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Comunicación por satélite

Para empezar la cuestión que cabe hacerse es: ¿por qué utilizar el satélite?, ¿no es suficientes con las redes convencionales usadas hasta el momento, como puede ser la RTC, cable…?, ¿nos aporta ventajas?, a groso modo, la respuesta sería la siguiente: La conexión a Internet vía satélite es el sistema ideal de acceso para aquellos lugares donde no llega el cable o la telefonía, por ejemplo en zonas rurales. Pero también en la misma ciudad constituye un sistema alternativo a los demás, por ejemplo para evitar cuellos de botella debido a la alta saturación a la que están sometidas las líneas convencionales y un ancho de banda muy limitado.

Tabla de contenidos

Enlaces ascendentes y descendentes

Las señales llegan al satélite desde la estación en tierra por lo que se llama "Haz ascendente" y se envían a la tierra desde el satélite por el "Haz descendente".

Para evitar interferencias entre los dos haces, las frecuencias de ambos son distintas. Las frecuencias del haz ascendente son mayores que las del haz descendente, debido a que a mayor frecuencia se produce mayor atenuación en el recorrido de la señal, y por tanto hay que transmitir con más potencia, y en la tierra se disponen de ella.

Para evitar que los canales próximos del haz descendente se interfieran entre sí, se utilizan polarizaciones distintas. En el interior del satélite, existe un bloque denominado Transceptores que tienen como misión recibir, cambiar y transmitir las frecuencias del satélite.

Equipo necesario

Para conectarse a Internet vía satélite necesitaremos los siguientes elementos:

Módem para satelite

En primer lugar destacar que existen dos tipos de módems para realizar la conexión por satélite en función de la conexión a Internet.

En el primer grupo conocido es el formado por los módems unidireccionales, (sat-módem) cuya característica principal es que solo puede recibir datos. Por otro lado encontramos los módems bidireccionales, (astromódem) el cual es capaz de recibir y enviar datos.

Un módem bidireccional, se diferencia de los módems unidireccionales (que sólo cuentan con un canal de entrada, también llamado directo o "foward" y son conocidos como DVB-IP), en que es bidireccional, como ya hemos dicho, (es decir, cuenta además con un Canal de Retorno, de subida o uplink, vía Satélite o DVB-RCS, Return Channel via Satellite).

En definitiva, con un sat-módem para enviar y recibir datos desde Internet necesitará además ocupar una conexión terrestre (telefónica, por cable...), mientras que con un astromódem no necesitará dicho tipo de conexión adicional, ya que es bidireccional.

Los módems bidireccionales han de ser de DVB-SAT DATA, ( DVB es lo que se conoce como encapsulación), con las siguientes características técnicas:

Modulación

QPSK (para recepción) y OQPSK (para transmisión): La técnica de modulación QPSK consiste en la formación de símbolos de dos bits, empleándose cuatro saltos de fase diferentes sobre la porteadora (señal analógica), por lo tanto se forman cuatro puntos en la constelación de la señal (diagrama en donde visualizamos los estados de la señal), equidistantes y con la misma amplitud.

Codificación

Encadenada Reed-Sololon y Viterbi FEC: Las siglas FEC significan: Forward Error Correction. Describen un a tecnica para enviar bits redundantes suficientes para reconocer la información afectada por errores y en ciertas instancias corregirla. Existe una gran cantidad de códigos del tipo FEC que permiten corregir errores. Una comparación entre ellos se fundamenta en la relación entre la redundancia (incremento de velocidad), reducción de BER (Bit Error Code), que en este caso será de ¡0 o mejor tanto en trasmisión como en recepción, y complejidad del hardware (número de compuertas necesarias), se dispone de las siguientes variantes:

FEC a bloques:

Las variantes más usadas son BCH y RS (ReedSolomon); para explicarlo, primero se ha de explicar la lo que es la distancia de Hamming, e denomina distancia Hamming entre dos códigos al número de símbolos en que se diferencian. La mínima distancia (dmin>2.t+1) donde t es el número de errores corregidos. Se denomina Código Cíclico a un FEC a bloques que utiliza un polinomio generador con un FSR (Feedback Shift Register).

