REDES VSAT GEBERT LEÓN RODRÍGUEZ OSWALDO ZÚÑIGA CÁRDENAS CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

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1 REDES VSAT GEBERT LEÓN RODRÍGUEZ OSWALDO ZÚÑIGA CÁRDENAS CORPORACIÓN UNIVERSITARIA TECNOLÓGICA DE BOLÍVAR FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA ÁREA DE COMUNICACIONES CARTAGENA DE INDIA 2003

2 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

3 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

4 Autorización Cartagena de Indias, D.T.C.H. Noviembre 26 de 2003 Yo GEBERT LEON RODRIGUEZ, identificado con numero de cedula 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 de Cartagena

5 Autorización Cartagena de Indias, D.T.C.H. Noviembre 26 de 2003 Yo OSWALDO ZUÑIGA CARDENAS, identificado con numero de cedula 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 de Cartagena

6 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 C.C de Cartagena GEBERT LEON RODRIGUEZ C.C de Cartagena

7 Nota de Aceptación Presidente del Jurado Jurado Jurado Cartagena 26 de Noviembre de 2003

8 CONTENIDO Pág. INTRODUCCIÓN RESEÑA HISTÓRICA Y EVOLUCIÓN RESEÑA HISTÓRICA EVOLUCIÓN CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE SATELITE REDES VSAT QUÉ ES VSAT CARACTERÍSTICAS DE VSAT ELEMENTOS DE UNA RED VSAT ESTACIÓN HUB Opciones del hub Componentes del hub SEGMENTO ESPACIAL Transpondedor del satélite Bandas de frecuencias específicas para aplicaciones VSAT ESTACIONES TERRENAS DE REDES PARÁMETROS TÍPICOS DE EQUIPOS PARA VSAT Y HUB FUNCIONAMIENTO VSAT VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA RED VSAT...53

9 5.1.1 Ventajas Desventajas TOPOLOGÍA Y ARQUITECTURA DE UNA RED VSAT TOPOLOGÍA Red en estrella Red en malla ARQUITECTURA ESTRUCTURA DEL FLUJO DE INFORMACIÓN EN LA RED COMPORTAMIENTO DE LOS PROTOCOLOS TÉCNICAS DE ACCESO MÚLTIPLE Acceso múltiple por asignación fija Acceso múltiple con asignación por demanda MÉTODOS DE ACCESO POR DIVISIÓN EN EL TIEMPO ALEATORIOS (ALOHA) ALGORITMOS DE CONTROL DE LAS RETRANSMISIONES ANÁLISIS DE ENLACE VSAT ANÁLISIS DEL ENLACE DE SUBIDA ANÁLISIS DEL ENLACE DE BAJADA INTERFERENCIAS APLICACIONES Y SOLUCIONES DE ÚLTIMA MILLA DE LAS REDES VSAT APLICACIONES CIVILES APLICACIONES MILITARES APLICACIÓN DE VSAT EN COLOMBIA...93

10 8.4 NUEVOS SERVICIOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS...112

11 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

12 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 Figura 33. Conexión de una red Local...102

13 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

14 LISTA DE ANEXOS Pág. Anexo A. Calculo de enlace para un sistema satelital Anexo B. EQUIPOS

15 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.

16 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 sustraerse 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.

17 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.

18 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.

19 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

20 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. 21

21 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. 22

22 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 23

23 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 24

24 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. 25

25 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 órbita 1, 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. 26

26 GEO: Abreviatura de Órbita Terrestre Geosíncrona. Los satélites GEO orbitan a 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 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 27

27 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 señales 2, 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. 28

28 Tabla 1. Frecuencias y enlaces satelitales. BANDA FRECUENCIAS ENLACE ENLACE PROBLEMAS DESCENDENTE ASCENDENTE (GHZ) (GHZ) C 4/ Interferencia terrestre Ku 11/ Lluvia Ka 20/ 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 y 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 29

29 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 kilómetros, y la mayoría de ellos se encuentran mucho más abajo, entre los 500 y los 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 banda 3. 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. 30

30 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: 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. Transpondedor regenerativo: La señal digital que llega al satélite sufre el mismo proceso que un repetidor regenerativo. La señal es procesada y 31

31 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. 32

32 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 33

33 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 VSAT 4. 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

34 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. 35

35 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 sistema 5. 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

36 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 37

37 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: 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. 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. 38

38 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 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 39

