INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES VÍA SATÉLITE Un satélite de comunicaciones se puede ver como un gran repetidor de microondas en el cielo. El satélite contiene varios traspondedores, cada uno de los cuales capta y amplifica alguna porción del espectro de la señal de entrada y después la redifunde a otra frecuencia para evitar la interferencia de la señal de salida con la señal de entrada. Los primeros satélites tenían un solo haz espacial que iluminaba la Tierra entera. Actualmente cada satélite está equipado con múltiples antenas y transpondedores, entonces, cada haz descendente se puede enfocar en un área geográfica pequeña, de modo que pueden tener lugar de manera simultánea múltiples transmisiones ascendentes y descendentes. Los llamados haces puntuales normalmente tienen forma elíptica y pueden ser tan pequeños como algunos cientos de km de diámetro. PROBLEMAS DE LOS SATÉLITES DE COMUNICACIONES Efectos de la lluvia y el hielo La lluvia actúa como una cortina entre la antena terrestre y el satélite. Cuando una señal ha de atravesar una zona de lluvia, aparece el problema de la atenuación debida a la absorción de energía de las ondas electromagnéticas. Otro efecto es el producido por el hielo, la antena está diseñada de forma que refleje las señales incidentes a un punto focal. Cuando se acumula hielo en esta antena, puede ocurrir que las señales no se reflejen en la dirección de dicho foco, sino en muchas otras direcciones, distorsionando la señal original. El efecto del Sol Una primera situación es cuando el satélite se halla en línea recta entre el Sol y la estación terrestre. La radiación emitida por el sol afecta entonces al enlace descendente.
Otra posible situación es cuando existe un segundo satélite entre el Sol y el primero. Entonces, el enlace descendente se verá afectado mientras la antena receptora se halle en dirección al espacio, y no a la Tierra. La última situación se da cuando el haz de la antena del satélite se halla con parte de cobertura fuera de la Tierra. Entonces, la radiación del sol afecta principalmente al enlace ascendente.
IRIDIUM SIGNIFICADO DE IRIDIUM El nombre se debe al elemento que tiene tantos electrones en torno a su núcleo atómico como satélites se tenía pensado emplear. Este es el Iridio, que ocupa el puesto 77 en la tabla periódica. En la actualidad, con 11 satélites menos, el nombre debería cambiar a Disprosio. HISTORIA DEL SISTEMA (Orígenes de Iridium) La idea del sistema fue concebida en 1987 por los ingenieros de Motorola y consistía en una red de 77 satélites en órbita terrestre baja, de construcción y fabricación sencilla y lanzamiento y sustitución económicos. Empieza la investigación y el desarrollo. Se esperaba que el sistema estuviese disponible comercialmente el 1 de Noviembre de 1998 COMPONENTES Para conseguir cobertura verdaderamente global el sistema IRIDIUM consta de 4 elementos fundamentales: Constelación de satélite Enlaces intersatélite Pasarelas (Gateways) Módulos de Control Constelación La constelación del sistema IRIDIUM consta de 66 satélites de órbita baja (LEO) situados a una altura de unos 780 km sobre la superficie terrestre describiendo órbitas circulares. Los 66 satélites se distribuyen en 6 planos orbitales equiangularmente espaciados de 11 satélites cada uno, con una inclinación de 86.4 grados respecto al plano ecuatorial. Los satélites de dos planos orbitales contiguos se encuentran desfasados para evitar colisiones en los polos. Con estos datos se pueden obtener algunos parámetros importantes del sistema:
En primer lugar la separación angular de 2 satélites contiguos del mismo plano orbital es siempre de 32.7 grados. La máxima separación angular entre 2 satélites para que haya visión directa entre ellos es de 54 grados. Cada satélite de la constelación sólo puede ver en el peor caso a los dos satélites más próximos de su plano orbital y a dos satélites de cada plano orbital contiguo, en total 6 satélites. ISL (ENLACES ENTRE SATELITES) El sistema IRIDIUM es el único de los llamados "Big LEOs" que utiliza enlaces intersatélite para desviar el tráfico cuando algún satélite no tiene visión directa con alguna pasarela. Se compone de una red "inteligente" de satélites capaces de desviar el tráfico de unos satélites a otros. Cada satélite de la constelación tiene 4 antenas destinadas a estos