entre canales.
En la Figura 29. Se muestra un esquema simplificado de lo que ocurre en
este tipo de interferencia:
Figura 29. Interferencia de canal adyacente
• Interferencias externas: Son producidas por sistemas ajenos al estudiado
que utilizan la misma banda de frecuencias. Los sistemas interferentes
más comunes son otros sistemas de satélites o incluso sistemas terrestres
de microondas.
♣ Interferencias debidas a satélites de otros sistemas: Las antenas de
HUB's y VSAT's deben ceñirse a unos patrones especificados por la
90
recomendación 672 del ITU-R. Todas estas recomendaciones
especifican unas envolventes para los diagramas de radiación
♣ Interferencia en el enlace de subida: El satélite recibe señal de una
de las estaciones de su cobertura, pero también la de otra estación
terrena perteneciente a la cobertura de otro satélite
♣ Interferencia en el enlace de bajada: Una estación terrena capta la
señal del satélite al que apunta, pero también la de otro satélite
adyacente (señal interferente)21.
♣ Interferencias debidas a otras estaciones terrestres: La banda Ku y
la banda Ka son de uso exclusivo para satélites, pero la banda C es
utilizada también por radioenlaces terrestres de microondas. Cuanto
más pequeña es la antena de la estación VSAT y más baja es la
frecuencia utilizada, mayor es el ancho de haz y por tanto, mayor la
posibilidad de interferencias terrestres.
La forma más adecuada de proteger una red de las interferencias es usar las
técnicas de Spread Spectrum.
21 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas.
92
8. APLICACIONES Y SOLUCIONES DE ÚLTIMA MILLA DE LAS
REDES VSAT
Definimos las soluciones de última milla como los servicios que se prestan a
través de las redes VSAT, este concepto se obtuvo mediante mutuo acuerdo
con el director de la monografía, basándose en su experiencia en el tema.
8.1 APLICACIONES CIVILES
• Unidireccionales:
♣ Transmisión de datos de la Bolsa de Valores.
♣ Difusión de noticias.
♣ Educación a distancia.
♣ Hilo musical.
♣ Transmisión de datos de una red de comercios.
♣ Distribución de tendencias financieras y análisis.
♣ Teledetección de incendios y prevención de catástrofes naturales
• Bidireccionales:
♣ Telenseñanza.
♣ Videoconferencia de baja calidad.
♣ e-mail. Servicios de emergencia.
93
♣ Comunicaciones de voz.
♣ Telemetría y telecontrol de procesos distribuidos.
♣ Consulta a bases de datos.
♣ Monitorización de ventas y control de stock.
♣ Transacciones bancarias y control de tarjetas de crédito.
♣ Periodismo electrónico.
♣ Televisión corporativa.
8.2 APLICACIONES MILITARES.
Las redes VSAT han sido adoptadas por diferentes ejércitos. Gracias a su
flexibilidad, son idóneas para establecer enlaces temporales entre unidades del
frente y el hub que estaría situado cerca del cuartel general. La topología más
adecuada es la de estrella. Se usa la banda X, con enlace de subida en la
banda de 7.9-8.4 GHz y con el de baja en la banda de 7.25-7.75 GHz.
8.3 APLICACIÓN DE VSAT EN COLOMBIA.
Actualmente las aplicaciones de las redes VSAT en Colombia pueden
resumirse de la siguiente manera.
• Banca y finanzas. Actualmente las principales instituciones bancarias de
las principales ciudades del país por ej. Bancafe, Banco de Colombia,
94
Conavi, Banco ganadero, etc. Hacen intenso uso de las redes VSAT para
la transmisión de datos y voz.
Las redes VSAT interconectan los centros de datos con las diferentes
agencias y sucursales de una manera confiable y segura, teniendo gran
valor para estas instituciones la capacidad de reinstalación y configuración
de las estaciones VSAT, son empleadas en:
♣ Interconexión LAN/WAN
♣ Autorización de tarjetas de crédito
♣ Cajeros automáticos
♣ Terminales de cajeros
♣ Automatización de plataformas
♣ Control de flujo de efectivo
♣ Transacciones en puntos de venta
• Distribución de noticias. Es una aplicación de gran utilidad en la industria
de la distribución de la información de noticias y bolsas de valores. Estas
redes envían boletines y actualizan constantemente información sobre los
valores de cotizaciones de acciones y mercado de capitales dentro de los
principales centros de decisión en la Figura 30, podemos observar un
esquema de distribución.