Existen ciertas variantes del FEC a bloques los más usadas son:

El método, denominado decodificación de máxima probabilidad o algoritmo de Viterbi-1976 (Maximun Likelihood Metric o Minimun Distance Metric), consiste en computar a cada camino un peso consistente en el número de diferencias acumuladas.

El módem unidireccional tiene las mismas caracteristicas excepto de que no tiene la capacidad de transmitir por tanto no tiene modulacion para la transmisión.

Antena parabólica

En primer lugar mencionar que el diámetro de la antena parabólica esta en función de la zona de cobertura (huella o footprint) del satélite que nos de acceso a Internet.

Los tipos de antenas parabólicas más importantes son los siguientes:

Antena parabólica de foco primario

La superficie de la antena es un paraboloide de revolución, todas las ondas inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar al Foco. El Foco está centrado en el paraboloide. Tiene un rendimiento máximo del 60% aproximadamente, es decir, de toda la energía que llega a la superficie de la antena, el 60% llega al foco y se aprovecha, el resto no llega al foco y se pierde, se suelen ver de tamaño grande, aproximadamente de 1,5 m de diámetro.

Antena parabólica Offset

Este tipo de antena se obtiene recortando de grandes antenas parabólicas de forma esférica. Tienen el Foco desplazado hacia abajo, de tal forma que queda fuera de la superficie de la antena. Debido a esto, el rendimiento es algo mayor que en la de Foco primario, y llega a ser de un 70% o algo más. El diagrama de directividad tiene forma de óvalo, las ondas que llegan a la antena, se reflejan, algunas se dirigen al foco, y el resto se pierde.

Antena parabólica Cassegrain

Es similar a la de Foco Primario, sólo que tiene dos reflectores; el mayor apunta al lugar de recepción, y las ondas al chocar, se reflejan y van al Foco donde está el reflector menor; al chocar las ondas, van al Foco último, donde estará colocado el detector. Se suelen utilizar en antenas muy grandes, donde es difícil llegar al Foco para el mantenimiento de la antena.

Antenas planas

Se están utilizando mucho actualmente para la recepción de los satélites de alta potencia (DBS), como el Hispasat. Este tipo de antena no requiere apuntar tan precisamente al satélite, aunque lógicamente hay que orientarlas hacia el satélite determinado.

Alimentador o iluminador (feed)

El alimentador se encarga de recoger las microondas concentradas en el foco de la parábola y pasarlas al elemento siguiente. El alimentador nos permite recibir todas las polaridades que llegan a la antena, las cuales serán separadas más adelante. Para separar las dos polaridades más usuales(polarización lineal, vertical y horizontal) hay dos tipos de dispositivos, uno para instalaciones de vecinos: ortomodo , y otro para instalaciones unifamiliares: polarrotor

Polarrotor: Permite la recepción de las dos polaridades utilizando un solo conversor LNB. Su funcionamiento se basa en el giro de 90º de una sonda situada en su interior. Como se pierde los canales de la otra polaridad no puede utilizarse en instalaciones colectivas.

Ortomodo: Permite la recepción simultánea de señales con polarización vertical y horizontal mediante la utilización de un repartidor de guías de onda en el que una de las guías se gira 90º . A él se tendrá que conectar dos conversores LNB, uno para cada polarización.

Conversor LNB (Conversor en bloque de baja figura de ruido) y HPA

La señal del haz descendente, que se refleja en la superficie de la antena parabólica, orientada al satélite determinado, concentra toda su energía en el Foco, y a través del iluminador situado en dicho punto, se introduce la señal en el amplificador previo.

