INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
CECyT NO. 3
ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ
CECyT NO. 3
ESTANISLAO RAMIREZ RUIZ
REDES DIGITALES
GRUPO 6IM6
PARA EMPEZAR EN ESTO DE LAS TELECOMUNICACIONES CON SATELITES UNA PEQUEÑA INTRODUCCION MEDIANTE UN VIDEO
HISTORIA DE LOS SATELITES
En 1960, el Echo 1 se convirtió en el primer
satélite de comunicaciones pasivas. Se trataba de un
enorme globo de dos metros y medio que al ser posicionado en la
órbita terrestre baja, reflectaba las señales
que recibía, enviándolas de vuelta a la Tierra.
El satélite retransmisor Telstar, fue lanzado en 1962,
convirtiéndose en el primer satélite que
retransmitió imágenes en vivo a todo el mundo, con
motivo de la ceremonia de apertura de los Juegos Olímpicos
de Tokio de 1964.
En 1965 fue lanzado el Intelsat 1, también conocido
como "Early Bird". Fue el primer satélite de
comunicaciones comercial. Posicionado sobre el Atlántico,
el Early Bird transmitió señales de television bi-direccionales entre europa y
Norteamérica por primera vez.
FUNCIONAMIENTO DEL SATELITE
En un satélite de comunicaciones hay que diferenciar dos grupos de sistemas específicos: el módulo de servicio, que comprende todos los elementos del satélite en órbita; y el modulo de telecomunicaciones, que agrupa todos los elementos necesarios para la recepción y posterior transmisión de las señales (televisión, radio, etc.). Cabe destacar los siguientes elementos:
Módulo de servicio
Sistema de propulsión. Es un motor cohete que coloca al satélite en su órbita una vez ha finalizado la última fase de su lanzamiento al espacio. Está generalmente propulsado por hidracina, consistente en una mezcla de nitrógeno e hidrógeno que tiene la propiedad de un bajo punto de fusión (unos 2º C).
Detalle de un propulsor acelerador de iones
Los sistemas de
propulsión de los satélites constituyen un campo de investigación
abierto. Se han conseguido desarrollar varios tipos de propulsión, cada
cual con sus inconvenientes y ventajas. Un sistema moderno es el
propulsor eléctrico, que puede adoptar diferentes modalidades:
termoeléctrico, electrostático o acelerador de iones, electromagnético o
acelerador de plasma, etc. En todos ellos se utiliza como propulsante
algún tipo de gas, como argón, xenon y otros, que es manipulado
eléctricamente para conseguir el empuje.
Sistema de estabilización. Es
un conjunto de pequeños cohetes que permiten realizar ajustes muy finos
en la orientación del satélite, por ejemplo para asegurar que la antena
transceptora (transmisora y receptora) enfoque correctamente al área de
la tierra que se desea cubrir.
Depósito de combustible. Permite
almacenar el combustible suficiente (habitualmente hidracina) para el
funcionamiento durante toda la vida de servicio operativo del satélite.
En los satélites que se dotan de energía nuclear, suelen incorporar una
pequeña central de fisión de uranio 235.
Paneles de células solares. Son
un conjunto de células fotovoltaicas que generan electricidad por medio
de la energía solar, permitiendo alimentar todos los equipos y sistemas
electrónicos, como los de comunicaciones, motores eléctricos, etc.
Sistema de orientación de los paneles. Son un conjunto de motores eléctricos y servomecanismos que permiten la orientación de los paneles de células solares, con el objetivo de obtener la mayor superficie y nivel de insolación, y consecuentemente la mayor energía en todo momento.
Módulo de telecomunicaciones
Antena receptora. Al
igual que la antena transmisora y los paneles solares, la antena
receptora es un elemento perfectamente identificable en el exterior del
satélite. Ambas antenas suelen tener forma parabólica; la receptora es
la encargada de captar las señales procedentes de la estación terrestre.
Receptor-conversor. Es
un receptor de bajo nivel de ruido y conversor de frecuencia, que toma
las altas frecuencias recibidas por la antena receptora, las amplifica y
las convierte en señales de frecuencia más baja.
Sistema multiplexor de entrada. Es
un conjunto de elementos pasivos dispuestos en forma de guía de ondas,
cuya misión es descomponer (discriminar) todo el grupo de señales
entrantes en canales individuales, para su posterior aplicación a la
entrada respectiva de cada una de las etapas amplificadoras.
Amplificador de canal. Proporciona
el nivel óptimo de señal antes de ser aplicada a la etapa amplificadora
de potencia. Incorpora un atenuador variable ajustable desde tierra
mediante telecomando, para adecuarlo al punto de trabajo del repetidor.