95
Figura 30. Esquema de distribución y difusión de datos
• Comercio. Otra de las aplicaciones de las redes VSAT se refiere al
ambiente minorista o punto de venta en almacenes de cadenas del país
supermercados, farmacias, etc. que permite un control constante de
operaciones y ventas de cada una de las sucursales por medio de:
♣ Facsímil
♣ Transferencia de documentos
La utilización de estas redes tiene gran importancia en los concesionarios de
automóviles quienes en todo el mundo utilizan las redes VSAT para recibir la
información acerca de pedidos, reposición de inventarios, consultas a plantas y
operaciones administrativas.
96
• Industria. A través del sistema VSAT es posible trasmitir a un centro de
control los datos recopilados por sistema SCADA (Supervisory Control
and Data Acquisition) y controlar procesos a distancia.
Un caso típico se encuentra en las industrias de ECOPETROL Y GNC en áreas
de explotación. También es común en la supervisión de poliductos de gran
distancia.
Se puede asociar la producción de crudo y sus derivados con la distribución
nacional y el consumo, gracias a sistemas de automatización interconectados a
gran distancia vía servicios TDM/TDMA VSAT.
• Videoconferencia. La videoconferencia permite a corporaciones, con
sedes en diferentes localidades geográficas, la facilidad de realizar
reuniones sin los costos y los riesgos que acarrean los traslados del
personal participante, ahorrando también tiempo, factor clave para el éxito
de la empresa moderna.
Además de la transmisión de imágenes y voz es posible enviar documentos
digitalizados como se observa en Figura 31. Por medio de:
♣ Video comprimido.
♣ Voz digitalizada.
97
Figura 31. Esquema de una videoconferencia
.
• Sistemas multimedia. En la Universidad Pontificia Bolivariana se esta
implementando un proyecto de sistemas multimedia basadas en VSAT.
♣ Superautopistas de la información se está convirtiendo en el foco de las
comunicaciones del próximo siglo. .
♣ Las redes VSAT no sólo pueden transmitir multimedia interactiva, sino
que además, eliminan el enorme costo que representa tener que
establecer una infraestructura de comunicaciones terrestre a nivel
mundial.
♣ La evolución de la tecnología ha traído como consecuencia una
disminución en el tamaño de las antenas y la electrónica (costos y
98
tamaño), incremento en el ancho de banda y sofisticadas capacidades
de supervisión.
♣ Redes IPVSAT, para telefonía IP, Internet/Intranet
♣ Las ventajas principales de las VSAT’s para aplicaciones multimedia son
las siguientes:
Y Ubicuidad del servicio, nacional e internacional.
Y Aplicaciones multicast de vídeo, audio y datos a bajo costo.
Y Conexiones dedicadas a un bajo costo.
• Prevención de desastres. Existe un enlace VSAT/WAFS entre el IDEAM
(Bogotá) y Washington para el intercambio de información meteorológica
operativa las 24 horas del día.
Parta el 2004 se espera el funcionamiento de tres nuevas antenas que se
instalarán entre noviembre y diciembre de este año. Una de las
antenas recibirá imágenes del satélite geoestacionario GOES- E
cada media hora, otra recibirá información de las estaciones meteorológicas
automáticas y del nivel de los principales ríos del país y la última, captará la
información de satélites NOAA de órbita polar, que navegan cercanos a los
mil metros de altura y pasan dos o tres veces sobre Colombia cada día.
99
8.4 NUEVOS SERVICIOS
• Servicios móviles. La disminución del tamaño de las antenas al usar
bandas de frecuencia como la Ka llevan a servicios como:
Y Oficina transportable: El usuario tendrá conexiones simultáneas de voz,
datos y video de baja velocidad. Esto puede ser posible con conexiones
del portátil del usuario con la estación VSAT de forma cableada o no.
Y Terminal de oficina en casa: En el cambio de hábitos de trabajo,
orientados a fijar el lugar de trabajo en casa, puede tener una gran
influencia la tecnología VSAT. Trabajando en la banda Ka con antenas de
30-40 cm de diámetro en aquellas regiones que el cable o la fibra todavía
no han cubierto se pueden conseguir velocidades de hasta 2 Mb/s.
