Sistemas de comunicación satelital. POR QUE DE UN SATELITE?

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1 Sistemas de comunicación satelital

2 POR QUE DE UN SATELITE?

3 INTRODUCCIÓN El primer satélite artificial "Sputnik I" se lanzó el 4 de octubre de 1957 por la Unión Soviética. Tenía el tamaño de un balón de baloncesto con un peso inferior a 100 kgrs pero significó para la historia el punto de inicio de la carrera especial. Durante tres semanas estuvo transmitiendo señales de radio para los científicos en la tierra que recogían datos fundamentales para los lanzamientos venideros.

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5 El primer satélite de telecomunicaciones fue el Telstar I lanzado en 1962. Fue también el primero en utilizar el concepto de transpondedor moderno

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7 La primera idea que sugirió el establecimiento de comunicaciones mediante un satélite puede situarse en 1945, cuando el escritor Arthur C. Clarke publicó un artículo que abordaba la posibilidad de enviar y recibir señales de un lugar a otro del planeta situando una estación en el espacio a nivel del ecuador terrestre y a una distancia de aproximadamente 36.000 Km, de forma que esa estación apareciera como si estuviera fija respecto de la Tierra. A esta órbita se le llama órbita o cinturón de Clarke o, mas científicamente, órbita terrestre Geoestacionaria (GEO). La primera idea que sugirió el establecimiento de comunicaciones mediante un satélite puede situarse en 1945, cuando el escritor Arthur C. Clarke publicó un artículo que abordaba la posibilidad de enviar y recibir señales de un lugar a otro del planeta situando una estación en el espacio a nivel del ecuador terrestre y a una distancia de aproximadamente 36.000 Km, de forma que esa estación apareciera como si estuviera fija respecto de la Tierra. A esta órbita se le llama órbita o cinturón de Clarke o, mas científicamente, órbita terrestre Geoestacionaria (GEO).

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11 ventajas

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14 Bandas de frecuencias Para evitar la interferencia se usa una banda diferente en subida y bajada Para evitar la interferencia se usa una banda diferente en subida y bajada

15 Banda C

16 Banda Ku

17 Orbitas

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19 GEO (Geosynchronous Earth Orbit) GEO (Geosynchronous Earth Orbit) Cuando la órbita está en el plano ecuatorial de la Tierra, a una distancia de aproximadamente 36000 Km (equivalente a 5,6 del radio de la tierra), y en consecuencia, el período orbital es exactamente igual al período de rotación de la Tierra (o sea, 23 h, 56 min y 4 s

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22 MEO (Medium Earth Orbit) MEO (Medium Earth Orbit) Los satélites de órbita terrestre media se encuentran a una altura de entre 10075 y 20150 kilómetros. A diferencia de los GEO, su posición relativa respecto a la superficie no es fija. Al estar a una altitud menor, se necesita un número mayor de satélites para obtener una cobertura mundial, pero la latencia se reduce substancialmente. En la actualidad no existen muchos satélites MEO, y se utilizan para posicionamiento.

23 LEO (Low Earth Orbit) LEO (Low Earth Orbit) Los satélites LEO están situados en órbitas bajas, de 1.500 Km. por termino medio, aunque puede estar entre 200 y 2000 Km; los periodos orbitales se encuentran entre los 90 y los 120 minutos. Estas bajas órbitas se utilizaron en los inicios de la tecnología de comunicaciones por satélite

24 HALE HALE Las plataformas de gran altitud y resistencia son básicamente aeroplanos alimentados por energía solar o más ligeros que el aire, que se sostienen sobre un punto de la superficie terrestre a unos 21 kilómetros de altura. No se habla mucho de ellos y en la actualidad constituyen fundamentalmente un proyecto de investigación. Un ejemplo de HALE que utiliza globos estacionarios es Skystation.