enlaces. Estos enlaces si bien encarecen el satélite y aumentan su peso, también permiten disminuir el número de pasarelas, permitiendo cobertura global en zonas muy poco pobladas o amplias regiones oceánicas donde colocar una pasarela puede no ser económicamente viable. Tipos de ISL: Intraplano: interconexión de satélites en un mismo plano orbital Interplano: en distintos planos orbitales Es en este caso, donde va a haber más problemas de diseño. El ángulo de apuntamiento de un satélite a otro en este caso es variable, siendo necesarias las antenas reorientables. La conexión pasa por estados activo/inactivo. PASARELAS El sistema Iridium podría operar con una única pasarela en la Tierra, pero lógicamente esto repercutiría en grandes retardos y posiblemente cargos extra en la cuenta del cliente, sobre todo cuando el suscriptor se hallase a grandes distancias de esta pasarela a través de redes terrestres. De ahí que se halla optado por pasarelas locales. En el comienzo del sistema, habrá 11 pasarelas posicionadas a lo largo de la superficie terrestre, y enlazadas entre ellas a través de los satélites. Estas pasarelas sirven de interfaz entre el sistema Iridium y las infraestructuras de telecomunicaciones terrestres. Están basadas en el estándar GSM de telefonía celular D900.
Una pasarela típica consta de 3 ó 4 antenas de seguimiento para la comunicación con un satélite durante su tiempo de visión directa desde la pasarela. El sistema posee de un amplio margen de enlace para atravesar cualquier lluvia. Pero para prevenir que las zonas donde se estén produciendo rayos interrumpan esta comunicación las antenas se sitúan separadas 48 km (en el caso de que tengamos 4 antenas, entonces las colocaremos por parejas separadas 48 km, de forma que siempre haya al menos dos antenas disponibles para las funciones de TT&C). MÓDULO DE CONTROL El software para control => ORBIX. Permite que en el segmento de control espacial trabajen varias aplicaciones e interactúen entre ellas. El sistema de control sirve como central de manejo de los componentes del sistema IRIDIUM. Opera en conjunción con el control maestro localizado en Washington DC, en el norte de Virginia, Estados Unidos, que realiza el control de los satélites y el manejo de la red. COMO TRABAJA EL SISTEMA Los usuarios emplearán pequeños portátiles operando en TDMA/FDMA para acceder al satélite en banda L. Las tramas de transmisión y recepción serán de 45 ms, y deberán ser compartidas por ocho usuarios en un ancho de banda de 31.5 Khz por canal, espaciados 41.67 Khz. Es decir, los usuarios han de estar sincronizados para transmitir y recibir en los mismos tiempos de ventana de forma alternada.
Cuando se activa un teléfono Iridium, el satélite más cercano - en conjunción con la red Iridium y gracias a la red de pasarelas - automáticamente validará al usuario y determinará su localización física. El cliente podrá realizar una llamada, seleccionando entre transmisión celular o vía satélite, dependiendo de la compatibilidad y capacidad del sistema para poder atender una nueva llamada. Si el sistema celular local del cliente no está disponible, el teléfono comunicará directamente con un satélite cercano. En este caso, la llamada se irá transfiriendo de satélite en satélite a través de la red hasta su destino, que puede ser bien otro teléfono Iridium, bien una estación Iridium terrestre (pasarela). Las pasarelas del sistema interconectan la red de satélites con infraestructuras terrestres fijas o móviles de todo el mundo. El usuario dispondría de un teléfono celular dual, compatible con el sistema celular terrestre y vía satélite. Celdas Cada satélite tendría un máximo de 48 haces puntuales, con un total de 1628 celdas sobre la superficie de la Tierra. Cada celda tendría 174 canales dúplex, para un total de 283.272 canales en todo el mundo Las celdas están en movimiento mientras que el usuario se puede considerar como inmóvil. En concreto se ha calculado que cada 0.9 segundos el satélite que nos cubre varía. Orbitas Las órbitas son circulares y casi polares (la inclinación es de 86,4º en vez de 90º). Periodo orbital de 100 minutos y 28 segundos. Velocidad de 28.000 km/h. Los satélites de los 6 planos rotan en el mismo sentido en un lado de la tierra hacia el norte- cruzan el polo y siguen viajando en la misma dirección en el otro lado de la tierra hacia el sur.