• SATÉLITES CON PROCESADOR A BORDO
Será posible la implementación de redes VSAT sin HUB, utilizando satélites
con "procesador a bordo". Esto reducirá mucho los retrasos debido a los
caminos de subida y bajada que se debían producir para que los datos
pasaran por el HUB.
No obstante, este concepto no está a la vuelta de la esquina. La
planificación de los satélites para los próximos años no incorpora esta
facilidad, y dado que al satélite se le da un tiempo de vida de unos 15-20
años, este adelanto parece un poco lejano.
100
• USO DE SATÉLITES NO GEOESTACIONARIOS
Para el final de esta década están anunciados los sistemas de
comunicaciones basados en satélites no geoestacionarios, como los
IRIDIUM de Motorola, los GLOBALSTAR de Loral y otros. Estos satélites
pueden ser apropiados para comunicaciones VSAT.
• REDES IP EN BASE A DVB
Figura 32. Ejemplo de sistema DVB-RCS
Los sistemas DVB-RCS pueden funcionar en frecuencias de las bandas Ku o
Ka (ver Tabla 1). El usuario dispone de un encaminador IP y de un terminal
satélite interactivo que se comunica a través del satélite con una estación
central, a la que se conectan los proveedores de acceso a Internet y otros
servicios. La estación central recibe el tráfico IP de los proveedores y lo envía a
101
los terminales encapsulados sobre DVB22. El canal de retorno DVB-RCS usa
MF-TDMA. La estación central coordina el acceso de los terminales que
solicitan transmitir por el canal de retorno. Ver figura 32.
La red local (LAN soportando IP) es una VSAT integrada que utiliza el protocolo
DVB (Digital Video Broadcast) como medio de transporte para la
implementación de redes satelitales que manejan el protocolo IP en los puntos
terminales. Esto le permite al usuario conectar directamente sus redes LAN, al
puerto Ethernet del ruteador de la VSAT. De este modo los clientes pueden
soportar de manera fácil, directa e inmediata todo tipo de aplicaciones
relacionadas al mundo IP, tales como datos, Internet, FTP, VOIP y video. El
sistema utiliza la tecnología DVB (Difusión de Video Digital) en la transmisión
Central a remotas y enlaces permanentes de velocidad variable, en el retorno.
Este tipo de redes ofrece a los clientes velocidades elevadas de transmisión
con un canal de retorno totalmente dedicado a cada terminal remoto, lo cual
garantiza la calidad de los servicios a soportarse en una red IP 23. La Figura
inferior muestra la topología de una red local (LAN soportando IP).
22 D. Breynaert. IP over Satellite. DVB-RCS 23 http://www.redes por satélite/vsat.móviles.dvb.com
102
Figura 33. Conexión de una red local
En la Figura 32, el ruteador de la Estación Central puede conectarse a una red
local (LAN soportando IP) donde pueden estar conectados un HOST o
diferentes servidores del cliente. El sistema también puede tener conexión
serial a proveedores de servicio de Internet (ISP).
En la transmisión Central – remotas la información IP del ruteador se alimenta
a un encapsulador IP (EIP), el cuál inserta la información en formato DVB para
ser enviada a los sitios remotos. La información del EIP se transfiere a un
modulador y luego a una unidad de RF que la convierte a banda Ku o banda C.
Esta señal se amplifica en el HPA (High Power Amplifier) y se irradia en la
antena maestra hacia el satélite.
103
Dependiendo en la configuración, la señal saliente de La Central puede tener
velocidades desde 256 Kb/s hasta 45 Mb/s. Esta señal es retransmitida por el
satélite la que luego es recibida y procesada por cada una de las terminales
remotas24.
En la cadena de recepción de las remotas existe un amplificador de bajo ruido
que amplifica la señal recibida del satélite y la convierte a banda L Esta señal
se alimenta al receptor/ruteador DVB, el cual la demodula y la convierte a señal
digital con la información ya en formato IP. El puerto LAN de este dispositivo,
se puede conectar directamente a la red LAN del cliente.