Multiplexor de salida. Su
misión es justamente la inversa a la del multiplexor de entrada, pues
debe reunir todas las señales procedentes de los diferentes canales y
aplicarlas en grupo a la antena de transmisión. Está formado por
elementos pasivos en forma de guía de ondas dispuestos en una única
unidad compacta.
Etapa de potencia. Consiste
en un amplificador de ondas progresivas de alta potencia, y de los
elementos encargados de suministrar a sus electrodos la energía
eléctrica necesaria. En el caso de una emisión de televisión, la
potencia total del satélite está condicionada por el diseño de esta
unidad, que determinará la calidad de la señal de recepción en los
aparatos terrestres.
Antena transmisora. Consiste
en una antena parabólica u offset, encargada de radiar a la tierra
todas las señales de los diferentes canales de comunicaciones. Su diseño
es de gran rendimiento y se orienta a uno o más puntos de la tierra en
donde está situada la estación terrestre para evitar la interferencia
entre los haces ascendente y descendente. El
conjunto ya descrito de receptor-conversor-transmisor de un satélite de
comunicaciones recibe la denominación inglesa de "transponder", un
término muy utilizado siempre que se tratan las características de un
satélite de comunicaciones.
Conjunto de baterías. Está
formado por baterías habitualmente de Niquel-Cadmio o litio de gran
rendimiento por unidad de peso, que suministran la energía almacenada
para el funcionamiento de los sistemas eléctricos y electrónicos cuando
el satélite se encuentra en una zona de eclipse. La duración de estas
baterías a un régimen normal de funcionamiento garantiza una vida útil
mínima de 10 años.
Equipos redundantes Un
satélite no puede ser reparado en órbita, salvo capturándolo mediante
una lanzadera espacial, lo cual puede constituir una operación
extremadamente cara y técnicamente laboriosa. Por ello, los satélites
son construidos redundando todos aquellos sistemas más críticos,
duplicándolos e incluso triplicándolos. Éstos pueden ser alternados,
activados y desactivados desde tierra mediante órdenes de telecomando. Si
una parte esencial del sistema queda inoperativo por una avería, se
enviaría una orden telecomandada que activaría el sistema redundante y
desactivaría el averiado, permitiendo así mantener los servicios en
funcionamiento
Existe una altura para la cual el periodo orbital del satélite coincide exactamente con el de rotación de la Tierra.
Esta altura es de 35.786,04 kilómetros. La órbita correspondiente se
conoce como el cinturón de Clarke, ya que fue el famoso escritor de
ciencia ficción Arthur C. Clarke
el primero en sugerir esta idea en el año 1945. Vistos desde la Tierra,
los satélites que giran en esta órbita parecen estar inmóviles en el
cielo, por lo que se les llama satélites geoestacionarios. Esto
tiene dos ventajas importantes para las comunicaciones: permite el uso
de antenas fijas, pues su orientación no cambia y asegura el contacto
permanente con el satélite.
Los satélites comerciales funcionan en tres bandas de frecuencias,
llamadas C, Ku y Ka. La gran mayoría de emisiones de televisión por
satélite se realizan en la banda Ku
| Banda | Frecuencia ascendente (GHz) | Frecuencia descendente (GHz) | Problemas |
|---|---|---|---|
| C | 5,925 - 6,425 | 3,7 - 4,2 | Interferencia Terrestre |
| Ku | 14,0 - 14,5 | 11,7 - 12,2 | Lluvia |
| Ka | 27,5 - 30,5 | 17,7 - 21,7 | Lluvia |
No es conveniente poner muy próximos en la órbita geoestacionaria dos
satélites que funcionen en la misma banda de frecuencias, ya que pueden
interferirse. En la banda C la distancia mínima es de dos grados, en la
Ku y la Ka de un grado. Esto limita en la práctica el número total de
satélites que puede haber en toda la órbita geoestacionaria a 180 en la
banda C y a 360 en las bandas Ku y Ka. La distribución de bandas y
espacio en la órbita geoestacionaria se realiza mediante acuerdos
internacionales.
Los satélites de
comunicaciones, dependiendo de su función, pueden ser bidireccionales, o
limitarse a retransmitir las señales recibidas. Así, las señales de
telefonía o tetecomunicación, precisan tener caminos de ida y vuelta
para que los interlocutores puedan comunicarse en ambos sentidos. Este
sistema necesita habitualmente de estaciones terrestres para procesar
tanto el haz ascendente como el descendente; son las encargadas de
recoger y reenviar las señales procedentes de los centros de
telecomunicaciones que enlazan con los usuarios.
