quÉ es una vsat
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¿QUÉ ES UNA VSAT?
Los VSAT (Very Small Aperture Terminal) son pequeñas estaciones
terrenas de comunicaciones por satélite. Se pueden considerar
pequeñas puesto que el tamaño máximo de la antena es de 1,8 m en la
banda Ka, 3,8 m en la banda Ku y 7,8 m en la banda C. Debido a su
reducido tamaño y a la escasa infraestructura que requieren, la
instalación es sencilla y tiene un coste reducido, en comparación con
estaciones de tamaño convencional.
Los terminales VSAT se pueden utilizar para llevar a cabo
comunicaciones unidireccionales o bidireccionales. Además, los
satélites soportan comunicaciones de datos, vídeo, Internet, fax y
comunicaciones de voz.
SERVICIOS
A continuación, se exponen los servicios que soportan estas redes:
Comunicaciones de datos
– Servicios de transacciones de datos para las comunicaciones de las
empresas.
– Redes de acceso: Acceso a Internet mediante la implementación de
redes IP por satélite, bucle local inalámbrico para datos, etc.
Comunicaciones de voz
– Telefonía.
Difusión audiovisual
– Difusión de televisión y radio, digital y analógica. Se trata de redes de
difusión puesto que el tramo que se cubre con tecnología VSAT es
unidireccional. Sin embargo, las redes de difusión digitales
generalmente disponen de un canal de retorno a través de otro tipo de
red, que habitualmente es la red telefónica.
ÁREAS DE APLICACIÓN
Sector privado
– Redes para transacciones bancarias: Control del flujo de dinero,
soporte a las transacciones, confirmación de tarjetas de crédito, etc.
– Industria petrolífera: Control y adquisición de datos para las
actividades de prospección, producción, transporte y distribución.
– Sector de hostelería y agencias de viajes: Gestión de reservas,
control de inventarios, programas de viajeros frecuentes, autorización
de crédito, etc.
– Comercio: Se aplican en cadenas de supermercados, comida rápida
y otros comercios que constantemente controlan las ventas.
Sector público
– Comunicaciones rurales: VSAT provee enlaces muy eficaces en coste
para poblaciones dispersas y pueblos pequeños. Muchos países,
especialmente los que se encuentran en vías de desarrollo, están
implementando redes VSAT para extender la infraestructura telefónica
nacional.
– Redes para aplicaciones de telemedicina.
– Redes de organismos oficiales.
– Redes para la difusión de radio y televisión.
– Servicios de emergencia.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Las características técnicas más importantes de las redes VSAT son las
siguientes:
– Utilizan tres modos de funcionamiento distinto que determinan los
servicios que pueden prestar: SCPC (un único canal por portadora),
TDMA (acceso múltiple por división en el tiempo, por lo cual hay varios
canales por portadora) y DAMA (acceso múltiple en función de la
demanda).
– Diversas configuraciones de red: En estrella, utilizando una estación
central, o en malla, donde los terminales se comunican unos con otros
sin necesidad de estación central. Además, los terminales VSAT se
pueden conectar con tecnologías de bucle de abonado por cable o
inalámbrico.
– Posibilidad de implementar redes únicamente de difusión o redes
bidireccionales.
– Tasas de transferencia: Dependerán del ancho de banda que se
contrate en el satélite y del servicio.
– Permite la interconexión con redes fijas como la de telefonía (RPTC),
la RDSI y redes públicas y privadas de datos.
– Amplia gama de interfaces disponibles para el usuario: RS232, X.21,
V.35,
G703 y 10-BaseT/100-BaseT (Ethernet).
– Fácil y rápido despliegue de la red.
– Flexibilidad y facilidad de modificación y ampliación de la red.
– Reducido consumo: Los terminales pueden funcionar con menos de 35
W de energía eléctrica.
BANDAS DE FRECUENCIA
En general, los sistemas fijos VSAT, emplean transpondedores en los
satélites en las siguientes bandas:
– Banda C: Enlace ascendente a 6 GHz y descendente a 4 GHz. Esta
banda se usa extensivamente en Asia, África y Latinoamérica.
– Banda Ku: Enlace ascendente a 14 GHz y descendente a 11/12 GHz.
Se utiliza principalmente en Europa y Norteamérica.