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27 Rango Frecuencial Rango Frecuencial HF-band 1.8-30 MHz HF-band 1.8-30 MHz VHF-band 50-146 MHz VHF-band 50-146 MHz P-band 0.230-1.000 GHz P-band 0.230-1.000 GHz UHF-band 0.430-1.300 GHz UHF-band 0.430-1.300 GHz L-band 1.530-2.700 GHz L-band 1.530-2.700 GHz FCC's digital radio 2.310-2.360 GHz FCC's digital radio 2.310-2.360 GHz S-band 2.700-3.500 GHz S-band 2.700-3.500 GHz C-band Canal descendente: 3.700-4.200 GHz C-band Canal descendente: 3.700-4.200 GHz Canal Ascendente: 5.925-6.425 GHz Canal Ascendente: 5.925-6.425 GHz X-band Canal descendente: 7.250-7.745 GHz X-band Canal descendente: 7.250-7.745 GHz Canal Ascendente: 7.900-8.395 GHz Canal Ascendente: 7.900-8.395 GHz Ku-band (Europa) Canal descendente: FSS: 10.700-11.700 GHz Ku-band (Europa) Canal descendente: FSS: 10.700-11.700 GHz DBS: 11.700-12.500 GHz DBS: 11.700-12.500 GHz Telecom: 12.500-12.750 GHz Telecom: 12.500-12.750 GHz Canal Ascendente: FSS and Telecom: 14.000-14.800 GHz; Canal Ascendente: FSS and Telecom: 14.000-14.800 GHz; DBS: 17.300-18.100 GHz DBS: 17.300-18.100 GHz Ku-band (America) Canal descendente: FSS: 11.700-12.200 GHz Ku-band (America) Canal descendente: FSS: 11.700-12.200 GHz DBS: 12.200-12.700 GHz DBS: 12.200-12.700 GHz Canal Ascendente: FSS: 14.000-14.500 GHz Canal Ascendente: FSS: 14.000-14.500 GHz DBS: 17.300-17.800 GHz DBS: 17.300-17.800 GHz Ka-band 18-31 GHz Ka-band 18-31 GHz

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29 Satélites GEO: transmisión de datos Cada banda se divide en canales. Cada canal es atendido por un ‘transponder’ (repetidor) con 50-100 W de potencia. Para evitar interferencia entre canales contiguos se usa polarización (vertical/horizontal o circular derecha/circular izquierda) Un satélite lleva de 16 a 28 transponders. Para cubrir toda la banda se pueden usar varios satélites (constelaciones) ej. Astra 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G y 1H (120 transponders).

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31 CARACTERISTICAS Y EFECTOS DEL MEDIO ESPACIAL TEMPERATURA TEMPERATURA RADIACIÓN RADIACIÓN ATRACCIÓN GRAVITACIONAL DE LA TIERRA Y DE LA LUNA ATRACCIÓN GRAVITACIONAL DE LA TIERRA Y DE LA LUNA

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36 QUE ES VSAT Las redes VSAT (Very Small Aperture Terminals) son redes privadas de comunicación de datos via satélite para intercambio de información punto-punto o, punto-multipunto (broadcasting) o interactiva. Las redes VSAT (Very Small Aperture Terminals) son redes privadas de comunicación de datos via satélite para intercambio de información punto-punto o, punto-multipunto (broadcasting) o interactiva. punto-punto punto-multipunto (broadcasting)interactiva punto-punto punto-multipunto (broadcasting)interactiva