Además de los 66 satélites activos (11 por cada órbita), existe un satélite de recambio por cada plano orbital para añadir seguridad al sistema. Handover Un aspecto que diferencia los sistemas de comunicaciones móviles por satélite respecto a los sistemas de comunicaciones móviles terrestres es el handover. Mientras en los sistemas terrestres las estaciones base son fijas y los terminales son móviles, en el sistema IRIDIUM los satélites se mueven muy rápido (7400 m/s) y los terminales pueden considerarse fijos. Además, considerando el tamaño de las células y la velocidad de los satélites, un punto de la Tierra estará dentro de una célula a lo sumo 101 segundos, lo que supone que la probabilidad de realizar un handover durante una llamada es muy alta, así que se utilizan algunos canales libres para dicha operación (no para nuevas llamadas). Finalmente cabe distinguir entre el handover entre células de un mismo satélite, el cual puede ejecutarse automáticamente, y el handover entre satélites, para el cual será necesaria la comunicación entre satélites. CARACTERISTICAS Las llamadas son procesadas y encaminadas por un procesador digital a bordo del satélite, de forma que cada satélite puede mantener 1.100 llamadas dúplex simultáneas. Para realizar un encaminamiento eficiente del tráfico, cada satélite lleva incorporado unas tablas de encaminamiento dinámicas que le permite recibir nuevas instrucciones de encaminamiento cada 2.5 minutos. Margen de enlace de 16 db. El satélite tiene una esperanza de vida media de 7-9 años. Transmisión de voz a 4.8 Kbps y datos a 2.4 Kbps
CONFIGURACIÓN Y BLOQUES Paneles solares: Tienen dos paneles solares con 1 eje de articulación Bus: incluyendo los dispositivos de control, propulsión, control térmico, fuente de alimentación, estructura y mecanismos de despliegue. Batería Antenas Antena de misión principal: MMA, consistente en tres paneles, cada uno de estos paneles produce 16 haces fijos y simultáneos, es decir, un total de 48 haces por satélite. o Antena phased-array de comunicación satélite-usuario o Cada antena está constituida por 106 ranuras o Formada por una placa de aluminio de 86 cm x 188 cm x 4 cm. Antenas de comunicación con Gateways: (Antenas a Pasarela o de Enlace Vertical) Un total de 4 antenas están encargadas de la comunicación con los gateways situados en tierra. o Full-duplex o Formada por reflectores parabólicos y láminas planas Antenas de comunicación entre satélites: 4 antenas para los enlaces entre satélites desarrollados por Motorola que permiten enrutar llamadas entre ellos. o 2 fijas por satélite para comunicación N-S. o Otras 2 móviles para comunicación E-O. o Formadas por un array de láminas planas. Antenas de telemetría y control: 2 antenas para control comunicaciones de control con las estaciones de seguimiento ASIGNACIÓN DE FRECUENCIAS
Banda Frec Ventajas Inconvenientes L 1530-2700 Mhz Atraviesa estructuras Poca capacidad de tx. de terrestres con poca datos. potencia. Ku Ku1 PSS Ku2 DBS Ku3 Telecom 1 10.7-11.75 Ghz 1.75-12.5 Ghz 12.5-12.75 Ghz Atraviesa la mayoría de estructuras terrestres. Buena tx. da datos. Ka 17.7-21.2 Ghz Hay frecuencias. Libres. Transporta gran cantidad de datos. La mayoría de las frecuencias están ya adjudicadas. Necesita altas potencia de tx. Muy sensible a perturbaciones ambientales. La asignación de frecuencias en el sistema Iridium es: a) Enlaces con usuarios ( Service Links ): Banda L (entre 1.616 y 1.626 5 Mhz) b) Enlaces entre satélites (ISL) Banda Ka (entre 23 18 y 23 38 Ghz). c) Enlace descendente satélite-pasarela :Banda Ka (entre 19 4 y 19 6 Ghz) d) Enlace ascendente pasarela- satélite :Banda Ka (entre 29 1 y 29 3 Ghz) DIFERENTES SERVICIOS a). Servicio mundial por satélite: Proporciona un enlace directo con el sistema de satélites a través del teléfono en las dos direcciones (recepción y transmisión) en todo punto de la superficie terrestre. b). Servicio de roaming mundial: Permite a los usuarios conmutar entre las redes celulares terrestre y la red de satélite manteniendo un único número de teléfono y recibiendo una única factura mensual sin importar desde que parte del mundo se han hecho las llamadas. c). Servicio de paging: Proporciona un servicio de mensajes alfanuméricos combinados con una opción de buzón de voz. Los usuarios estarán seguros que estarán localizados en cualquier momento, incluso en aviones. Este sistema estará disponible a mediados de noviembre. d). Servicio de llamadas por tarjeta: Permitirá a los usuarios realizar llamadas desde teléfonos públicos, privados y celulares con una tarjeta de identificación sin más que pulsar su código de identificación personal y el código de salida del país correspondiente. La llamada será facturada directamente en la tarjeta del cliente.