– Banda Ka: Enlace ascendente a 30 GHz y descendente a 20 GHz.
Como la anterior, se utiliza, principalmente en Europa y Norteamérica.
De las tres bandas, la que presenta menor atenuación por la lluvia, es la
banda C, ya que está situada en las frecuencias más bajas de las tres.
Las dos bandas restantes presentan mayor atenuación por estos
factores, sobre todo la banda Ka, puesto que el tamaño de las gotas de
agua es similar a la longitud de onda a estas frecuencias. Por ello, la
banda C es la más adecuada para comunicaciones de datos que
requieran fiabilidad en zonas tropicales.
Sin embargo, las Frecuencias utilizadas en esta banda son muy
cercanas a las usadas en algunos sistemas de microondas terrestres, lo
que puede causar interferencias cuando equipos de este tipo se
encuentren en las proximidades de la estación.
MÉTODOS DE ACCESO QUE PROVEEN LAS REDES VSAT
Los métodos de acceso, están directamente vinculados con los tipos de
servicio que presta una red VSAT, puesto que condicionan desde la
topología de la red (estrella o malla), el tipo de comunicaciones que se
pueden establecer, los recursos de ancho de banda del satélite
utilizados y, por tanto, el coste de la red.
FDMA
Es la forma más sencilla de multiacceso al satélite, en ella el Ancho de
Banda de un transpondedor es particionado en múltiples canales de
media o baja velocidad cada portadora ocupa cierto Ancho de Banda
(BW).
Hay 2 tipos de FDMA a saber:
* SCPC (Single Channel Per Carrier)
* MCPC (Multiple Channel Per Carrier)
El modo SCPC, o canal único por portadora (Single Channel Per
Carrier), es la técnica de multiacceso más simple de las utilizadas en
comunicaciones por satélite. Consiste en la transmisión continua de los
datos del usuario en una única portadora.
Las redes basadas en SCPC, ofrecen un ancho de banda garantizado
similar a las líneas dedicadas terrestres. Se pueden ofrecer circuitos de
hasta 8 Mbps, pero normalmente son de 2 Mbps, puesto que éste es el
límite de los equipos VSAT comunes.
La técnica SCPC se usa para la difusión de datos, sonido digital y vídeo,
así como para comunicaciones bidireccionales de voz, datos y vídeo. Las
aplicaciones de SCPC son:
– Acceso a redes IP a alta velocidad.
– Realización de circuitos de larga distancia para redes terrestres (por
ejemplo, la red telefónica).
– Soporte de capacidades multimedia: voz, datos, fax y correo
electrónico.
El modo MCPC o múltiples canales por portadora, (Multiple Channel
Per Carrier), posibilita la multiplexación de varios canales de datos en
un solo canal digital.
TDMA
Consiste en la división de un canal físico en varios intervalos de tiempo
periódicos (slots), cada uno de los cuales le corresponde con una
portadora. TDMA se utiliza para comunicaciones de datos a baja
velocidad (300 bps – 19,2 kbps) en redes con topología en estrella.
El empleo de esta técnica de multiacceso provoca un incremento del
retardo (que ya es considerable al tratarse de redes de comunicaciones
vía satélite), debido a los tiempos de establecimiento de la conexión y el
tiempo dedicado a las comunicaciones con el sistema de gestión de red,
NMS (Network Management System). Por ello el retardo mínimo
asciende a 2 segundos.
CDMA
La red usa la misma portadora, frecuencia y ancho de banda. Cada
estación transmite simultáneamente diferentes secuencias de código la
señal es reconstruida en el lado receptor con la secuencia de código
disperso conocido basado en Spread Spectrum, además este tipo de
acceso utiliza modulación QPSK – OQPSK.
CONFIGURACIÓN FUNCIONAL
Una red VSAT convencional está formada por una serie de estaciones
terrenas remotas las cuales se comunican con una estación central o
HUB a través de un satélite de comunicaciones geoestacionario.
Por tanto, se puede decir que la red está formada
por dos componentes:
– Componente Espacial: Comprende el satélite de comunicaciones
geoestacionario.
– Componente Terreno: Comprende la estación central o HUB y las
estaciones remotas VSAT.