Por su parte, los satélites
que emiten señales de radiodifusión, Tv, u otras de caracter
unidireccional, utilizan estaciones transmisoras terrestres (que son las
que tienen la infraestructura de telecomunicaciones para acceder al
satélite) para recoger y reenviar las señales de las
distintas productoras de programas.
Estas señales,
tras su multiplexación por la estación terrestre, son canalizadas hacia
el satélite por medio del haz ascendente, y transmitidas de nuevo a
determinada área de la tierra a través del haz descendente, para se
captadas por los receptores de los usuarios.
En cualquier
caso, un mismo satélite puede estar técnicamente dotado para realizar
ambas funciones, la bidireccional para telecomunicaciones, y
unidireccional para emisiones en un solo sentido. Dado
que el haz que desciende no cae de forma perpendicular, la proyección
del satélite se realiza de forma elíptica, al igual que sucede si
proyectamos la luz de una linterna sobre una superficie esférica.
Consecuentemente, en la zona central del foco iluminada por el satélite
se recibe la mayor intensidad de señal, mientras que ésta se va
atenuando progresivamente conforme nos alejamos hacia los extremos. Para
evitar que los haces que agrupan los diferentes canales ascendentes y
descendentes se interfieran entre sí por proximidad, ambos haces se
emiten con polaridad y bandas de frecuencia diferentes.
EL LANZAMIENTO La
elevada órbita de un satélite geoestacionario requiere de un sistema
escalonado para situarlo en ella. Los lanzadores habituales para
llevarlo a su órbita suelen ser transbordadores o cohetes tipo Ariane. En
dos primeras fases el lanzador lo lleva hasta una órbita baja, y una
tercera fase le sitúa en la órbita elíptica más alta antes de separarse
del satélite. Desde aquí, en el apogeo de la órbita, se enciende el
motor del satélite que le transportará hasta una órbita circular
sincrónica.
Para que el satélite quede
situado definitivamente en el lugar previsto, se realizan ajustes
mediante breves encendidos del motor de propulsión del propio satélite, y
de los motores de control de orientación. En esta situación, el
satélite ya puede desplegar los paneles de células solares y comenzar su
vida operativa, que será controlada permanentemente por la estación de
mando en tierra.
La estación terrestre utiliza
sistemas de telemetría para conocer en todo momento si el satélite se
desvía de su posición correcta. Si ocurriera una deriva, se realizan
entonces correcciones mediante señales de control a los motores de
orientación. A su vez, el satélite envía señales a la estación terrestre
con información sobre el estado operativo de todos los sistemas
importantes, de tal manera que en caso de fallo o funcionamiento
defectuoso de alguno de ellos se puede ordenar a un sistema redundante
que lo sustituya.
El control es
permanente durante todo el periodo de vida operativa del satélite, el
cual está limitado fundamentalmente más por el combustible que por el
uso de las baterías eléctricas y paneles solares, pero que no suele ser
inferior a 10 años. Pasado
el tiempo de vida útil, un nuevo satélite es puesto en órbita para
ocupar su lugar y asegurar así que los servicios de telecomunicaciones
se mantienen ininterrumpidamente.
Durante el
reemplazo existe una fase de transición en la cual el viejo satélite se
le sitúa normalmente en una órbita llamada "inclinada", que consiste en
darle un ligero ángulo en dirección norte-sur. En ese momento el viejo
satélite aún puede seguir operando en condiciones normales, pero permite
que el nuevo vaya ocupando su lugar y entrando en operatividad.
Cuando el nuevo
satélite ha sustituido al viejo y tomado las riendas, se apaga en éste
definitivamente el módulo de telecomunicaciones y se utiliza el módulo
de servicio para llevarlo a una órbita alejada llamada "órbita
cementerio" o, en algunos casos, a una reentrada en la atmósfera para su
caída a la tierra en un lugar donde no constituya un riesgo para
personas o cosas. El Tecnotrón.
Las comunicaciones vía satélite tienen algunas características singulares. En primer lugar está el retardo que introduce la transmisión de la señal a tan grandes distancias. Con 36.000 km de altura orbital, la señal ha de viajar como mínimo 72.000 km, lo cual supone un retardo de 240 milisegundos, sólo en la transmisión; en la práctica el retardo es de 250 a 300 milisegundos según la posición relativa del emisor, el receptor y el satélite. En una comunicación VSAT-VSAT los tiempos se duplican debido a la necesidad de pasar por el hub. A título comparativo en una comunicación terrestre por fibra óptica, a 10.000 km de distancia, el retardo puede suponer 50 milisegundos (la velocidad de las ondas electromagnéticas en el aire o en el vacío es de unos 300.000 km/s, mientras que en el vidrio o en el cobre es de unos 200.000). En algunos casos estos retardos pueden suponer un serio inconveniente o degradar de forma apreciable el rendimiento si el protocolo no está preparado para este tipo de redes.