37 Redes privadas diseñadas a la medida de las necesidades de las compañias que las usan. Redes privadas diseñadas a la medida de las necesidades de las compañias que las usan. El aprovechamiento de las ventajas del satélite por el usuario de servicios de telecomunicación a un bajo costo y fácil instalación. El aprovechamiento de las ventajas del satélite por el usuario de servicios de telecomunicación a un bajo costo y fácil instalación.servicios bajo costoinstalaciónservicios bajo costoinstalación Las antenas montadas en los terminales necesarios son de pequeño tamaño (menores de 2.4 metros, típicamente 1.3m). Las antenas montadas en los terminales necesarios son de pequeño tamaño (menores de 2.4 metros, típicamente 1.3m).terminales Las velocidades disponibles suelen ser del orden de 56 a 64 kbps. Las velocidades disponibles suelen ser del orden de 56 a 64 kbps. Permite la transferencia de datos,voz y video. Permite la transferencia de datos,voz y video.datos,voz y videodatos,voz y video La red puede tener gran densidad ( 1000 estaciones VSAT ) y está controlada por una estación central llamada HUB que organiza el tráfico entre terminales, y optimiza el acceso a la capacidad del satélite. La red puede tener gran densidad ( 1000 estaciones VSAT ) y está controlada por una estación central llamada HUB que organiza el tráfico entre terminales, y optimiza el acceso a la capacidad del satélite.HUB Enlaces asimétricos. Enlaces asimétricos. Las bandas de funcionamiento suelen ser K o C, donde se da alta potencia en transmisión y buena sensibilidad en recepción. Las bandas de funcionamiento suelen ser K o C, donde se da alta potencia en transmisión y buena sensibilidad en recepción.bandas de funcionamientobandas de funcionamiento

38 VENTAJAS Flexibilidad: Flexibilidad: Fácil gestión de la red. Fácil gestión de la red. Servicio independiente de la distancia. Servicio independiente de la distancia. Cobertura global e inmediata. Cobertura global e inmediata.

39 DESVENTAJAS Problemas económicos: Problemas económicos:económicos Las inversiones iniciales son elevadas Las inversiones iniciales son elevadas Problemas radioeléctricos: Problemas radioeléctricos: El retardo de propagación típico de 0.5s (doble salto) El punto más critico de la red esta en el satélite. Como todo sistema basado en satélites es sensible a interferencias provenientes tanto de tierra como del espacio. Problemas de privacidad: 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 informacion se puede encriptar. 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 informacion se puede encriptar.

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41 En una configuración en estrella, en la que tenemos N portadoras en el enlace de subida, procedentes cada una de ellas de una estación VSAT. Estas portadoras son retransmitidas por el satélite hacia la estación HUB, en donde se modula TDM a una única portadora, que se manda de nuevo al satélite, el cual la reemite a los distintos VSAT en recepción. En una configuración en estrella, en la que tenemos N portadoras en el enlace de subida, procedentes cada una de ellas de una estación VSAT. Estas portadoras son retransmitidas por el satélite hacia la estación HUB, en donde se modula TDM a una única portadora, que se manda de nuevo al satélite, el cual la reemite a los distintos VSAT en recepción.

42 Aplicaciones de las redes VSAT VSAT Aplicaciones civiles: Aplicaciones civiles: Unidireccionales: Unidireccionales: Transmisión de datos de la Bolsa de Valores. Transmisión de datos de la Bolsa de Valores. Distribución de tendencias finacieras y análisis. Distribución de tendencias finacieras y análisis. Teledetección de incendios y prevención de catástrofes naturales Teledetección de incendios y prevención de catástrofes naturales Bidireccionales: Bidireccionales: Telenseñanza. Telenseñanza. Videoconferencia de baja calidad. e-mail. Videoconferencia de baja calidad. e-mail. Videoconferencia de baja calidad. Videoconferencia de baja calidad. Servicios de emergencia. Servicios de emergencia. Comunicaciones de voz. Comunicaciones de voz. Comunicaciones de voz. Comunicaciones de voz. Telemetría y telecontrol de procesos distribuidos. Telemetría y telecontrol de procesos distribuidos. Consulta a bases de datos. Consulta a bases de datos. Monitorización de ventas y control de stock. Monitorización de ventas y control de stock. Transacciones bancarias y control de tarjetas de credito. Transacciones bancarias y control de tarjetas de credito. Periodismo electrónico. Periodismo electrónico. Televisión corporativa. Televisión corporativa.