PRODUCTOS COMERCIALES Estación Móvil MOTOROLA MODELO 9500 Interfaz de rápido acceso. Menú corto de operación. Un equipo manual delgado de uso sencillo. Capacidad de redial automático. Notificación de correo de voz. Tarjeta lectora SIM integrada. Display gráfico LCD (4*16 caracteres). 100 posiciones de memoria numerada. Los elementos que se incluyen con él son: o Un equipo manual de teléfono móvil. o Transceptor de la serie Motorola. o Todas las sujeciones y el cableado requerido. o Antena de satélite. Precio dispositivo: $1,320 Estación Fija IRIDIUM (FONO) Son básicamente móviles a los que las los dos fabricantes añaden ciertas funcionalidades con el objeto de hacerlos más atractivos y para aplicarse en entornos especiales. Por ejemplo, el siguiente sistema lo propone kyocera para ser utilizado como estación fija en algún lugar aislado. Móvil para Barcos
MÓVIL (MARÍTIMO) Este otro no es más que un móvil específicamente diseñado para su uso en barcos. Pager PAGER Diminutos pagers serán capaces de recibir hasta 66 mensajes alfanuméricos. Tiene una capacidad de 4 líneas y 80 caracteres alfanuméricos y es capaz de almacenar 28,000 caracteres incluyendo 99 entradas de directorio. CUOTA DEL PAGER (por mes) Cuota de activación...$49.95 Cuota mensual...$99.95 Buzón de voz......$14.95 CASETA TELEFÓNICA SOLAR Casetas telefónicas con alimentación solar están diseñadas para proveer acceso a los servicios de Iridium en áreas remotas. La portabilidad de la caseta permite operarse con energía eléctrica convencional y solar.
TARIFAS PARA UN USO FRECUENTE DEL SISTEMA Servicio Activación del satélite Cuota mensual del servicio vía satélite Cuota mensual del buzón de voz Cuota mensual de PAGING Tasa adicional de llamada entre países Costo $ 49.95 $ 49.95 $ 14.95 $ 14.95(Incluye buzón de voz gratuito) $ 1.79 por minuto Observando la tabla, el sistema Iridium tiene el set de usuario más caro y las tasas por minuto más altas. Sin embargo, el precio por minuto del sistema Iridium ya incluye los cargos por las comunicaciones terrestres, a diferencia del resto de sistemas. Así pues, el cliente no cargará con esos gastos adicionales. COMPARACIÓN CON OTROS SISTEMAS DE SATÉLITES MOTOROLA S IRIDIUM QUALCOMM S GLOBASTAR TRW S ODYSSEY Precio del set de $3000 $700 $550 usuario Precio por minuto $3 $0.30* $0.65* Observando la tabla, el sistema Iridium tiene el set de usuario más caro y las tasas por minuto más altas. Sin embargo, el precio por minuto del sistema Iridium ya incluye los cargos por las comunicaciones terrestres, a diferencia del resto de sistemas. Así pues, el cliente no cargará con esos gastos adicionales.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS Ventajas Desventajas Acceso a los servicios en lugares remotos (Cobertura Global). Enlace Satelital incluido vuelos Transmisión y recepción de 45ms Conmutación con la PSTN Elevado costo Unidades de usuario de gran tamaño Señal deficiente en lugares cerrados Poca seguridad MERCADO POTENCIAL Aunque el sistema Iridium es caro, definitivamente hay gente que podrá beneficiarse si se hace cliente de este sistema. Gente que está trabajando en áreas remotas, sin servicio de comunicaciones adecuado, pueden ser clientes potenciales. Otro mercado potencial del sistema Iridium son los países del Tercer Mundo. Países que no tienen una red cableada de telefonía podrán utilizar sistemas de comunicación por satélite, lo que les ahorrará los elevados costes que implica establecer la infraestructura