COMPONENTE ESPACIAL
Transpondedores
Los satélites de comunicaciones están equipados con un número de
transceptores radio conocidos como transpondedores. El ancho de
banda disponible en el satélite será la suma de los anchos de banda de
todos sus transpondedores (generalmente entre 36 MHz y 54 MHz).
La orientación de los diferentes transpondedores determina las
regiones en las que el satélite da cobertura. El ancho de banda de cada
transpondedor puede contratarse completa o parcialmente, en función
de la necesidad que se quiera cubrir.
COMPONENTE TERRENO
Estación Central (HUB)
La estación central o HUB, es la responsable de funciones tales como la
gestión y control de la red, la monitorización y configuración de los
terminales remotos, asignación de canales, conmutación,
encaminamiento de las comunicaciones, generación de los informes
correspondientes de acceso y tráfico, parámetros de mantenimiento,
etc. Todas estas funciones normalmente se concentran en un centro de
gestión independiente de la red, el cual está formado por un ordenador
(host) conectado con el HUB.
ESTACIÓN TERRENA (Tx)
ESTACIÓN TERRENA (Rx)
Terminales remotos VSAT
Los terminales remotos VSAT, están formados por los siguientes
componentes:
– Antena Parabólica
El conjunto de la antena consta de un reflector parabólico y un
iluminador (elemento captador de señal). El diámetro de estas antenas
es mucho menor que el de la antena del HUB (diámetro máximo de 1,8
m en la banda Ka 3,8 m en la banda Ku y 7,8 m en la banda C), razón
por la cual se les denomina terminales de muy pequeña apertura.
– Unidad de exterior, ODU (Outdoor Unit)
La unidad exterior, junto con la antena parabólica, lleva a cabo la
amplificación, transmisión y recepción de la señal.
– Unidad de interior, IDU (Indoor Unit)
La unidad de interior, se encuentra situada en el interior de las
instalaciones del usuario. Esta formada por una serie de componentes
cuya función es proveer la interfaz con los equipos del cliente. Además,
en los casos en los que se transmitan señales digitales, se encarga de la
conversión de la señal digital a una señal analógica adecuada para su
transmisión por radio (enlace ascendente) y viceversa (enlace
descendente).
Los IDU de los terminales VSAT son muy versátiles ya que pueden ser
configurados con la mayoría de interfaces de datos, tales como RS232,
X.21, V.35, G703 y 10-BaseT/100-BaseT (Ethernet).
ESQUEMA DE UN ENLACE SATELITAL
La instalación de los terminales VSAT es sencilla debido a su reducido
tamaño. Para poder llevarla a cabo, únicamente se necesita un compás
y una unidad de GPS para orientar la antena en la dirección adecuada,
y un medidor de potencia para conseguir sintonizar el sistema
correctamente.
VSAT (Diagrama Funcional)
TOPOLOGIAS
– Configuración en Estrella
La configuración en estrella, consiste en una estación central o HUB
que da servicio a una serie de terminales remotos VSAT, de tal manera
que todas las comunicaciones pasan por el HUB.
Esta configuración tiene la ventaja de que el HUB puede mantener un
control efectivo de la red. Además, es compatible con la mayoría de
requerimientos de tráfico.
Conviene esclarecer los términos Inbound y Outbound que son
aplicables a las redes en estrella:
* Inbound: Transferencia de información desde un VSAT al HUB.
* Outbound: Transferencia de información desde el HUB a un VSAT.
– Configuración en Malla
Esta configuración posibilita la realización de comunicaciones directas
entre terminales remotos VSAT, a través del satélite de
comunicaciones.
Para conseguir este tipo de comunicaciones, se requieren satélites con
elevada ganancia y modernos sistemas de amplificación de bajo ruido,
LNA (Low Noise Amplifier) y amplificadores de potencia de estado
sólido, SSPA (Solid State Power Amplifier).
Esta configuración tiene las siguientes ventajas:
– Reducción del retardo de propagación de la señal: Se pasa de un
retardo de 0,5 s de una configuración en estrella, a un retardo de 0,25
s.
– No es necesaria la estación central: Esto hace que se produzca una
gran disminución del coste de la red debido al elevado valor del HUB.
Sin embargo, al prescindir del HUB, se debe designar un terminal VSAT
maestro para llevar a cabo el control de la red.