En la dirección opuesta la información IP del LAN pasa al ruteador DVB, el cual
la modula y la convierte a una señal intermedia en banda L. Esta señal se
alimenta a la unidad de potencia de RF de la terminal remota para ser
transmitida al satélite en banda C o Ku. Dependiendo de la unidad de RF y el
tamaño de antena el canal de retorno puede ir de 32 Kb/s a 2 Mb/s. Sin
embargo por razones de costos la mayoría de las unidades amplificadoras
serán de 2 o 5 Watts para banda C y de 1 a 2 Watts para banda Ku. Las
antenas remotas pueden ser de 1.2 o de 1.8 metros para banda Ku y de 1.8 o
de 2.4 metros para banda C.
En La Central las señales provenientes de las diferentes remotas se reciben en
la antena, se amplifican, se demodulan y se alimentan a un servidor serial. Por
lo general los puertos de este servidor pueden operar a 115 Kb/s. Si se
24 http://www.redes por satélite/vsat.móviles.dvb.com
104
requiere mayor velocidad el sistema se puede adecuar. La señal del servidor se
alimenta directamente al router de La Central.
Ventajas Terminal de una red local (LAN soportando IP)
♣ Tecnología nueva pero extensamente probada
♣ Manejo directo de IP en los puntos finales
♣ Transmisión bi-direccional vía satélite. Excelente para puntos remotos
♣ Manejo de múltiples protocolos como VOIP, video streaming, FTP.
♣ Velocidades altas y garantizadas.
♣ Excelente calidad de servicio
♣ Equipo central y remoto de bajo costo.
♣ Alta economía de banda satelital al sobre suscribir el canal de salida.
105
9. CONCLUSIONES
En esta monografía se presentaron las definiciones de los requerimientos de
cada uno de los bloques que componen una red VSAT y la evolución.
Identificando el sistema de comunicaciones vía satélite VSAT para la
adquisición de los datos en tiempo real de las estaciones de referencia, es un
sistema consolidado que ofrece la capacidad, escalabilidad y fiabilidad
requeridos para este tipo de aplicaciones. Esta solución goza de una libertad
total de localización de la estación, sin estar sujetos a la necesidad de fuentes
de energía, ya que se pueden encontrar sistemas VSAT de bajo consumo que
permiten ser operadas mediante paneles solares y acumuladores. Esta
solución, aunque tiene asociados mayores retardos, permite un control total de
los recursos de comunicaciones y ofrece una gran facilidad y escalabilidad de
la red de estaciones permanentes. La utilización de las comunicaciones satélite
facilita el intercambio de datos entre distintas agencias siempre que utilicen el
mismo sistema de comunicaciones ya que la recepción de los mismos esta
limitada al área de cobertura del satélite. Por otro lado el establecimiento de
redes satélite requieren de una fuerte inversión inicial, pero por otro lado tiene
unos costos de explotación mucho menores que los asociados a redes fijas
terrenas.
106
La tecnología VSAT permite una gran variedad de servicios de comunicación
con antenas menores.
Estas estaciones no pueden soportar capacidades elevadas pero son muy
baratas y fáciles de instalar en comparación a las estaciones de gran
capacidad de las redes públicas. Con los terminales VSAT los equipos del
usuario se conectan directamente a la plataforma de comunicaciones, evitando
así el uso de las redes públicas. El usuario es propietario de la red, dotándolo
de libertad absoluta de configuración de la red y una rápida respuesta a sus
necesidades de comunicaciones.
El mayor freno que han encontrado las redes VSAT en su desarrollo. Es que
las redes VSAT actuales utilizan satélites geoestacionarios que orbitan sobre el
plano ecuatorial. Estas órbitas hacen que la posición aparente del satélite, vista
desde la tierra, sea estacionaria.
El hecho de utilizar satélites geoestacionarios simplifica la estructura de las
estaciones terrenas ya que no han de equiparse con ningún sistema de
seguimiento del satélite.
También hay que tener en cuenta, la solución híbrida FDMA-TDMA, los
servicios TDM/TDMA proveen comunicación entre una ubicación central y
múltiples ubicaciones remotas en lo que se denomina topología tipo estrella.
Cuando el tráfico consiste en mensajes largos, el método de asignación bajo
demanda es el que mejor responde.
107
Cuando el tráfico consiste en mensajes T>cortos, los métodos de asignación
aleatoria (S-ALOHA) son los que mejor responden. Las soluciones que
combinan ambos tipos de asignación son los que más se suelen implementar.