39 (NMS). El NMS es un computador o estación de trabajo que realiza diversas tareas como: Configurar la red (puede desearse funcionar como una red de broadcast, estrella o malla). Control y alarma. Monitorización del tráfico. Control de los terminales. Habilitación y deshabilitación de terminales existentes Inclusión de nuevos terminales. Actualización del software de red de los terminales. Tareas administrativas. Inventario de los terminales. Mantenimiento. 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 usuarios 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

40 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 instalación de redes VSAT se usan: Satélites geoestacionarios. Bandas de frecuencias especificas para aplicaciones VSAT. 41

41 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 salida 7 la Figura 9. Muestra un diagrama de bloques simplificado de un transponder satelital. Figura 9. Transpondedor del Satélite Traslator de frecuencia BPF Amplificador De bajo ruido LNA RF Mezclador RF BPF Amplificador de Baja potencia TWT RF Oscilador de Desplazamiento MW de 2GHz 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. 42

42 Conviene destacar que es posible asignar anchos de banda diferentes a los OUTBOUND y INBOUND con lo que se establecen enlaces asimétricos 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. 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. Sistemas militares usan banda X, 8GHz para uplink y 7GHz donwlink. Sistemas experimentales usan banda Ka, 14GHz para el uplink y 12GHz para el donwlink. 43

43 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 44

44 Bandas de frecuencias: El plan de frecuencia ha sido establecido por la ITU. Se ha establecido que se usen las bandas de frecuencia: Banda C o banda Ku para aplicaciones civiles. Banda X para aplicaciones militares. Banda Ka para sistemas experimentales. 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 utilizar

45 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: Banda C Banda Ku Ventajas Disponibilidad mundial Tecnología barata Robustez contra atenuación por lluvia 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) Desventajas 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). Hay regiones donde no esta disponible. Más sensible a las atenuaciones por lluvia. Tecnología más cara. 46

46 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. 47

47 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 GHz. en banda Ku GHz en banda C GHz. en banda Ku GHz en banda C Banda de frecuencias para recepción GHz. en banda Ku GHz. en banda Ku GHz en banda C GHz en banda C 48

48 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 m en banda C m en banda Ku Aislamiento Tx/Rx 30dB 35dB Relación de onda estacionaria <1.25 <1.3 Polarizacion Lineal ortogonal en banda Ku Lineal ortogonal en banda Ku Circular ortogonal en banda C Circular ortogonal en banda C Ajuste de polarizacion 90º grados para polarización lineal 90º grados para polarizacion lineal Nivel de lóbulo secundario db 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: W en banda Ku W 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 49

49 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 VSAT 9. 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

50 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 51

51 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 52

52 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 funcionales 10 : 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 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

53 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 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. 54

54 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 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 55

55 videoconferencia, pero también existen aplicaciones insensibles a el como la actualización de software, , 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. 56

56 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 utilizarse "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 topologías 11. Según la existencia o no de hub las topologías típicas para una red VSAT son: 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 57

57 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 58

58 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) 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). 59

59 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 60

60 REDES PUNTO A PUNTO Multiplexores TDM/FDM (multiplexación por división en el tiempo y multiplexación por división en frecuencia) y concentradores / multiplexores estadísticos 12 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 redes 13. 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 61

61 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. 62

62 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 63

63 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. 64

64 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 banda 14. Un inconveniente es que requiere sincronismo entre todos los terminales conectados a la red. 14 ALBERTO LEON GARCIA. Redes De Comunicaciones. 65

65 CDMA. Acceso múltiple por división de código. Se emplea la técnica del espectro ensanchado mediante la utilización de un código 15. 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 pseudoaleatorio, en lugar de una frecuencia, ya que todas las portadoras usan la misma frecuencia central 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. 66

66 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. 67

67 Llamada bloqueada: puede ocurrir en el terminal de usuario cuando todas las conexiones del VSAT al que esté asignado estén ocupadas 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 68

68 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. 69

69 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 eficiencia 16. 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 70

70 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. 71

71 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: C N o U = C N U ou (Hz) Donde C U = Es el nivel de portadora a la entrada del transpondedor del satélite N ou = kt U (W/Hz) es la D.E.P. de ruido referida a T U. 72

72 (T a 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: C N o U = C N o Usat Donde C N o Usat = Φ sat 1 2 4π G A T SL 1 k (Hz) G T SL = Figura de merito del equipo receptor del satélite. Φ sat = Densidad de potencia total (W/m 2 ) 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 es 17 : 17 WAYNE TOMASI. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. 73