PÉRDIDAS PRESENTES EN LOS ENLACES DE UNA VSAT
L Atmosféricas
Debidas a la absorción de ondas radioeléctricas por parte de los gases
atmosféricos como oxígeno y vapor de agua. (Se puede ignorar esta
pérdida para frecuencias inferiores a los 10 GHz).
L Por Lluvia
Este tipo de pérdidas afectan drásticamente los enlaces satelitales. Las
ondas radioeléctricas son dispersadas o absorbidas. (El efecto es mayor
cuanto mayor sea la frecuencia).
L Por Desalineación de las Antenas
Es inevitable el pequeño desalineamiento de las antenas. Cuanto mayor
sea el diámetro de la antena, mayor puede ser este efecto. (Se
recomienda que para antenas de más de 7 Mts se tengan dispositivos
de seguimiento).
DESARROLLO DE LA PROPUESTA
Por tener nuestro país Colombia, una ubicación geográfica estratégica
privilegiada, ventajosa y dominante con respecto a otros países, es de
gran utilidad y economía aprovechar los satélites de
telecomunicaciones ubicados en la zona espacial Geoestacionaria lo
cual nos facilita prestar los servicios de comunicaciones a los sitios más
remotos, marginados y de difícil acceso de nuestro territorio
Colombiano, donde ningún otro tipo de comunicaciones pueden llegar.
La finalidad del proyecto apunta hacia la prestación del servicio de
telefonía rural fija para 100 municipios Colombianos. Dichas
poblaciones se escogieron teniendo en cuenta de cada uno de los 32
departamentos 3 municipios ubicados estratégicamente. Nuestro
servicio tendrá como solución de última milla una red VSAT.
La red VSAT estará con formada por 2 estaciones maestras ó HUBs y
100 terminales remotas cada una con 5 abonados. Los HUBs se
encuentran ubicados uno en el Norte (Medellín) y otro en el Sur
(Villavicencio) por ser puntos proporcionales y equidistantes de nuestra
geografía. El HUB en Medellín manejará el 70% del tráfico total de la
red, mientras que el HUB en Villavicencio le corresponde el 30%
restante. Vale la pena resaltar, además que cada HUB tendrá su propia
central privada (PBAX), que a su vez estará interconectada con la RTPC
nacional y las redes celulares, a través de enlaces troncales (E1s). Para
garantizar la comunicación entre 2 abonados de PBAX diferentes debe
existir troncales E1s de interconexión, es decir que se puedan
comunicar dos abonados de la Red VSAT de diferente numeración.
DISEÑO DE LA VSAT
Una vez analizada la información contenida en el marco teórico
procedemos pues, a efectuar el diseño como tal de nuestra red. Es muy
útil y conveniente tener en cuenta los siguientes requerimientos:
” Características del Satélite
‘ Referencia
‘ Latitud / Longitud
‘ Huella ó Footprint
‘ Banda de Frecuencias
‘ Polarización
” Diseño de la Red
‘ Topología
‘ Método de Acceso al Medio
‘ Modulación
‘ Coordenadas de las ET
‘ Cálculo de los Enlaces (Up-link / Down-link)
” Cantidad de VSAT a utilizar
” Esquema
” Funcionamiento de la Red
” Precios
CARACTERÍSTICAS DEL SATÉLITE
Referencia
Escogimos el satélite “Geoestacionario” IS-805 de la prestigiosa
empresa INTELSAT, ya que se trata de una compañía reconocida a
nivel mundial por sus potencialidades tecnológicas. Dicho satélite
brinda gran robustez, lo que lo hace completamente útil para nuestros
requerimientos.
Además por tratarse de un satelite relativamente nuevo, es de
esperarse que la vida útil del mismo sea considerable.
Latitud / Longitud
Por tratarse de un satélite geoestacionario, la latitud lógicamente
corresponderá 0º N, mientras que el valor de su longitud es de 304.5º
E.
Footprint
De los 3 footprints que nos ofrece el satélite INTELSAT 805, vemos que
la única huella que realmente nos cubre todo el territorio colombiano es
la tercera ya que esta, si alcanza a incluir Leticia. Por su parte la
segunda huella no lo permitía. El footprint seleccionado tiene la
particularidad que es el que presenta el menor valor de PIRE 48.7 dBW.