La señal captada por la antena es muy débil, por la gran atenuación que sufre en el espacio desde el satélite hasta el punto de recepción y, además, por tener una frecuencia muy elevada, debe ser cambiada para evitar al receptor (sintonizador de satélite) a una frecuencia mucho más baja que se propague por el cable coaxial sin una gran atenuación. El dispositivo encargado de ello se denomina Conversor y al ser de bajo nivel de ruido se denomina conversor de bajo nivel de ruido o LNC, que unido a un amplificador de bajo nivel de ruido o LNA y a un oscilador local, forma lo que se llama LNB (Low Noise Block) o bloque de Bajo nivel de Ruido, que comúnmente se denomina Conversor LNB.

 LNB = LNA + Up/Down Converter

Los LNB han de ser Universales o Digitales, para poder recibir todo el ancho de banda, desde 10,7 a 12,75 GHz, conocida como banda Ku.

La alimentación del conversor se realiza a través del propio cable de señal con sus correspondientes filtros de baja frecuencia en 15 ó 20V de tensión continua.

Al Amplificador de Alta Potencia (HPA, High Power Amplifier) tambien se le conoce como Transmisor o Transceptor (Transceiver) ya que está en la parte Transmisora, existen varias versiones de HPAs, dependiendo de la potencia radiada y de otros factores. Los hay de estado sólido, los SSPA (Solid State Power Amplifier) o SSHPA, los hay analógicos de de Tubos de Vacio, los TWTs (Travelling Wave Tube), los KPA (Klystron Power Amplifiers) . Los SSPAs generalmente se usan para potencias bajas, los TWTs y los Klystron se utilizan para potencias muy altas.

Cable

El cable que conecta la antena con la unidad interior de sintonía (tarjeta módem) ha de ser de buenas características, es decir, poca atenuación en el margen de frecuencias utilizado, los fabricantes disponen de varios modelos de este tipo de cable para poder utilizar en la instalación, sin embargo algunos instaladores utilizan el cable normal de TV con el consiguiente aumento de la atenuación y una posible pérdida de calidad de imagen si hay muchos metros de cable, el cable mas usual en esta conexión y más usado es el cable coaxial apantallado de 75 ohmios.

Cable coaxial : Consiste en un cable conductor interno ( cilíndrico ) separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable.

Este cable, aunque es más caro que el par trenzado, se puede utilizar a más larga distancia, con velocidades de transmisión superiores, menos interferencias y permite conectar más estaciones.

Se suele utilizar para televisión, telefonía a larga distancia, redes de área local, conexión de periféricos a corta distancia, etc. Se utiliza para transmitir señales analógicas o digitales. Sus inconvenientes principales son: atenuación, ruido térmico, ruido de inter modulación.

Para señales analógicas, se necesita un amplificador cada pocos kilómetros y para señales digitales un repetidor cada kilómetro. Este cable lo compone la maya y el vivo. Este tipo de cable ofrece una impedancia de 50 por metro. El tipo de conector es el RG58.

Existen básicamente dos tipos de cable coaxial.

Banda Base: Es el normalmente empleado en redes de computadoras, con resistencia de 50 Ω (Ohm) , por el que fluyen señales digitales .

Banda Ancha: 75  (Ohm) Normalmente mueve señales analógica, posibilitando la transmisión de gran cantidad de información por varias frecuencias , y su uso mas común es la televisión por cable. Esto ha permitido que muchos usuarios de Internet tengan un nuevo tipo de acceso a la red, para lo cual existe en el mercado una gran cantidad de dispositivos, incluyendo también módem para CATV, y como ya hemos dicho, es el usado en nuestro caso.

Módem convencional con acceso a Internet

También conocido como módem telefónico. Se requerirá cuando la conexión sea del tipo unidireccional y su función es la de enviar los datos al servidor.