43 Aplicaciones militares: 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 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 subidahubestrella banda Xhubestrella banda X

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46 ELEMENTOS DE UNA RED VSAT HUB

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49 ESTACIÓN TERRENA

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54 CONFIGURACIONES Red en estrella: Red en estrella: El uso de satélites geoesacionarios impone las siguientes limitaciones: El uso de satélites geoesacionarios impone las siguientes limitaciones:satélites geoesacionariossatélites geoesacionarios Atenuaciones del orden de 200dB en en salto de satélite. Atenuaciones del orden de 200dB en en salto de satélite. Potencia de emisión del satélite limitada a algunos watts. Antenas de dimensiones reducidas y receptores con una sensibilidad limitada. Por lo tanto los enlaces directos entre VSAT's no cumplen unos minimos requisitos de calidad por lo que se necesita una estación terrena que actue de retransmisor. Lo que nos lleva configuraciones tipo estrella.

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56 Red en malla: 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.

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58 INSTALACIONES DE REDES VSAT Hub. Hub. Es la estación central de una red VSAT. Es relativamente grande y es relativamente costosa de instalar. Se tarda entre 1 y 4 semanas de instalar, sin incluir la comprobación del equipo una vez instalado. Es la estación central de una red VSAT. Es relativamente grande y es relativamente costosa de instalar. Se tarda entre 1 y 4 semanas de instalar, sin incluir la comprobación del equipo una vez instalado.

59 Vsat. Vsat. El mayor problema en su instalación es que envuelve potencialmente una gran cantidad de elecciones en todos los aspectos de su instalación: localización, usuarios, servidores de cable, condiciones de localización,... Una antena para un terminal VSAT puede ser montada en un tejado, en un muro, o en el suelo. Si se instala en el suelo, se debe proteger con vallas para prevenir daños y/o robos de personas y animales. De todas formas, las vallas no son una gram protección contra el vandalismo.

60 Transmisión de datos, voz, video en sistemas VSAT. datosvoz videodatosvoz video DATOS DATOS Las velocidades de transmisión de datos van desde 50 a 64 kbps, con interfaces tipo RS-232, y V28 para tasas menores de 20 kbps. La transmisión a mayores velocidades (generalmente hasta 128 kpbs). La distribución de datos se puede multiplexar con la transmisión de video usando el sistema de MAC (Multiplex Analogue Components). De esta forma la transmisión sube hasta velocidades de 20Mbps.

61 VOZ VOZ La transmisión puede darse a tasas muy bajas usando vocoders (codificación de voz). Pueden ser multiplexadas con transmisión de datos típicamente en canales de 64 kbps. La transmisión sufre un retardo de unos 50 mseg por el vocoder, y de unos 500 mseg por el enlace.

62 VIDEO VIDEO En el enlace de subida (HUB- >VSAT), se hace uso de los standars de TV (NTSC, PAL, SECAM), con modulación FM, o bien puede ser implementado con MAC. En el enlace de bajada, debido a la baja tasa, se usa compresión y codificación digital. Debido a esto, sólo se transmiten imágenes, que no cambian sustancialmente en el tiempo.

63 PROTOCOLOS Existen protocolos que poseen un excelente comportamiento cuando el retardo es pequeño (Redes Terrestres), responden mal cuando este retardo es mayor. Del mismo modo los protocolos tienen distintas respuestas frente al ruido. Esto explica el empleo de dos protocolos distintos para la parte terrestre de la red y para la parte radioeléctrica.

64 Stop & Wait (a): El receptor, después de transmitir una trama, espera hasta recibir un reconocimiento positivo (ACK). En caso de recibir un reconocimiento negativo (NACK) el receptor retransmitirá la trama. El receptor, después de transmitir una trama, espera hasta recibir un reconocimiento positivo (ACK). En caso de recibir un reconocimiento negativo (NACK) el receptor retransmitirá la trama. Go-back-N (b): El receptor transmite tramas secuencialmente sin esperar. Cuando recibe un reconocimiento negativo (NACK) empezará a retransmitir secuencialmente a partir de la trama no reconocida. El receptor transmite tramas secuencialmente sin esperar. Cuando recibe un reconocimiento negativo (NACK) empezará a retransmitir secuencialmente a partir de la trama no reconocida. Retransmisión selectiva (c): El receptor transmite tramas secuencialmente sin esperar. Cuando recibe un reconocimiento negativo (NACK), retransmitirá solamente la trama no reconocida. El receptor transmite tramas secuencialmente 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 identica a la de transmisión. 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 identica a la de transmisión.

65 METODOS DE ACCESO BÁSICOS FDMA: Acceso múltiple por división en el frecuencia. Se divide la banda de paso en subandas o canales que se asignan dinámicamente. Acceso múltiple por división en el frecuencia. Se divide la banda de paso en subandas 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 banda. Un inconveniente es que requiere sincronismo entre todos los terminales conectados a la red. Acceso múltiple por división en el tiempo. El tiempo se divide en slots que gastan la totalidad del ancho de banda. Un inconveniente es que requiere sincronismo entre todos los terminales conectados a la red.CDMA: Acceso múltiple por división de código. Se emplea la ténica del espectro ensanchado mediante la utilización de un código. Uno de los problemas principales de este sistema es el desperdicio de ancho de banda pero a cambio protege contra interferencias. Acceso múltiple por división de código. Se emplea la ténica del espectro ensanchado mediante la utilización de un código. Uno de los problemas principales de este sistema es el desperdicio de ancho de banda pero a cambio protege contra interferencias.

66 DESARROLLO Y UTILIZACIÓN FUTURA La permanencia y desarrollo de redes VSAT en el futuro será posible sólo si los servicios ofrecidos a los posibles clientes son más baratos que los mismo ofrecidos por sistemas terrestres. La evolución más probable se centra en los equipos electrónicos, más que en reducciones del tamaño de antenas o uso de bandas de frecuencias elevadas. El cambio se centra en la utilización de equipos digitales, lo que permite más flexibilidad y fáciles reconfiguraciones por software. La permanencia y desarrollo de redes VSAT en el futuro será posible sólo si los servicios ofrecidos a los posibles clientes son más baratos que los mismo ofrecidos por sistemas terrestres. La evolución más probable se centra en los equipos electrónicos, más que en reducciones del tamaño de antenas o uso de bandas de frecuencias elevadas. El cambio se centra en la utilización de equipos digitales, lo que permite más flexibilidad y fáciles reconfiguraciones por software.

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69 Multimedia Multimedia Servicios móviles Servicios móviles Satélites con procesador a bordo Satélites con procesador a bordo Uso de satélites no geoestacionarios Uso de satélites no geoestacionarios

70 Apuntamiento de la antena. Apuntamiento de la antena. Una vez instalado el equipo, la antena se debe apuntar hacia el satélite. Las fórmulas para el cálculo de los ángulos de azimut y elevación se pueden utilizar como primera aproximación.

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74 El Acimut (o azimut) es el ángulo horizontal al que hay que girar la antena, desde el polo Norte terrestre hasta encontrar el satélite. A veces se indica este ángulo con relación al polo Sur. El Acimut (o azimut) es el ángulo horizontal al que hay que girar la antena, desde el polo Norte terrestre hasta encontrar el satélite. A veces se indica este ángulo con relación al polo Sur.

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76 La Elevación es el ángulo al que hay que elevar la antena desde el horizonte para localizar el satélite en cuestión. La Elevación es el ángulo al que hay que elevar la antena desde el horizonte para localizar el satélite en cuestión. El desplazamiento de la polarización es el ángulo al que hay que girar el conversor de la antena para que la polarización horizontal y vertical incidan perfectamente en el conversor. En el caso de los satélites DBS, debido al uso de polarización circular, no es necesario este parámetro. El desplazamiento de la polarización es el ángulo al que hay que girar el conversor de la antena para que la polarización horizontal y vertical incidan perfectamente en el conversor. En el caso de los satélites DBS, debido al uso de polarización circular, no es necesario este parámetro.

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