Banda de Frecuencias
La banda seleccionada fue la Ku (11 a 14) Ghz, ya que la banda C se
encuentra en la actualidad muy saturada. Además la banda Ku no
presenta casi interferencias terrestres, por tal razón si se llegasen a
presentar problemas de atenuación en la señal, las correcciones
pertinentes se llevarían acabo acá en la tierra y no allá sobre el satélite.
De igual manera tuvimos también en cuenta la siguiente tabla.
Polarización
El tipo de polarización que trabaja el satelite INTELSAT IS-805 es la
LINEAL Por ende, podemos trabajar o bien sea con la Polarización
Horizontal ó con la Polarización Vertical.
DISEÑO DE LA RED
Topología
Optamos por la configuración tipo ESTRELLA por que, necesitamos
enlazar cada uno de los 100 puntos hacia 2 puntos centrales. Estos
HUBs estarán interconectados entre si, por medio de un enlace troncal.
Los HUBs son los encargados de mantener un control efectivo y
manejar todo el tráfico de la red. Dicho tráfico será cursado en un
porcentaje 70 y 30 respectivamente.
El HUB 1 ubicado en la ciudad de Medellín, tiene a cargo la
interconexión de los departamentos de: Antioquia, Atlántico, Bolívar,
Boyacá, Caldas, Cauca, Cesar, Córdoba, Chocó, Cundinamarca, Huila,
La Guajira, Magdalena, Nariño, Norte de Santander, Quindío,
Risaralda, San Andrés y Providencia, Santander, Sucre, Tolima, Valle
del Cauca.
El HUB 2 localizado en la ciudad de Villavicencio, le corresponde la
interconexión de los siguientes departamentos: Meta, Amazonas,
Arauca, Caquetá, Casanare, Guainía, Guaviare, Putumayo, Vaupés,
Vichada.
Método de Acceso al Medio
El método de accesar al medio será el de Una Única Portadora Por
Canal ó SCPC, el cual hace parte de la familia de FDMA. Como el
servicio que prestaremos es el de telefonía, es más que suficiente
emplear una portadora por canal. Pensando hacia un futuro, es posible
que esta red entregue también el servicio de Internet y todo gracias al
uso de una misma portadora, pues por que como sabemos una sola
portadora puede manejar Voz, Video, Audio y Datos. SCPC es útil ya
que en la actualidad es la técnica más sencilla para accesar al satélite,
su configuración es muy simple y además no requiere de sincronización.
Modulación
El tipo de modulación utilizada fue la QPSK (Desplazamiento de Fase
Cuádruple) en lugar de PSK binaria, porque se puede transmitir el
doble de la velocidad de los bits utilizando la misma banda de
frecuencia.
Coordenadas de las ETs
A continuación, se muestran las tablas que tienen registradas las
coordenadas cartográficas de cada una de las poblaciones a las que se
les hará llegar el servicio. Dentro de la misma tabla, se encuentra
también una columna que muestra los índices de atenuación por lluvia.
La fórmula que me determina la atenuación por lluvia es la siguiente:
Donde;
Esta ecuación fue referenciada de la siguiente pagina web
(http://www.radioptica.com/Radio/lluvia.asp)
Frecuencia (Ghz) kH aH kV aV
6 0,00175 1,308 0,00155 1,265
8 0,00454 1,327 0,00395 1,310
10 0,0101 1,276 0,00887 1,264
20 0,0751 1,099 0,0691 1,065
30 0,187 1,021 0,167 1,000
40 0,350 0,939 0,310 0,929
60 0,707 0,826 0,642 0,824
100 1,12 0,743 1,06 0,744
Tabla 1. Coeficientes de regresión para estimar el valor de la
atenuación específica
Vale la pena mencionar que los valores que utilizamos para los cálculos,
fueron los que están asociados con la Polarización Vertical. Se hizo así,
debido a que la atenuación que presenta la Polarización Horizontal es
ligeramente superior que para la que brinda la Polarización Vertical.
Esto se debe simplemente a la forma que adquieren las gotas de lluvia
por el rozamiento durante la caída.
El valor de la intensidad de lluvia, fue tomado de la página del IDEAM
(http://www.ideam.gov.co). Dicha gráfica refleja el valor promedio de la
precipitación en todas las poblaciones Colombianas.
PRECIPITACIÓN DIARIA EN MILÍMETROS
DATOS CARTOGRÁFICOS DE LOS PUNTOS QUE RECOJE EL HUB
1 (Norte)
LOCALIDAD
LATITU
D
LONGITU
D
AZIMUT
H (Yz)º
ELEVACIÓ
N (Fe)º
ANTIOQUIA
Medellín (HU
B 1)
+6 ° 15 ‘
00 / 6 .2
5°
-74 ° 36 ‘
00 / 75.6 ° 95.20 45.68
Puerto Berrío
+6 ° 30 ‘
00 / 6 .5
°
-74 ° 24 ‘
00 / 74.4 ° 95.40 45.66
Necoclí
+8 ° 26 ‘
00 / 8 .4
3°
-76 ° 48 ‘
00 / 76 .8
° 97.60 47.59
Amalfi
+6 ° 54 ‘
31 / 6 .9
1°
-75 ° 04 ‘
39 / 75.1 ° 95.88 46.23
ATLANTICO
Barranquilla
+10 ° 59
‘
00 / 10.9
8°
-74 ° 48 ‘
00 / 74.8 ° 99.18 45.50
Puerto Salgar
+11 ° 01
‘
00 / 11.0
2°
-74 ° 56 ‘
00 / 74.93
° 99.25 45.61
Sabanalarga
+10 ° 38
‘
00 / 11.6
3°
-74 ° 55 ‘
00 / 74.92
° 98.93 45.65
BOLIVAR
Magangue +9 ° 14 ‘
00 / 9.23
-74 ° 45 ‘
00 / 74.75
97.73 45.69
° °
Isla Barú
+10 ° 15
‘ 00
/10.25°
-75 ° 35 ‘
00 / 75.58
° 98.82 46.29
Cartagena
+10 ° 25
‘
00 / 10.4
2°
-75 ° 32 ‘
00 / 75.53
° 98.94 46.22
BOYACA
Cubará
+7 ° 00 ‘
07 / 7°
-72 ° 06 ‘
30 / 72.11
° 95.36 43.57
Nobsa
+5 ° 46 ‘
00 / 5.77
°
-72 ° 57 ‘
00 / 72.95
° 94.56 44.42
Muzo
+5 ° 32 ‘
00 / 5.53
°
-74 ° 06 ‘
00 / 74.1 ° 94.56 45.47
CALDAS
Marquetalia
+5 ° 18 ‘
00 / 5.3
°
-75 ° 03 ‘
00 / 75.05
° 94.52 44.33
Aguadas +5 ° 36 ‘
00 / 5.6
-75 ° 27 ‘
00 / 75.45
94.84 46.67
° °
Chinchiná
+4 ° 58 ‘
00 / 4.97
°
-75 ° 36 ‘
00 / 75.6 ° 94.32 46.85
CAUCA
Punta Guapí
+2 ° 44 ‘
00 / 2.73
°
-77 ° 54 ‘
00 / 77.9 ° 92.58 49.03
Cajibío
+2 ° 37 ‘
00 / 2.62
°
-76 ° 34 ‘
00 / 76.57
° 92.36 47.84
Inzá
+2 ° 33 ‘
00 / 2.55
°
-76 ° 04 ‘
03 / 76.07
° 92.26 47.39
Cálculo de los Enlaces (Up-Link / Down-Link)
Teniendo como referencia todos los valores consignados en las tablas
anteriores, empezamos a computar cada uno de los 202 enlaces. Por
cuestiones de practicidad, dichos cálculos se hicieron mediante el
software interactivo de INTELSAT el LST4.0.
Se debe tener en cuenta:
s El desempeño del satélite
s La pérdida de trayectoria
s Los efectos atmosféricos
s Las bandas de frecuencia
s La antena del enlace ascendente y la performance del amplificador
s Tamaño de la antena de descarga y cifra de ruido del receptor
A continuación mostraremos las capturas de cada uno de los
parámetros que se van asignando y fijando en el software.
1. Inicialización de software LST4.0Selección de la referencia
del satélite INTELSAT (IS-805)
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Cordialmente,
Maritza Ordoñez Rodriguez
Telecommunications Engineer and Specialist in E-Commerce
Skype: maritzaordonezrodriguez
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