73 C N o U ( θ ) PT GT T G = 2 4πR T LA A SL 1 k 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: ( θ ) PIRE ES PT GT T Φ = = θ 2 2 T = Ángulo de desapuntamiento 4πR 4πR Existe una relación estrecha entre el IBO (Input Back-Off) y la densidad de potencia radiada, dada por: Φ IBO = Es el Input Back Off del transpondedor, Φ sat Φ = Es la densidad de potencia (W/m 2 ) a la entrada del satélite a una portadora Φ sat = Es la densidad de potencia total (W/m 2 ) 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 74

74 portadoras que llegan al transpondedor del satélite, todas han de ser tenidas en cuenta y el IBO resultante es el siguiente: IBO i = = Input Back Off total del transpondedor. Φ Φ Jot Φ = Densidad de potencia (W/m 2 ) 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: PIRE es T T ( θ ) = P G (W) Donde T P P T = L TX rtx Puede resultar curioso el hecho de que tengamos en cuenta las pérdidas por desapuntamiento y no consideremos simplemente la ganancia máxima de la antena: G max = η o πdf c 2?o = Es la eficiencia de antena

75 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: A θ 3dB 70 (Grados) D Donde D es el diámetro de la antena de tierra (transmisora) L T ( db ) = θ 12 T θ3db 2 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: G T ( )( db) G ( db) L ( db) θ Con T = T max T G T max 2 πd = η o. A 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 valor 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). 76

76 Tabla 6. Comportamiento del pire Hub grande Hub VSAT VSAT pequeño 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 db db db db Pérdidas de db db db db desapuntamiento Pire real dbw dbw dbw 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: L = L U TS L A 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: L TS 4πRf = c 2 2 4πR = A 77

77 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 GHz se produce el fenómeno de absorción, que provoca grandes atenuaciones 19. Las pérdidas atmosféricas todavía pueden ser divididas en tres grupos: 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. 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. 78

78 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. 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: ( θ ) G G R R 1 1 = T SL Lpol LTRX TU (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. T 1 = 1 TR Donde A T U + Tr L + rrx L rrx 79

79 T A = Es la temperatura de ruido de la antena del satélite. T T = Es la temperatura del alimentador. T R = 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 C N o D C = N D od (Hz) Donde C D = Es el nivel de portadora a la entrada del receptor de la estación terrena. 80

80 W N od = kt D = D.E.P. de ruido referida a TD. H Z (T a 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: C N o D = OBO C N o Dsat, Donde OBO = Input Back Off Total. C N o Dsat = PIRE SLsat 1 L D G T ES 1 k (Hz) = Valor obtenido en saturación del transpondedor G T ES = Figura de mérito del equipo receptor de la estación terrena L D = Perdidas en el enlace de subida. PIRE SLsat = 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. 81

81 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: ( θ ) PIRE P G Φ = =, Donde? T = Angulo de desapuntamiento ES T T T 2 2 4πR 4πR Existen limitaciones impuestas a la densidad de potencia producida por satélites que debe llegar a la superficie terrestre 20. 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: L = L U rs L A 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. 82

82 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: L rs 4πRf = c 2 2 4πR = A 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 GHz se produce el fenómeno de absorción, que provoca grandes atenuaciones. Las pérdidas atmosféricas todavía pueden ser divididas en dos grupos: 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. 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 83

83 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. ( θ ) G G R R 1 1 = T ES Lpol LrRX TD (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. 84

84 = T 1 A T D + Tr L 1 + rrx L rrx T R T A = Es la temperatura de ruido de la antena. T r = Es la temperatura del alimentador. T R = 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 T = T + T (k) A SKY GROUND T SKY = Es la temperatura de ruido radiada por el cielo. T GROUND = Es la temperatura de ruido de la tierra 85

85 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. T 1 = 1 TGROUND Donde SKY T A + Tm A + RAIN A RAIN A RAIN = Es la atenuación de la atmósfera 86

86 T m = Es la temperatura media de la atmósfera La temperatura efectiva de ruido del receptor en la estación receptora viene dada por aplicación de la fórmula de Friis: T T T + MX IT DEMOD R = TLNA + + (k) GLNA GLNAGMX GLNAGMXGIT T 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: PIRE SL T T ( θ ) = P G (W) Donde T P = T P L TX TLX Para ver ejemplo del calculo de enlace remítase al ANEXO A. 87