DBS (Direct Broadcast Satellite)

DBS es aquel servicio que distribuye una señal de video, audio o datos sobre una zona amplia utilizando como receptores terminales de pequeño diámetro y como transmisores suelen ser utilizados satélites debido a que su posición espacial les permite abarcar una extensa zona de cobertura, los satélites de alta potencia DBS (Direct Broadcasting Satellite) tienen una Ps>100w.

Bandas de frecuencias utilizadas en la comunicaión satelital

Banda P 200-400 MHz
Banda L 1530-2700 MHz
Banda S 2700-3500 MHz
Banda C 3700-4200 MHz
 4400-4700 MHz
 5725-6425 MHz
Banda X 7900-8400 MHz
Banda Ku1 10.7-11.75 GHz (Banda PSS)
Banda Ku2 11.75-12.5 GHz (Banda DBS)
Banda Ku3 12.5-12.75 GHz (Banda Telecom)
Banda Ka 17.7-21.2 GHz
Banda K 27.5-31.0 GHz

"1 MHz= 1,000,000 Hz

1 GHz= 1,000 MHz = 1,000,000,000 Hz"

Métodos de acceso múltiple

Múltiple acceso esta definido como una técnica donde más de un par de estaciones terrenas pueden simultáneamente usar un transponder del satélite.

La mayoría de las aplicaciones de comunicaciones por satélite involucran un número grande de estaciones terrenas comunicándose una con la otra a través de un canal satelital (de voz, datos o video). El concepto de múltiple acceso involucra sistemas que hacen posible que múltiples estaciones terrenas interconecten sus enlaces de comunicaciones a través de un simple transponder. Esas portadoras pueden ser moduladas por canales simples o múltiples que incluyen señales de voz, datos o video. Existen muchas implementaciones específicas de sistemas de múltiple acceso, pero existen solo tres tipos de sistemas fundamentales:

Frecuency-division multiple access (FDMA)

Acceso múltiple por división de frecuencias. Este tipo de sistemas canalizan el transpondedor usando múltiples portadoras, donde a cada portadora le asigna un par de frecuencias. El ancho de banda total utilizado dependerá del número total de portadoras. Existen dos variantes de esta técnica: SCPC (Single Channel Per Carrier) y MCPC (Multiple Channel Per Carrier).

Time-division multiple access (TDMA)

El Acceso múltiple por división de tiempo esta caracterizado por el uso de ranuras de tiempo asignadas a cada portadora. Existen otras variantes a este método, el más conocido es DAMA (Demand Access Multiple Access, el cual asigna ranuras de tiempo de acuerdo a la demanda del canal.Una de las ventajas del TDMA con respecto a los otros es que optimiza del ancho de banda.

Code-division multiple access (CDMA)

El Acceso múltiple por división de código mejor conocido como Spread Spectrum (Espectro esparcido) es una técnica de modulación que convierten la señal en banda base en una señal modulada con un espectro de ancho de banda que cubre o se esparce sobre una banda de magnitud mas grande que la que normalmente se necesita para transmitir la señal en banda base por si misma. Es una técnica muy robusta en contra de la interferencia en el espectro común de radio y ha sido usado muy ampliamente en aplicaciones militares. Esta técnica se aplica en comunicaciones vía satélite particularmente para transmisión de datos a bajas velocidades.

Tipos de conexión

Como ya hemos mencionado antes cuando hablamos de los módems existen dos tipos de conexión:

- Conexión unidireccional: como solo podemos recibir datos mediante el satélite necesitamos un módem convencional para enviar los datos al ISP, a continuación la información requerida nos será enviada a través del satélite, en la siguiente imagen se ve como funciona este sistema.

- Conexión bidireccional : En esta conexión si es posible realizar tanto el envío como la recepción de datos a través del satélite, en la siguiente imagen se ve el funcionamiento de este método.

Fibra óptica vs. Comunicación por satélite

Ventajas de la fibra óptica

Ventajas vía satélite

Desventajas de la fibra óptica

Desventajas vía satélite

Véase también

Enlaces externos




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