Las comunicaciones vía satélite tienen algunas características singulares. En primer lugar está el retardo que introduce la transmisión de la señal a tan grandes distancias. Con 36.000 km de altura orbital, la señal ha de viajar como mínimo 72.000 km, lo cual supone un retardo de 240 milisegundos, sólo en la transmisión; en la práctica el retardo es de 250 a 300 milisegundos según la posición relativa del emisor, el receptor y el satélite. En una comunicación VSAT-VSAT los tiempos se duplican debido a la necesidad de pasar por el hub. A título comparativo en una comunicación terrestre por fibra óptica, a 10.000 km de distancia, el retardo puede suponer 50 milisegundos (la velocidad de las ondas electromagnéticas en el aire o en el vacío es de unos 300.000 km/s, mientras que en el vidrio o en el cobre es de unos 200.000). En algunos casos estos retardos pueden suponer un serio inconveniente o degradar de forma apreciable el rendimiento si el protocolo no está preparado para este tipo de redes.
En cuanto a los fenómenos que dificultan las comunicaciones vía satélite, se han de incluir también el movimiento aparente en ocho de los satélites de la órbita geoestacionaria debido a los balanceos de la Tierra en su rotación, los eclipses de Sol en los que la Luna impide que el satélite pueda cargar las baterías y los tránsitos solares, en los que el Sol interfiere las comunicaciones del satélite al encontrarse éste entre el Sol y la Tierra.
Otra característica singular de los satélites es que sus emisiones son broadcast de manera natural. Tiene el mismo coste enviar una señal a una estación que enviarla a todas las estaciones que se encuentren dentro de la huella del satélite. Para algunas aplicaciones esto puede resultar muy interesante, mientras que para otras, donde la seguridad es importante, es un inconveniente, ya que todas las transmisiones han de ser cifradas. Cuando varios ordenadores se comunican a través de un satélite (como en el caso de estaciones VSAT) los problemas de utilización del canal común de comunicación que se presentan son similares a los de una red local.
El coste de una transmisión vía satélite es independiente de la
distancia, siempre que las dos estaciones se encuentren dentro de la
zona de cobertura del mismo satélite. Además, no hay necesidad de hacer
infraestructuras terrestres, y el equipamiento necesario es
relativamente reducido, por lo que son especialmente adecuados para
enlazar instalaciones provisionales que tengan una movilidad relativa, o
que se encuentren en zonas donde la infraestructura de comunicaciones
está poco desarrollada.
Recientemente se han puesto en marcha servicios de transmisión de
datos vía satélite basados en el sistema de transmisión de la televisión
digital, lo cual permite hacer uso de componentes estándar de bajo
coste. Además de poder utilizarse de forma full-duplex
como cualquier comunicación convencional vía satélite, es posible
realizar una comunicación simple en la que los datos sólo se transmiten
de la red al usuario, y para el camino de vuelta, éste utiliza la red
telefónica (vía módem o RDSI).
De esta forma la comunicación
red->usuario se realiza a alta velocidad (típicamente 400-500
kbit/s), con lo que se obtiene una comunicación asimétrica. El usuario
evita así instalar el costoso equipo transmisor de datos hacia el
satélite. Este servicio está operativo en Europa desde 1997 a través de
los satélites Astra y Eutelsat, y es ofrecido por algunos proveedores de servicios de Internet.
La instalación receptora es de bajo coste, existen tarjetas para PC que
permiten enchufar directamente el cable de la antena, que puede ser la
misma antena utilizada para ver la televisión vía satélite.
CONCLUSIONES
Los enlaces vía satélite permiten
establecer conexión entre dos o más puntos situados en la tierra,
utilizando un satélite en el espacio como sistema repetidor. Con el fin
de ampliar los horizontes en las telecomunicaciones a cualquier rincón
del mundo y sobre todo con el fin de llegar a cuantos más usuarios
mejor, por muy recóndito que sea el lugar, existe una tendencia a la
utilización de terminales con antenas parabólicas de tamaño reducido
(VSAT) para el intercambio de información vía satélite punto a punto o
punto a multipunto (broadcasting). La ventaja de una estación terrestre
de VSAT sobre una conexión de red terrestre típica, es que las VSAT no
están limitadas por el alcance del cableado subterráneo. Una estación
terrestre de VSAT puede instalarse en cualquier parte, sólo requiere ser
vista por el satélite.
Existe otro tipo de ventajas
relacionadas con el bajo costo de operación, la mayor facilidad de
expansión de la red y sobre todo,
la instalación en lugares donde es difícil llegar con
instalaciones de cable.
y un video con un resumen de todo
y un video con un resumen de todo