Si existen muchos problemas de interferencias (existen otros sistemas
funcionando con las mismas frecuencias y polarizaciones) utilizaremos CDMA
en detrimento de del régimen binario.
El futuro de estas redes se basará, en sus capacidades para aplicaciones en
tiempo real y en poner a disposición del público estos servicios.
La tecnología satelital se diferencia principalmente en ser independiente de
toda red terrestre y estar disponible siempre en toda región.
El mercado de las comunicaciones refleja una elevada competencia y se
encuentra en una etapa de inversión y crecimiento. Por otro lado, el espacio
para crecer es elevado ante las deficiencias regionales y las necesidades de
las empresas, que son cada vez mayores.
Los más beneficiados con los cambios en el sector de las comunicaciones son,
los clientes, quienes no sólo cuentan ahora con servicios antes no imaginados,
sino que los obtienen a precios que se encuentran a su alcance, y en la
mayoría de casos a tarifas bajas, concepto totalmente nuevo al mercado
colombiano.
Todo esto es posible gracias a la implementación de la tecnología DVB en
estas redes, reduciendo su costo, y aumentado sus aplicaciones.
108
10. RECOMENDACIONES
Recomendamos al lector para su mejor comprensión remitirse a los textos y
paginas web citadas en las reseñas bibliograficas, y de esta forma ampliar sus
conocimientos sobre Redes VSAT.
Recomendamos la complementación de este trabajo para futuras
investigaciones, teniendo en cuenta un estudio de mercado sobre la utilización
de estas redes en Colombia, que tan viable son con respecto a las redes
terrestres.
Sugerimos que en futuros trabajos se tenga en cuenta que tanto han
evolucionado las redes VSAT comparándolas con este trabajo.
109
BIBLIOGRAFÍA
TRANSMISION DE DATOS Y REDES DE COMUNICACIÓNES. BEHROUZ A.
MC GRAW HILL. Acceso múltiple por división en la frecuencia, el tiempo y por
código), métodos de acceso por división en el tiempo aleatorios.
GUIA COMPLETA DE PROTOCOLOS DE TELECOMUNICACIONES. MC
GRAW HILL. La topología en estrella, es la puede acceder al medio en las
estaciones VSAT’S, y es necesario los protocolos de acceso al medio.
REDES DE COMUNICACIONES. ALBERTO LEON GARCIA. MC GRAW HILL.
Diferentes tipos de redes y las aplicaciones mas importantes de las redes vsat.
WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. Conceptos
básicos sobre satélites, Transpondedor del satélite
UYLESS BLACK. Redes de computadores, Protocolos, Normas e Interfaces,
múltiplexación (FDMA, TDMA, CDMA:
VSAT Networks, G. Maral. Ed. Wiley & Sons (1995). Topología y arquitectura
de una red vsat.
110
REDES VSAT.
http://www.upv.es/satelite/trabajos. Un amplio rango de servicios de
telecomunicaciones con una estación HUB grande o con otro VSAT.
REDES VSAT
http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_4/vsat_hpg.htm. Elementos básicos
que componen una VSAT y la configuración de estos elementos y el Pire de la
estación terrena.
SISTEMAS SATELITALES VSAT
http://www.rares.com.ar/PDF/1610.pdf. El éxito de una red VSAT radica en la
calidad del NMS y en su respuesta a las necesidades de los usuarios,
elecciones de las bandas de frecuencias a utilizar
GLOBAL VSAT FORUM:
http://www.gvf.com. Diferentes tipos de Pérdidas de los medios de transmisión.
TERANET, Diagrama Vsat.
http://www.teranet.com.ni/diagrama.shtm. Funcionamiento de una red VSAT y
las unidades o partes funcionales.
D. Breynaert. IP over Satellite. DVB-RCS: Digital Video Broadcast - Return
Channel by Satellite. ASBU/ITU Symposium on Satellite Broadcasting and
Convergence of New Multimedia Services. Tunis. Noviembre 2000. La estación
111
central coordina el acceso de los terminales que solicitan transmitir por el canal
de retorno.
http://www.redes por satélite/vsat.móviles.dvb.com. El sistema utiliza la
tecnología DVB (Difusión de Video Digital) en la transmisión Central a remotas
y enlaces permanentes de velocidad variable, en el retorno.
112
ANEXO A
Calculo de enlace para un sistema satelital con los siguientes parámetros.
Subida.
1. Potencia de salida del transmisor de la estación terrea en saturación,
2000 w – 33dBw.
2. Perdida de respaldos de la estación terrea 3 dB.
3. Perdidas de ramificaciones y alimentadores de la estación terrea 4dB.
4. Ganancia de la antena transmisora de la estación terrea 64 dB.
5. Perdidas atmpsfericas de subida adicionales 0.6 dB.
6. Perdidas de trayectoria de espacio libre 206.5 dB.
7. Relación G/Te (ganancia a temperatura de ruido equivalente) del
receptor satelital –5.3 dBK-1.
8. Perdidas de le ramificación y alimentador satelital 0 dB.
9. Tasa de bits 120 Mbps.
10. Esquema de modulación 8-PSK.
Bajada.
1. Potencia de subida del transmisor de satélite en saturación 10 w –
10dBw.
2. Perdida de respaldos del satélite 0.1 dB.
3. Perdidas de ramificaciones y alimentadores del satélite 0.5 dB.
4. Ganancia de la antena transmisora del satélite 30.8 dB.
5. Perdidas atmosféricas de bajada adicionales 0.4 dB.
113
6. Perdidas de trayectoria de espacio libre 205.6 dB.
7. Ganancia de la antena receptora de la estación terrea 62 dB.
8. Perdidas de le ramificación y alimentador de la estación terrea 0 dB.
9. Temperatura ruido equivalente de la de la estación terrea 270 K.
10. Relación G/Te (ganancia a temperatura de ruido equivalente) de la
estación terrea 37.7dBK-1.
11. Tasa de bits 120 Mbps.
12. Esquema de modulación 8-PSK.
Solución Cálculo de subida: Expresado como logaritmo.
PIRE (estación térrea) = PT + AT – Lbo - Lbf
= 33dBw +64dB +-3dB – 4 dB = 90 dBw
Densidad de potencia de la portadora en la antena del satelite:
C’ = PIRE – Lp – Lu
= 90 dBw –206.5 dB –0.6 dB = -117.1 dBw
0NC
En el satélite:
KTC
KTC
NC
ee
1*
0
== En donde ee T
GC
TC
'*=
Por lo tanto
KT
GC
NC
e
1*'*
0
=
Expresado como logaritmo,
)10*38.1log(10)()(')( 231
0
−− −+= dBKTG
dBwCdBNC
e
114
dBdBwKdBKdBwNC
2.106)6.228()3.5()(1.117 1
0
=−−−+−= −
Por lo tanto
bbb fdB
NC
dBN
fCdB
NE
log10)()(/
)(000
−==
4.25)10*120(log102.106 6
0
=−= dBNEb
y para un sistema de banda mínimo,
dBfB
NE
NC
b
b 2.3010*12010*40
log104.256
6
0
=−=−=
Calculo de bajada: expresado como logaritmo,
PIRE (transpondedor del satélite) = PT + AT – Lbo - Lbf
= 10dBw +30.8dB – 0.1dB – 0.5 dB = 40.2 dBw
Densidad de potencia de la portadora en la antena de la estación terrea:
C’ = PIRE (dBw) – Lp (dB) – Ld (dB)
= 40.2 dBw –205.6 dB – 0.4 dB = -165.8 dBw
0NC
En el satélite:
KT
CKTC
NC
ee
1*
0
== en donde ee T
GC
TC
'*=
Por lo tanto
KT
GC
NC
e
1*'*
0
=
115
Expresado como logaritmo,
)10*38.1log(10)()(')( 231
0
−− −+= dBKTG
dBwCdBNC
e
dBdBwKdBKdBwNC
5.100)6.228()7.37()(8.165 1
0
=−−+−= −
Un método alternativo de solución para C/N0 es:
)()()()(')( 1
0
dbWKKdBKTdBAdBWCdBNC
er −−+= −
)6.228(270log10)(62)(8.165 dBWKdBdBW −−−+−=
dBdbWKdBdBWNC
5.100)6.228(270log10)(62)(8.1650
=−−−+−=
Por lo tanto
bb fdB
NC
dBNE
log10)()(00
−=
dBdBNEb 7.19)10*120(log105.100 6
0
=−=
y para un sistema de banda mínimo,
1. dBfB
NE
NC
b
b 2.3010*12010*40
log104.256
6
0
=−=−=
116
ANEXO B
ESPECIFICACIONES Y PARAMETROS EQUIPOS
LINKWAY™ 2000 PRODUCT OVERVIEW
LINKWAY 2000 is the most cost-effective, seamless extension for voice, data
and multimedia networks. Its full mesh, single-satellite-hop network topology
expands
your advanced digital communications horizons.
IP, ATM, Frame Relay, ISDN, and SS7 traffic flows seamlessly between remote
sites connected via LINKWAY 2000 VSAT network terminals. What’s more,
whether your network consists of ten or ten thousand sites, LINKWAY 2000
provides substantial transponder savings. Its automatic, adaptive bandwidth
assignment dynamically allocates channels on an as-needed basis.
PARAMETER SPECIFICATION
Interfaces per LINKWAY IDU 3
Protocols Supported IP (standard), Frame Relay, ATM,
ISDN, and SS7
Console Port RS-232 (RJ-11)
Modem QPSK with unique-word-based phase
ambiguity resolution, BPSK
Modem IF Frequency 52 to 88 MHz (70 MHz nominal)
117
Variable Modem Rates 2.5 Msym/s, 1.25 Msym/s, or 675
ksym/s
Forward Error Correction Concatenated variable Reed-Solomon
and Viterbi coding
Environmental Operating Storage
Temperature 0° to +40°C 0° to +70°C
Relative Humidity 0 to 95% 0 to 95%
Air Circulation 4 fans at 15 CFM each
Power Supply 50/60 Hz
100 to 120 VAC (0.7 A) or 200 to 240
VAC (0.4 A) (dual-range)
Fuse 3 A at 220 VAC
Power Consumption 75 VA nominal
Mechanical Dimensions 3.5" (h) x 17.25" (w) x 23" (d) or 8.75
cm (h) x 44 cm (w) x 58.5 cm (d)
Mountable in a standard 19” rack
Weight 16 ± 0.5 lb or 7.25 ± 0.2 kg (depending
on interfaces used)
LINKWAY Outdoor Units Ku-band 1.8 or 2.4 m with 4, 8, 16 or
25-W RFTs C-band 2.4 or 3.8 m
with 5, 10, 20 or 40-W RFTs
LINKWAY Interfacility Link 70 MHz or L-band
118
Terrestrial Interface Options
LINKWAY NETWORK PARAMETERS
PARAMETER VALUE
Maximum LINKWAY IDUs 16,384 per network
Maximum Transponders 4 per network
Maximum Carriers 256 per network
LINKWAY IDUs per Site Stackable to 16
Number of Interface Ports 3 per LINKWAY IDU
TDMA Frame Structure Variable-length bursts with factory-
selectable frame length from 12 to 48 ms.
119
LINKWAY 2000’s carrier bandwidth and throughput information. Capacity
is expandable to 32 Mb/s in a stacked configuration.
BROADBAND APPLICATIONS
• Local Area and Wide Area Networks
• Corporate Intranets and Virtual Private Networks
• Internet Networks
• Distance Learning and Tele-medicine
• Public Switched Telephone and Data Networks
• Private Telephony, Data, and Videoconferencing Networks
• Cellular and Wireless Local Loop Connectivity
• Disaster Recovery
120
Back panel view shows the LINKWAY 2000 terminal is simple to connect.
linkway.IP Site Specifications
PARAMETER SPECIFICATION
121
The linkway.IP terminal is compact and easy to install.
Network Interface
ETHERNET
LINKWAY Network Parameters
PARAMETER VALUE (per network)
INFORMACIÓN TÉCNICA
• Sistema de Banda Ancha interactivo SpaceLink
• Soporta todas las aplicaciones en IP, inclusive Ethernet/Intranet Rápido,
Distribución Forzada, Caching, Cascada de video y audio
• Compatible con DVB/MPEG-2 estándar
• Portadora de Salida hasta 36 Mbps
• Retorno de transmisión de 16 a 384 Kbps
• Tamaño de antena (estándar) de 1.8 metros Servicio en 2 Vías VSAT
122