87 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 88

88 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 89

89 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. 90

90

91 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. . Servicios de emergencia. 92

92 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 GHz y con el de baja en la banda de 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, 93

93 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. 94

94 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. 95

95 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. 96

96 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 97

97 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: Ubicuidad del servicio, nacional e internacional. Aplicaciones multicast de vídeo, audio y datos a bajo costo. 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. 98

98 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: 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. 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 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 años, este adelanto parece un poco lejano. 99

99 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 100

100 los terminales encapsulados sobre DVB 22. 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 por satélite/vsat.móviles.dvb.com 101

101 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. 102

102 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 remotas 24. 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 por satélite/vsat.móviles.dvb.com 103

103 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. 104

104 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. 105

105 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. 106

106 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. 107

107 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. 108

108 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. 109

109 REDES VSAT. Un amplio rango de servicios de telecomunicaciones con una estación HUB grande o con otro VSAT. REDES VSAT Elementos básicos que componen una VSAT y la configuración de estos elementos y el Pire de la estación terrena. SISTEMAS SATELITALES VSAT 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: Diferentes tipos de Pérdidas de los medios de transmisión. TERANET, Diagrama Vsat. 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 La estación 110

110 central coordina el acceso de los terminales que solicitan transmitir por el canal de retorno. 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. 111

111 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 db. 7. Relación G/T e (ganancia a temperatura de ruido equivalente) del receptor satelital 5.3 dbk 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. 112

112 6. Perdidas de trayectoria de espacio libre 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/T e (ganancia a temperatura de ruido equivalente) de la estación terrea 37.7dBK Tasa de bits 120 Mbps. 12. Esquema de modulación 8-PSK. Solución Cálculo de subida: Expresado como logaritmo. PIRE (estación térrea) = P T + A T L bo - L bf = 33dBw +64dB +-3dB 4 db = 90 dbw Densidad de potencia de la portadora en la antena del satelite: C = PIRE L p L u = 90 dbw db 0.6 db = dbw C N 0 C N 0 En el satélite: C C 1 = = * En donde KT T K e e C G = C'* T e T e Por lo tanto C N 0 G 1 = C'* * T K e Expresado como logaritmo, C G ( db) = C'( dbw) + ( dbk N T 0 e 1 ) 10log(1.38 *10 23 ) 113

113 C N 0 = 117.1( dbw) + ( 5.3dBK 1 ) ( 228.6dBwK) = 106.2dB Por lo tanto E N b 0 C / f ( db) = N 0 b ( db) = C ( db) 10log N 0 f b E b N 0 6 = 106.2dB 10(log120 *10 ) = 25.4 y para un sistema de banda mínimo, C N = E N B f 6 b =.4 10log = b 40* *10 db Calculo de bajada: expresado como logaritmo, PIRE (transpondedor del satélite) = P T + A T L bo - L bf = 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) L p (db) L d (db) = 40.2 dbw db 0.4 db = dbw C N 0 En el satélite: C N 0 C C 1 = = * en donde KT T K e e C G = C'* T e T e Por lo tanto C G 1 = C'* * N T K 0 e 114

114 Expresado como logaritmo, C G ( db) = C'( dbw) + ( dbk N T 0 e 1 ) 10log(1.38 *10 23 ) C N 0 = 165.8( dbw) + (37.7dBK 1 ) ( 228.6dBwK ) = 100.5dB Un método alternativo de solución para C/N 0 es: C ( db) = C'( dbw ) + Ar ( db) Te ( dbk N 0 1 ) K ( dbwk) = 165.8( dbw ) + 62( db) 10log 270 ( 228.6dBWK ) C N 0 = 165.8( dbw ) + 62( db) 10log 270 ( 228.6dbWK) = 100.5dB Por lo tanto E N b 0 ( db) = C ( db) 10 log N 0 f b E b db 10(log120 *10 6 = ) = db N 0 y para un sistema de banda mínimo, 6 C Eb B 40*10 1. = = log = 30. 2dB 6 N N f 120*10 0 b 115

115 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) 116

116 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 LINKWAY Outdoor Units 16 ± 0.5 lb or 7.25 ± 0.2 kg (depending on interfaces used) 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 117

117 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 factoryselectable frame length from 12 to 48 ms. 118

118 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 119

119 Back panel view shows the LINKWAY 2000 terminal is simple to connect. linkway.ip Site Specifications PARAMETER SPECIFICATION 120