necesaria para cablear una red. IRIDIUM ACTUAL Y FUTURO Los aparatos fabricados por Motorola fueron comercializados por la multinacional que los vendió, a un precio desorbitado, justo cuando los teléfonos empezaban a liberalizarse en medio mundo. La revista Fortune lo explicaba gráficamente: Es cierto que Iridium cometió tantos errores de marketing y de ventas que su experiencia podría ser la base de un texto sobre cómo no vender un producto : los teléfonos eran del tamaño de un ladrillo y no funcionaban correctamente, y además, los teléfonos ni siquiera estaban a la venta en las tiendas cuando Iridium comenzó su campaña publicitaria, valorada en 180 millones de dólares. Los problemas crecieron, y tan sólo captaron a 55.000 clientes. Además para mantener una comunicación fluida, el usuario debía tener la vista clara de un satélite, algo muy difícil desde una gran ciudad. Después de casi año y medio de funcionamiento, y debido al poco éxito comercial el sistema iridium tras la bancarrota de finales de 1.999 con el resultado de más de 3.000 millones de dólares de deuda, no les quedo otra opción más que vender a un grupo de inversores quienes compraron los activos de Iridium por apenas 25 millones de dólares, y según fuentes de Mobile News publicaron el 12 Marzo 2001que Iridium Satellite, sólo tiene un cliente hasta la fecha: el Departamento de Defensa de EEUU que firmó un contrato de 72 millones de dólares por dos años antes de la venta de la empresa.
CONCLUSIÓN La visión de los Ingenieros de Motorota era crear un sistema de comunicación satelital de cobertura mundial hasta en los lugares donde ningún otro sistema de comunicación había llegado. La implementación del sistema tenia un costo elevado por ende las tarifas no eran accesibles para los usuarios, los móviles eran poco atractivos debido a su gran tamaño y no funcionaban correctamente, los usuarios tenían que estar en la ventana de los edificios para tener enlace con la red satelital. A pesar de los servicios ofrecidos por el sistema iridium abarco pocos Clientes por lo cual no pudo cubrir las deudas, al parecer los funcionarios de iridium no realizaron un buen estudio de mercado y advenimientos de nuevas tecnologías de telefonía móvil. En conclusión la necesidad de un sistema de cobertura mundial sigue presente, el fracaso de iridiun al parecer se produjo al no satisfacer al usuario en pecio y funcionalidad. Por lo cual se podría decir que el fracaso fue exclusivamente de Iridium y no del sistema de comunicación satelital. Además, se debe tener presente que para implementar una buena tecnología es cuestión de algo más que un simple capricho, es decir, tener en claro hacia donde va el enfoque de cualquier tecnología, en este caso de telecomunicaciones, pues el pensar que puede abarcar mucho sin un debido estudio, puede llevar a un fracaso total.
GLOSARIO TT&C: (Telemetry,Tracking & Control) Phased Array: Consiste básicamente en un grupo de antenas radiando en fase. Una Phased Aray para aplicaciones de satélite puede utilizarse para conseguir un haz fijo tanto simple como múltiple. Desfasado: que no se sincroniza Atenuación: Pérdida de Señal RTPC: Local Red telefónica pública conmutada RTPC http://es.gsmbox.com/news/mobile_news/all/33782.gsmbox www.com.uvigo.es/asignaturas/scvs/trabajos/curso0001/biblio/iridium/iridium.htm http://www.arrakis.es/~aatwww/articulos/webaat40/iridium%2040.htm http://www.iridium.com/corp/iri_corp-understand.asp BIBLIOGRAFÍA Páginas Web: