Un mismo satélite posibilita varios valores de huella de PIRE para una misma zona.
Los haces globales, por lo general, se obtienen con antenas de corneta (piramidales o cónicas) con ganancia relativamente pequeña, logran polarización lineal o circular.
Los haces hemisféricos se logran con platos parabólicos pequeños.
Los haces puntuales requieren de platos parabólicos grandes (Alta ganancia y gran longitud de onda)
Para obtener huellas circulares o elípticas la corneta (alimentadora) debe iluminar al reflector.
Huellas irregulares (Arreglo de cornetas cercanas al foco geométrico)
Huella de G/T banda Ku del satélite Nahuelsat Región 1
Huella de PIRE del satélite Nahuelsat banda Ku Región 1
CDMA : Code Division Multiple Access
De estos últimos, el protocolo CDMA es el utilizado (en realidad, DS-CDMA).
TDMA
Con el protocolo TDMA, cada usuario tiene asignado un canal durante una ranura de tiempo sobre un rango de frecuencia. Puede que se utilice la banda de frecuencias completa para la transmisión o, simplemente, un rango de frecuencias dentro de la banda.
Esta técnica involucra a una señal ruidosa debida a la conmutación para el uso del canal. Además, requiere de una sincronización en la recepción para la recuperación de la información deseada.
FDMA
El protocolo FDMA otorga a cada usuario un canal de frecuencia para la comunicación mientras dure.
En el caso de los canales satelitales pueden estar permanentemente asignados.
Este esquema tiene la ventaja de ser relativamente fácil de implementar y sencillo de administrar cuando el número de usuarios es bajo.
Como desventaja, el sistema debe contar con la implementación necesaria para aprovechar al máximo el canal de frecuencias asignado; es poco eficiente cuando el número de usuarios es elevado y no se adapta muy bien a la transmisión de datos, por lo que no es muy usado.
DS - CDMA
Cada usuario tiene todo el ancho de banda de frecuencias asignado para la comunicación durante todo el tiempo que ésta dure, pero su comunicación se realiza utilizando un código que es único.
Dicha codificación es digital, utilizando con ello, técnicas de radio de espectro amplio (RF).
Es por ello que CDMA es la tecnología digital inalámbrica más utilizada, puesto que la utilización del ancho de banda en la comunicación es altamente eficiente, permitiendo una mejor calidad en voz, llegando a ser muy similar a la transmitida en línea alámbrica.
Además, filtra los ruidos de fondo cruces de llamadas, e interferencia por interrupciones o por flujo de señales de ocupado que congestionan el sistema, mejorando en forma considerable la privacidad y calidad de la llamada generada.
El protocolo CDMA se caracteriza por utilizar un espectro amplio de frecuencia determinado para una o más señales superpuestas ortogonalmente durante todo el tiempo de duración de la comunicación.
La ortogonalidad de las señales, generada por un código codificador de la banda base, concede la prácticamente nula posibilidad de colisión entre las señales que comparten el canal; a su vez, la seguridad en la privacidad de la información transmitida capaz de ser reconocida sólo por el receptor del enlace.
2. Posibilidad de la creación de nuevos servicios al cliente y evolución del sistema, debido a la versatilidad del código y la señalización digital.
3. Costos inferiores a la tecnología analógica debido al desarrollo de componentes electrónicas digitales.
4. Uso eficiente de las fuentes de poder (baterías) en los aparatos con la tecnología, debido a que la estructura de CDMA se encuentra diseñada para operar en ciertos niveles de potencia. Además, presenta la capacidad de detectar tiempo ocioso en el canal por lo que se disminuye la potencia media de transmisión.
5. Alta relación señal a ruido y baja probabilidad de errores en el código por la utilización de redundancias, debido a la magnitud del ancho de banda utilizado.
Es importante destacar que la tecnología digital CDMA, resulta compatible con otras como AMPS (Advanced Mobile Phone System), que es la base de la mayoría de las redes de teléfonos celulares análogos. También se relaciona con redes de teléfono IS-41 y con redes GSM/MAP, que permiten amplia cobertura y conexión.
Los requerimientos de ancho de banda son muy superiores a otros sistemas, debido a que cada bit transmitido, codificado en forma polar, debe ser multiplicado por una secuencia difusora de chips.
El Ensanchamiento de espectro es una técnica de transmisión en la cual una señal ocupa un ancho de banda que supera considerablemente el mínimo necesario.
La función de ensanchamiento es independiente de la información transmitida y es conocida por el receptor el cual debe sincronizarse con ella para el desensanchamiento del espectro y recuperación de la información.
Consiste en que la portadora se desplace en frecuencia con un patrón determinado, el cual es definido por una secuencia pseudoaleatoria, produciendo el ensanchamiento del espectro. Para la recuperación de esta señal se utiliza un receptor no coherente.
* Salto en tiempo:
Esta técnica implica la división del eje temporal en tramas que son los bloques de información.
Estas tramas se subdividen en ranuras.
La idea es transmitir en forma pseudoaleatoria cada trama en una sola ranura, dejando las otras vacías.
Es así como el ensanchamiento depende de la cantidad de ranuras, siendo ésa la determinante en el incremento del ancho de banda de la señal original.
* Chirp:
Es una técnica de ampliación del espectro que utiliza pulsos chirp.
Esta técnica consiste en un barrido lineal y continuo que desplaza la frecuencia de la portadora y provoca la ampliación del espectro. Su utilización más común es en los sistemas de radar.
* Modulación por Secuencia Directa (DDSS: Direct Sequence Spread Spectrum):
Este tipo de modulación es el más usado en las aplicaciones de espectro ensanchado.
La señal de información es multiplicada con una secuencia pseudoaleatoria con tasa de transmisión mucho mayor que la señal original.
El resultado es una señal de la misma frecuencia que el código ensanchador.
Esta técnica es diferente de TDMA y permite un mejor rechazo a los desvanecimientos de la señal en bandas estrechas del espectro.
Además, cada usuario tiene todo el ancho de banda de frecuencias asignado para su comunicación durante todo el tiempo que esta dure, siendo un tipo de CDMA; pues su comunicación se realiza utilizando un código único.
El problema de este sistema es el gran ancho de banda que necesita.
Otro problema, para lograr una recepción independiente (sin problemas de interferencia entre dos o más comunicaciones) los códigos deben ser ortogonales y las señales mutuamente interferentes deben tener igual potencia.
Eso debe ocurrir, debido a que es un problema inherente a este método, llamado efecto “cerca-lejos”, el cual ocurre cuando los niveles de potencia de las señales no deseadas generadas por otros usuarios son muy grandes en comparación con el nivel de potencia de la señal deseada; y cuando la ganancia de procesamiento del sistema no es suficiente para resolver este problema, otros métodos de ensanchamiento de espectro pueden ser necesarios de implementar.
Una trama de bits se envía ocupando ranuras específicas de tiempo en diversos canales de radio frecuencia, es decir, como una combinación entre CDMA, TDMA y FDMA, pues para la comunicación entre usuarios se van a subdividir los ejes de tiempo, frecuencia y código.
La asignación del canal a ocupar por cada usuario depende del código que han acordado al comienzo de la sesión.
* FHSS banda ancha:
Durante el intervalo de un bit se conmutan diversos canales de radio-frecuencia.
Las ventajas del protocolo de acceso múltiple (DS-CDMA, Direct Sequence CDMA) son diversas.
Optimiza bastante el espectro de frecuencias en la transmisión montando información de diversos usuarios en un mismo ancho de banda y tiempo.
La ventaja de utilizar este método de acceso, redunda en la idea de ocupar eficientemente el espectro de frecuencias, dependiendo del número de usuarios solicitando un enlace.
Como desventaja, esta subyacente la idea de perder el asincronismo de DS-CDMA, lo que permitía un retardo mayor en establecer y mantener la comunicación.
Ahora, es necesario en la trama de comunicación, insertar bits de sincronismo de trama y de portadora, capaces de informar exactamente el tiempo en que termina una trama y comienza otra, provocando que la transmisión con FH-CDMA requiera un poco más de ancho de banda.
Sin embargo, ese sincronismo de trama se ve coronado con un menor tiempo en los retardos de propagación.
En conjunto con esto, dada la ortogonalidad entre las señales generadas, FH-CDMA, disminuye ampliamente el BER (Bit Error Rate), con lo que la posibilidad de error por overhead e interferencia por señales a nivel co-canal se hace mínima.
Lo anterior manifiesta una característica significativa frente a la codificación DS-CDMA.
En marzo del presente año, tras los cambios en la red instalada, y dado los problemas presentados durante la puesta en marcha de este servicio, se tienen en funcionamiento 52 satélites orbitando más 11 estaciones terrenas, con un costo acumulado cercano a los 3,3 billones de dólares.
A fines de este año se proyecta tener 22 estaciones funcionando, de un total que fluctuaría entre 38 y 60 estaciones terrenas, con un costo total de 3,8 billones de dólares.
El costo del equipo se encuentra alrededor de los US$1.500, mientras que a continuación se muestran los costos del servicio en Estados Unidos:
Tabla de Costos del servicio por minuto en Estados Unidos
El precursor de los satélites comerciales fue el proyecto SCORE (comunicación de señales por equipos orbitales), preludio del primer satélite de comunicaciones Early Bird, lanzado en abril de 1965.
La industria espacial Europea hace su aparición en el mercado mundial en 1962, con ESRO y la ELDO, alcanzando concertaciones de esfuerzo al crearse en 1975 la AEE, Agencia Espacial Europea.
Actualmente la AEE contribuye a la existencia de una industria aeroespacial que ya es altamente competitiva frente a la industria norteamericana.
LOS PROVEEDORES DE SEGMENTO ESPACIAL
Existen también otros países que tienen capacidad para diseñar y construir satélites, pero no han podido lanzarlos de forma autónoma sino con la ayuda de servicios extranjeros.
Los haces globales, por lo general, se obtienen con antenas de corneta (piramidales o cónicas) con ganancia relativamente pequeña, logran polarización lineal o circular.
Los haces hemisféricos se logran con platos parabólicos pequeños.
Los haces puntuales requieren de platos parabólicos grandes (Alta ganancia y gran longitud de onda)
Para obtener huellas circulares o elípticas la corneta (alimentadora) debe iluminar al reflector.
Huellas irregulares (Arreglo de cornetas cercanas al foco geométrico)
Huella de G/T banda Ku del satélite Nahuelsat Región 1
Huella de PIRE del satélite Nahuelsat banda Ku Región 1
Reutilizar
Cuando se llena una banda de frecuencia asignada, se puede lograr la capacidad adicional para reutilizar el espectro de la frecuencia. Incrementando el tamaño de una antena (por ejemplo, incrementando la ganancia de la antena), el ancho del haz de la antena también se reduce.
Por lo tanto, diferentes rayos de la misma frecuencia pueden ser dirigidos a diferentes áreas geográficas de la Tierra.
Esto se llama reutilizar la frecuencia. Otro método para reutilizar la frecuencia es usar la polarización dual.
Diferentes señales de información se pueden transmitir a diferentes receptores de estaciones terrestres usando la misma banda de frecuencias, simplemente orientando sus polarizaciones electromagnéticas de una manera ortogonal (90 grados fuera de fase).
La polarización dual es menos efectiva debido a que la atmósfera de la Tierra tiene una tendencia a reorientar o repolarizar una onda electromagnética conforme pasa.
Reutilizar es, simplemente, otra manera de incrementar la capacidad de un ancho de banda limitado.
el conjunto de equipos y antenas que procesan las señales de comunicación de los usuarios como función substancial, denominado carga útil o de comunicaciones, y la estructura de soporte con los elementos de apoyo a dicha función, denominada plataforma.
La carga útil tiene el amplio campo de acción de la cobertura de la huella del satélite y del empleo de las ondas de radio en una extensa gama de frecuencias que constituyen la capacidad de comunicación al servicio de los usuarios, en tanto que la acción de los elementos de la plataforma no se extiende fuera de los límites del propio satélite, salvo en la comunicación con el centro de control.
La estructura de la plataforma sirve de soporte tanto para sus demás elementos como para la carga útil. Debe tener la suficiente resistencia para soportar las fuerzas y vibraciones del lanzamiento y a la vez un peso mínimo conveniente.
Está construida con aleaciones metálicas ligeras y con compuestos químicos de alta rigidez y bajo coeficiente de dilatación térmica.
Los sistemas de propulsión pueden incluir un motor de apogeo que permite al satélite llegar a su órbita de destino después de ser liberado por el vehículo de lanzamiento si este no lo hace directamente.
Los satélites pueden emplear propulsantes líquidos, gas o iones.
En los satélites geoestacionarios típicos los propulsantes químicos requeridos para conservar su posición durante su vida útil representa el 20 o 40% de masa adicional a la de nave sin combustible.
El subsistema de control de orientación está constituido por las partes y componentes que permiten conservar la precisión del apuntamiento de la emisión y recepción de las antenas del satélite dentro de los límites de diseño, corrigiendo no sólo las desviaciones de estas por dilatación térmica e imprecisión de montaje, sino de toda la nave en su conjunto.
El subsistema de energía está constituido generalmente por células solares que alimentan los circuitos eléctricos de la nave, las baterías que aseguran el suministro durante los eclipses y los dispositivos de regulación.
El subsistema de telemetría permite conocer el estado de todos los demás subsistemas.
Utiliza un gran número de sensores que detectan o miden estados de circuitos y variaciones de temperatura, presión, voltaje, corriente eléctrica, etc., convierte esa información en datos codificados y los envía en secuencia al centro de control a través de un canal especial de comunicación, se repite esto en intervalos de tiempo iguales.
El sistema de telemando permite enviar órdenes al satélite desde el centro de control a través de un canal de comunicación dedicado que se activa cuando éstas se transmiten.
Los comandos pueden tener efecto tanto sobre la carga útil como sobre la plataforma y solo son admitidos por el satélite mediante códigos de seguridad que evitan su acceso ilegítimo.
Para evitar variaciones de temperatura extremas en los componentes del satélite, fuera de las toleradas por el sistema, el subsistema de control térmico emplea conductores de calor y radiadores que lo disipan fuera de la plataforma.
También protege contra el frío intenso por medio de calefactores eléctricos y emplea materiales aislantes para lograr el equilibrio térmico requerido dentro de la nave.
Los amplificadores de alta potencia usados en los transmisores de la estación terrena y los tubos de onda progresiva usados de manera normal, en el transponder del satélite, son dispositivos no lineales; su ganancia (potencia de salida contra potencia de entrada) depende del nivel de la señal de entrada.
O sea conforme la potencia de entrada se reduce a 5 dB, la potencia de salida sólo se reduce a 2 dB.
Hay una compresión de potencia obvia. Para reducir la cantidad de distorsión de intermodulación causada por la amplificación no lineal del HPA, la potencia de entrada debe reducirse (respaldarse) por varios dB.
Esto permite que el HPA funcione en una región más lineal.
La cantidad de nivel de salida de respaldo de los niveles clasificados será equivalente a una pérdida y es apropiadamente llamada pérdida de respaldo (Lbo).
Para funcionar lo más eficientemente posible, debe operar un amplificador de potencia lo más cercano posible a la saturación. La potencia de salida saturada es designada Po (sat) o simplemente Pt.
La potencia de salida de un transmisor típico de estación terrena del satélite es mayor que la potencia de salida de un amplificador de potencia de microondas terrena.
Consecuentemente, cuando se trata de sistemas satelitales, Pt generalmente se expresa en dBW (decibeles con respecto a 1W) en vez de dBm (decibeles con respecto a 1mW).
La mayoría de los sistemas satelitales modernos usan transmisión por desplazamiento de fase PSK, o modulación de amplitud en cuadratura QAM, en vez de la modulación en frecuencia convencional FM.
Con PSK o QAM, la banda dase de entrada generalmente es una señal PCM codificada con multicanalización por división de tiempo, la cual es digital por naturaleza.
Además, con PSK o QAM, se pueden codificar varios bits en un solo elemento de señalización de transmisión.
Consecuentemente, un parámetro más importante que la potencia de la portadora es la energía por bit Eb; Eb matemáticamente es:
Eb = Pt Tb, en donde Eb = energía de un bit sencillo (julios por bit),
pt= potencia total de portadora, y tb= tiempo de un bit sencillo (segundos).
Potencia radiada isotrópica efectiva
La potencia radiada isotrópica efectiva (EIRP), se define como una potencia de transmisión equivalente y se expresa matemáticamente como:
EIRP= Pr * At
En donde EIRP= potencia radiada isotrópica efectiva (watts)
Pr= potencia total radiada de una antena (watts)
At= ganancia de la antena transmisora (rel. sin unidades).
Globalstar es un sistema de comunicación satelital, utilizado principalmente en telefonía inalámbrica, basado en la interconexión de puntos distantes en la superficie terrestre.
La tecnología de codificación utilizada es la conocida como CDMA (Code Division Multiple Access), con la que se accede a una mayor eficiencia del sistema. Como factor negativo, está la probabilidad latente de posibles colisiones en las señales, tanto recibidas/transferidas por el satélite utilizado, como por las estaciones terrenas (Gateways).
Dentro del sistema Globalstar se encuentran distintos niveles de transición de cada señal enviada:
Se muestra el momento en que un usuario realiza una llamada por un teléfono Globalstar.
En esa acción, la señal proveniente del celular viaja a través del aire en una dirección aleatoria en el espacio.
El satélite de órbita baja (LEO) espera su tiempo de recepción de dicha señal, manteniéndose dentro de su órbita alrededor de la tierra. Una vez que el satélite ha recibido la señal, ésta es procesada, encriptada y codificada para su posterior envío hacia la base terrena (Gateway), más cercana al punto de destino final.
Los enlaces de información del sistema Globalstar se dividen en:
Enlace satélite:
La señal desde (hacia) el teléfono es recibida (transmitida) por el satélite LEO (Orbita Baja).
Enlace gateway:
La señal desde (hacia) el satélite es recibida (transmitida) por la estación terrena.
Característica del sistema de Globalstar
La constelación Globalstar, está compuesta por 52 satélites móviles, de los cuales 48 son satélites principales y se encuentran a 1.414 Km de la tierra (LEO: Low Earth Orbiting), en órbita circular y distribuidos a en 8 planos inclinados a 52º con respecto al Ecuador.
Los 4 satélites restantes se colocan en órbitas intermedias, en reserva de los satélites principales.
Las ventajas de estos equipos son:
Todas las ventajas de la órbita baja:
terminales de tamaño similar a los terminales celulares de primera generación y servicio sin ningún retraso de la voz (fenómeno característico de eco generado por los satélites geoestacionarios).
Una cobertura completa y permanente del planeta entre los 70º y –70º de latitud, cada centímetro cuadrado del planeta está cubierto por la constelación Globalstar excluyendo los polos.
Esto permite concentrar toda la capacidad de la constelación en la zona de uso potencial.
Un servicio satelital redundante para cada terminal:
los satélites Globalstar se cruzan por encima de los usuarios.
De esta forma cada terminal, tiene un acceso simultaneo a 4 satélites esto permite evitar los cortes de comunicación cuando un obstáculo surge entre el usuario y un satélite en particular.
Este es el único sistema que presenta esta garantía.
Recepción en bases terrenas.
La recepción de las señales de RF enviadas desde los satélites a la tierra son recibidas por las gateways, o puertas de enlace en la recepción de aquéllas, ya que cuentan con un Centro de Control de Operaciones Terreno (GOCCs), un Centro de Control de Operaciones Satelital (SOCCs), además de la Red de Datos Globalstar (GDN).
Las gateways consisten en tres o cuatro grandes antenas; una base de administración de switches y un control de operación remoto.
Las gateways poseen un servicio de integración con la telefonía regional y local, tanto en redes alámbricas como inalámbricas.
Las redes utilizan los estándares T1/E1 con las interfaces PSTN/PLMN, además de redes celulares GSM/MAP.
GOCC :
Son responsables de planear y controlar el uso de satélites LEO por los terminales de las gateways y para coordinar esto, utilizan los SOCC.
El plan de control de cada GOOCs por las gateways y el control de la ubicación de los satélites es propio para cada gateway.
SOCC :
Manejan la constelación de satélites Globalstar.
El equipo de las SOCC controlan sus órbitas y provee telemetría y un servicio de comandos para las constelaciones.
GDN :
Es la red de conectividad que provee y facilita las intercomunicaciones de área extendida que se derivan de las gateways, de las GOCC y de las SOCC.
Transmisión
Las frecuencias del sistema Globalstar son las siguientes:
1. Enlaces de servicio: Terminal a satélite de 1610 a 1626,5 [MHz] (banda L). Satélite a terminal de 2483,5 a 2500 [MHz] (banda S).
2. Enlace de conexión: Gateway a satélite 5091 a 5250[MHz] (banda C). Satélite a Gateway 6875 a 7055[MHz] (banda C).
Existen varios protocolos de control de acceso al medio que son utilizados en la actualidad, tanto para aprovechar el espectro de frecuencias (conjunto de frecuencias que caracterizan a una señal) como para la inserción de bits de sincronismo y de chequeo de errores en las señales.
Los protocolos más usados en telefonía digital inalámbrica son:
TDMA : Time Divison Multiple Access
FDMA : Frecuency Division Multiple Access
Cuando se llena una banda de frecuencia asignada, se puede lograr la capacidad adicional para reutilizar el espectro de la frecuencia. Incrementando el tamaño de una antena (por ejemplo, incrementando la ganancia de la antena), el ancho del haz de la antena también se reduce.
Por lo tanto, diferentes rayos de la misma frecuencia pueden ser dirigidos a diferentes áreas geográficas de la Tierra.
Esto se llama reutilizar la frecuencia. Otro método para reutilizar la frecuencia es usar la polarización dual.
Diferentes señales de información se pueden transmitir a diferentes receptores de estaciones terrestres usando la misma banda de frecuencias, simplemente orientando sus polarizaciones electromagnéticas de una manera ortogonal (90 grados fuera de fase).
La polarización dual es menos efectiva debido a que la atmósfera de la Tierra tiene una tendencia a reorientar o repolarizar una onda electromagnética conforme pasa.
Reutilizar es, simplemente, otra manera de incrementar la capacidad de un ancho de banda limitado.
FUNCIONAMIENTO BASICO DE UN SATELITE
Un satélite puede dividirse en dos partes fundamentales para su operación:
el conjunto de equipos y antenas que procesan las señales de comunicación de los usuarios como función substancial, denominado carga útil o de comunicaciones, y la estructura de soporte con los elementos de apoyo a dicha función, denominada plataforma.
La carga útil tiene el amplio campo de acción de la cobertura de la huella del satélite y del empleo de las ondas de radio en una extensa gama de frecuencias que constituyen la capacidad de comunicación al servicio de los usuarios, en tanto que la acción de los elementos de la plataforma no se extiende fuera de los límites del propio satélite, salvo en la comunicación con el centro de control.
La estructura de la plataforma sirve de soporte tanto para sus demás elementos como para la carga útil. Debe tener la suficiente resistencia para soportar las fuerzas y vibraciones del lanzamiento y a la vez un peso mínimo conveniente.
Está construida con aleaciones metálicas ligeras y con compuestos químicos de alta rigidez y bajo coeficiente de dilatación térmica.
Los sistemas de propulsión pueden incluir un motor de apogeo que permite al satélite llegar a su órbita de destino después de ser liberado por el vehículo de lanzamiento si este no lo hace directamente.
Los satélites pueden emplear propulsantes líquidos, gas o iones.
En los satélites geoestacionarios típicos los propulsantes químicos requeridos para conservar su posición durante su vida útil representa el 20 o 40% de masa adicional a la de nave sin combustible.
El subsistema de control de orientación está constituido por las partes y componentes que permiten conservar la precisión del apuntamiento de la emisión y recepción de las antenas del satélite dentro de los límites de diseño, corrigiendo no sólo las desviaciones de estas por dilatación térmica e imprecisión de montaje, sino de toda la nave en su conjunto.
El subsistema de energía está constituido generalmente por células solares que alimentan los circuitos eléctricos de la nave, las baterías que aseguran el suministro durante los eclipses y los dispositivos de regulación.
El subsistema de telemetría permite conocer el estado de todos los demás subsistemas.
Utiliza un gran número de sensores que detectan o miden estados de circuitos y variaciones de temperatura, presión, voltaje, corriente eléctrica, etc., convierte esa información en datos codificados y los envía en secuencia al centro de control a través de un canal especial de comunicación, se repite esto en intervalos de tiempo iguales.
El sistema de telemando permite enviar órdenes al satélite desde el centro de control a través de un canal de comunicación dedicado que se activa cuando éstas se transmiten.
Los comandos pueden tener efecto tanto sobre la carga útil como sobre la plataforma y solo son admitidos por el satélite mediante códigos de seguridad que evitan su acceso ilegítimo.
Para evitar variaciones de temperatura extremas en los componentes del satélite, fuera de las toleradas por el sistema, el subsistema de control térmico emplea conductores de calor y radiadores que lo disipan fuera de la plataforma.
También protege contra el frío intenso por medio de calefactores eléctricos y emplea materiales aislantes para lograr el equilibrio térmico requerido dentro de la nave.
PARAMETROS DEL SISTEMA SATELITAL
Potencia de transmisión y energía de Bit.
Los amplificadores de alta potencia usados en los transmisores de la estación terrena y los tubos de onda progresiva usados de manera normal, en el transponder del satélite, son dispositivos no lineales; su ganancia (potencia de salida contra potencia de entrada) depende del nivel de la señal de entrada.
O sea conforme la potencia de entrada se reduce a 5 dB, la potencia de salida sólo se reduce a 2 dB.
Hay una compresión de potencia obvia. Para reducir la cantidad de distorsión de intermodulación causada por la amplificación no lineal del HPA, la potencia de entrada debe reducirse (respaldarse) por varios dB.
Esto permite que el HPA funcione en una región más lineal.
La cantidad de nivel de salida de respaldo de los niveles clasificados será equivalente a una pérdida y es apropiadamente llamada pérdida de respaldo (Lbo).
Para funcionar lo más eficientemente posible, debe operar un amplificador de potencia lo más cercano posible a la saturación. La potencia de salida saturada es designada Po (sat) o simplemente Pt.
La potencia de salida de un transmisor típico de estación terrena del satélite es mayor que la potencia de salida de un amplificador de potencia de microondas terrena.
Consecuentemente, cuando se trata de sistemas satelitales, Pt generalmente se expresa en dBW (decibeles con respecto a 1W) en vez de dBm (decibeles con respecto a 1mW).
La mayoría de los sistemas satelitales modernos usan transmisión por desplazamiento de fase PSK, o modulación de amplitud en cuadratura QAM, en vez de la modulación en frecuencia convencional FM.
Con PSK o QAM, la banda dase de entrada generalmente es una señal PCM codificada con multicanalización por división de tiempo, la cual es digital por naturaleza.
Además, con PSK o QAM, se pueden codificar varios bits en un solo elemento de señalización de transmisión.
Consecuentemente, un parámetro más importante que la potencia de la portadora es la energía por bit Eb; Eb matemáticamente es:
Eb = Pt Tb, en donde Eb = energía de un bit sencillo (julios por bit),
pt= potencia total de portadora, y tb= tiempo de un bit sencillo (segundos).
Potencia radiada isotrópica efectiva
La potencia radiada isotrópica efectiva (EIRP), se define como una potencia de transmisión equivalente y se expresa matemáticamente como:
EIRP= Pr * At
En donde EIRP= potencia radiada isotrópica efectiva (watts)
Pr= potencia total radiada de una antena (watts)
At= ganancia de la antena transmisora (rel. sin unidades).
SISTEMA DE COMUNICACIÓN SATELITAL GLOBALSTAR, PARA VOZ Y DATOS
Globalstar es un sistema de comunicación satelital, utilizado principalmente en telefonía inalámbrica, basado en la interconexión de puntos distantes en la superficie terrestre.
La tecnología de codificación utilizada es la conocida como CDMA (Code Division Multiple Access), con la que se accede a una mayor eficiencia del sistema. Como factor negativo, está la probabilidad latente de posibles colisiones en las señales, tanto recibidas/transferidas por el satélite utilizado, como por las estaciones terrenas (Gateways).
Dentro del sistema Globalstar se encuentran distintos niveles de transición de cada señal enviada:
Se muestra el momento en que un usuario realiza una llamada por un teléfono Globalstar.
En esa acción, la señal proveniente del celular viaja a través del aire en una dirección aleatoria en el espacio.
El satélite de órbita baja (LEO) espera su tiempo de recepción de dicha señal, manteniéndose dentro de su órbita alrededor de la tierra. Una vez que el satélite ha recibido la señal, ésta es procesada, encriptada y codificada para su posterior envío hacia la base terrena (Gateway), más cercana al punto de destino final.
Los enlaces de información del sistema Globalstar se dividen en:
Enlace satélite:
La señal desde (hacia) el teléfono es recibida (transmitida) por el satélite LEO (Orbita Baja).
Enlace gateway:
La señal desde (hacia) el satélite es recibida (transmitida) por la estación terrena.
Característica del sistema de Globalstar
La constelación Globalstar, está compuesta por 52 satélites móviles, de los cuales 48 son satélites principales y se encuentran a 1.414 Km de la tierra (LEO: Low Earth Orbiting), en órbita circular y distribuidos a en 8 planos inclinados a 52º con respecto al Ecuador.
Los 4 satélites restantes se colocan en órbitas intermedias, en reserva de los satélites principales.
Las ventajas de estos equipos son:
Todas las ventajas de la órbita baja:
terminales de tamaño similar a los terminales celulares de primera generación y servicio sin ningún retraso de la voz (fenómeno característico de eco generado por los satélites geoestacionarios).
Una cobertura completa y permanente del planeta entre los 70º y –70º de latitud, cada centímetro cuadrado del planeta está cubierto por la constelación Globalstar excluyendo los polos.
Esto permite concentrar toda la capacidad de la constelación en la zona de uso potencial.
Un servicio satelital redundante para cada terminal:
los satélites Globalstar se cruzan por encima de los usuarios.
De esta forma cada terminal, tiene un acceso simultaneo a 4 satélites esto permite evitar los cortes de comunicación cuando un obstáculo surge entre el usuario y un satélite en particular.
Este es el único sistema que presenta esta garantía.
Recepción en bases terrenas.
La recepción de las señales de RF enviadas desde los satélites a la tierra son recibidas por las gateways, o puertas de enlace en la recepción de aquéllas, ya que cuentan con un Centro de Control de Operaciones Terreno (GOCCs), un Centro de Control de Operaciones Satelital (SOCCs), además de la Red de Datos Globalstar (GDN).
Las gateways consisten en tres o cuatro grandes antenas; una base de administración de switches y un control de operación remoto.
Las gateways poseen un servicio de integración con la telefonía regional y local, tanto en redes alámbricas como inalámbricas.
Las redes utilizan los estándares T1/E1 con las interfaces PSTN/PLMN, además de redes celulares GSM/MAP.
GOCC :
Son responsables de planear y controlar el uso de satélites LEO por los terminales de las gateways y para coordinar esto, utilizan los SOCC.
El plan de control de cada GOOCs por las gateways y el control de la ubicación de los satélites es propio para cada gateway.
SOCC :
Manejan la constelación de satélites Globalstar.
El equipo de las SOCC controlan sus órbitas y provee telemetría y un servicio de comandos para las constelaciones.
GDN :
Es la red de conectividad que provee y facilita las intercomunicaciones de área extendida que se derivan de las gateways, de las GOCC y de las SOCC.
Transmisión
Las frecuencias del sistema Globalstar son las siguientes:
1. Enlaces de servicio: Terminal a satélite de 1610 a 1626,5 [MHz] (banda L). Satélite a terminal de 2483,5 a 2500 [MHz] (banda S).
2. Enlace de conexión: Gateway a satélite 5091 a 5250[MHz] (banda C). Satélite a Gateway 6875 a 7055[MHz] (banda C).
Existen varios protocolos de control de acceso al medio que son utilizados en la actualidad, tanto para aprovechar el espectro de frecuencias (conjunto de frecuencias que caracterizan a una señal) como para la inserción de bits de sincronismo y de chequeo de errores en las señales.
Los protocolos más usados en telefonía digital inalámbrica son:
TDMA : Time Divison Multiple Access
FDMA : Frecuency Division Multiple Access
CDMA : Code Division Multiple Access
De estos últimos, el protocolo CDMA es el utilizado (en realidad, DS-CDMA).
TDMA
Con el protocolo TDMA, cada usuario tiene asignado un canal durante una ranura de tiempo sobre un rango de frecuencia. Puede que se utilice la banda de frecuencias completa para la transmisión o, simplemente, un rango de frecuencias dentro de la banda.
Esta técnica involucra a una señal ruidosa debida a la conmutación para el uso del canal. Además, requiere de una sincronización en la recepción para la recuperación de la información deseada.
FDMA
El protocolo FDMA otorga a cada usuario un canal de frecuencia para la comunicación mientras dure.
En el caso de los canales satelitales pueden estar permanentemente asignados.
Este esquema tiene la ventaja de ser relativamente fácil de implementar y sencillo de administrar cuando el número de usuarios es bajo.
Como desventaja, el sistema debe contar con la implementación necesaria para aprovechar al máximo el canal de frecuencias asignado; es poco eficiente cuando el número de usuarios es elevado y no se adapta muy bien a la transmisión de datos, por lo que no es muy usado.
DS - CDMA
Cada usuario tiene todo el ancho de banda de frecuencias asignado para la comunicación durante todo el tiempo que ésta dure, pero su comunicación se realiza utilizando un código que es único.
Dicha codificación es digital, utilizando con ello, técnicas de radio de espectro amplio (RF).
Es por ello que CDMA es la tecnología digital inalámbrica más utilizada, puesto que la utilización del ancho de banda en la comunicación es altamente eficiente, permitiendo una mejor calidad en voz, llegando a ser muy similar a la transmitida en línea alámbrica.
Además, filtra los ruidos de fondo cruces de llamadas, e interferencia por interrupciones o por flujo de señales de ocupado que congestionan el sistema, mejorando en forma considerable la privacidad y calidad de la llamada generada.
El protocolo CDMA se caracteriza por utilizar un espectro amplio de frecuencia determinado para una o más señales superpuestas ortogonalmente durante todo el tiempo de duración de la comunicación.
La ortogonalidad de las señales, generada por un código codificador de la banda base, concede la prácticamente nula posibilidad de colisión entre las señales que comparten el canal; a su vez, la seguridad en la privacidad de la información transmitida capaz de ser reconocida sólo por el receptor del enlace.
Otras características de la tecnología CDMA son las siguientes:
1. Utilización de todo el ancho de banda en el enlace por ensanchamiento de la banda base, superponiendo a los usuarios. Con respecto a un canal analógico, la capacidad aumenta 15 veces en condiciones de máximo flujo.
2. Posibilidad de la creación de nuevos servicios al cliente y evolución del sistema, debido a la versatilidad del código y la señalización digital.
3. Costos inferiores a la tecnología analógica debido al desarrollo de componentes electrónicas digitales.
4. Uso eficiente de las fuentes de poder (baterías) en los aparatos con la tecnología, debido a que la estructura de CDMA se encuentra diseñada para operar en ciertos niveles de potencia. Además, presenta la capacidad de detectar tiempo ocioso en el canal por lo que se disminuye la potencia media de transmisión.
5. Alta relación señal a ruido y baja probabilidad de errores en el código por la utilización de redundancias, debido a la magnitud del ancho de banda utilizado.
Es importante destacar que la tecnología digital CDMA, resulta compatible con otras como AMPS (Advanced Mobile Phone System), que es la base de la mayoría de las redes de teléfonos celulares análogos. También se relaciona con redes de teléfono IS-41 y con redes GSM/MAP, que permiten amplia cobertura y conexión.
Los requerimientos de ancho de banda son muy superiores a otros sistemas, debido a que cada bit transmitido, codificado en forma polar, debe ser multiplicado por una secuencia difusora de chips.
Técnicas de espectro ensanchado
El Ensanchamiento de espectro es una técnica de transmisión en la cual una señal ocupa un ancho de banda que supera considerablemente el mínimo necesario.
La función de ensanchamiento es independiente de la información transmitida y es conocida por el receptor el cual debe sincronizarse con ella para el desensanchamiento del espectro y recuperación de la información.
Algunas técnicas de espectro ensanchado
* Salto en Frecuencia (FHSS: Frecuency Hopping Spread Spectrum):
Consiste en que la portadora se desplace en frecuencia con un patrón determinado, el cual es definido por una secuencia pseudoaleatoria, produciendo el ensanchamiento del espectro. Para la recuperación de esta señal se utiliza un receptor no coherente.
* Salto en tiempo:
Esta técnica implica la división del eje temporal en tramas que son los bloques de información.
Estas tramas se subdividen en ranuras.
La idea es transmitir en forma pseudoaleatoria cada trama en una sola ranura, dejando las otras vacías.
Es así como el ensanchamiento depende de la cantidad de ranuras, siendo ésa la determinante en el incremento del ancho de banda de la señal original.
* Chirp:
Es una técnica de ampliación del espectro que utiliza pulsos chirp.
Esta técnica consiste en un barrido lineal y continuo que desplaza la frecuencia de la portadora y provoca la ampliación del espectro. Su utilización más común es en los sistemas de radar.
* Modulación por Secuencia Directa (DDSS: Direct Sequence Spread Spectrum):
Este tipo de modulación es el más usado en las aplicaciones de espectro ensanchado.
La señal de información es multiplicada con una secuencia pseudoaleatoria con tasa de transmisión mucho mayor que la señal original.
El resultado es una señal de la misma frecuencia que el código ensanchador.
Esta técnica es diferente de TDMA y permite un mejor rechazo a los desvanecimientos de la señal en bandas estrechas del espectro.
Además, cada usuario tiene todo el ancho de banda de frecuencias asignado para su comunicación durante todo el tiempo que esta dure, siendo un tipo de CDMA; pues su comunicación se realiza utilizando un código único.
El problema de este sistema es el gran ancho de banda que necesita.
Otro problema, para lograr una recepción independiente (sin problemas de interferencia entre dos o más comunicaciones) los códigos deben ser ortogonales y las señales mutuamente interferentes deben tener igual potencia.
Eso debe ocurrir, debido a que es un problema inherente a este método, llamado efecto “cerca-lejos”, el cual ocurre cuando los niveles de potencia de las señales no deseadas generadas por otros usuarios son muy grandes en comparación con el nivel de potencia de la señal deseada; y cuando la ganancia de procesamiento del sistema no es suficiente para resolver este problema, otros métodos de ensanchamiento de espectro pueden ser necesarios de implementar.
Técnicas consideradas
* FHSS banda estrecha:
Una trama de bits se envía ocupando ranuras específicas de tiempo en diversos canales de radio frecuencia, es decir, como una combinación entre CDMA, TDMA y FDMA, pues para la comunicación entre usuarios se van a subdividir los ejes de tiempo, frecuencia y código.
La asignación del canal a ocupar por cada usuario depende del código que han acordado al comienzo de la sesión.
* FHSS banda ancha:
Durante el intervalo de un bit se conmutan diversos canales de radio-frecuencia.
Las ventajas del protocolo de acceso múltiple (DS-CDMA, Direct Sequence CDMA) son diversas.
Optimiza bastante el espectro de frecuencias en la transmisión montando información de diversos usuarios en un mismo ancho de banda y tiempo.
La ventaja de utilizar este método de acceso, redunda en la idea de ocupar eficientemente el espectro de frecuencias, dependiendo del número de usuarios solicitando un enlace.
Como desventaja, esta subyacente la idea de perder el asincronismo de DS-CDMA, lo que permitía un retardo mayor en establecer y mantener la comunicación.
Ahora, es necesario en la trama de comunicación, insertar bits de sincronismo de trama y de portadora, capaces de informar exactamente el tiempo en que termina una trama y comienza otra, provocando que la transmisión con FH-CDMA requiera un poco más de ancho de banda.
Sin embargo, ese sincronismo de trama se ve coronado con un menor tiempo en los retardos de propagación.
En conjunto con esto, dada la ortogonalidad entre las señales generadas, FH-CDMA, disminuye ampliamente el BER (Bit Error Rate), con lo que la posibilidad de error por overhead e interferencia por señales a nivel co-canal se hace mínima.
Lo anterior manifiesta una característica significativa frente a la codificación DS-CDMA.
Costo de la red satelital
El costo inicial proyectado de la instalación de los 48 satélites más las 100 estaciones terrenas (proyecto original), alcanzaba la suma de 2,2 billones de dólares estimados.
En marzo del presente año, tras los cambios en la red instalada, y dado los problemas presentados durante la puesta en marcha de este servicio, se tienen en funcionamiento 52 satélites orbitando más 11 estaciones terrenas, con un costo acumulado cercano a los 3,3 billones de dólares.
A fines de este año se proyecta tener 22 estaciones funcionando, de un total que fluctuaría entre 38 y 60 estaciones terrenas, con un costo total de 3,8 billones de dólares.
Costo del servicio
Los costos del servicio incluyen básicamente el de contratar el plan, incluyendo los equipos, y el del minuto cursado en llamadas.
El costo del equipo se encuentra alrededor de los US$1.500, mientras que a continuación se muestran los costos del servicio en Estados Unidos:
Tabla de Costos del servicio por minuto en Estados Unidos
LAS AGENCIAS ESPACIALES Y LA INDUSTRIA AEROESPACIAL
Las agencias espaciales que desarrollaron los primeros ingenios y los sistemas de lanzamiento nacen prácticamente con la NASA en los EEUU, en 1958.
El precursor de los satélites comerciales fue el proyecto SCORE (comunicación de señales por equipos orbitales), preludio del primer satélite de comunicaciones Early Bird, lanzado en abril de 1965.
La industria espacial Europea hace su aparición en el mercado mundial en 1962, con ESRO y la ELDO, alcanzando concertaciones de esfuerzo al crearse en 1975 la AEE, Agencia Espacial Europea.
Actualmente la AEE contribuye a la existencia de una industria aeroespacial que ya es altamente competitiva frente a la industria norteamericana.
LOS PROVEEDORES DE SEGMENTO ESPACIAL
Países con capacidad de lanzamiento
Un total de diez países y el grupo formado por la ESA (Agencia Espacial Europea) han lanzado satélites a órbita, incluyendo la fabricación del vehículo de lanzamiento.
Existen también otros países que tienen capacidad para diseñar y construir satélites, pero no han podido lanzarlos de forma autónoma sino con la ayuda de servicios extranjeros.
El programa espacial de Brasil ha intentado en tres ocasiones fallidas lanzar satélites, la última en 2003.
Iraq aparece en ocasiones como país con capacidad de lanzamiento con un satélite de 1989 aunque no ha sido confirmado.
Corea del Norte afirma haber lanzado su satélite Kwangmyongsong en 1998, aunque tampoco está confirmado.
La ESA lanzó su primer satélite a bordo de un Ariane 1 el 24 de diciembre de 1979.
Kazajistán lanzó su satélite de forma independiente, pero fue fabricado por Rusia y el diseño del cohete tampoco era autóctono.
Canadá fue el tercer país en fabricar un satélite y lanzarlo al espacio, aunque utilizó un cohete estadounidense y fue lanzado desde Estados Unidos.
El San Marco 2 de Italia fue lanzado el 26 de abril de 1967 utilizando un cohete Scout estadounidense.
Australia lanzó su primer satélite el 29 de noviembre de 1967, sin embargo utilizaba un cohete donado Redstone.
Las capacidades de lanzamiento del Reino Unido y Francia están ahora bajo la ESA y la capacidad de lanzamiento de la Unión Soviética bajo Rusia.
El Libertad 1 de Colombia lanzado en 2007 es un satélite miniaturizado de menos de 1 kg.
El 29 de octubre de 2008 fue lanzado en China el primer satélite propiedad de Venezuela fabricado con tecnología china.
Iraq aparece en ocasiones como país con capacidad de lanzamiento con un satélite de 1989 aunque no ha sido confirmado.
Corea del Norte afirma haber lanzado su satélite Kwangmyongsong en 1998, aunque tampoco está confirmado.
La ESA lanzó su primer satélite a bordo de un Ariane 1 el 24 de diciembre de 1979.
Kazajistán lanzó su satélite de forma independiente, pero fue fabricado por Rusia y el diseño del cohete tampoco era autóctono.
Canadá fue el tercer país en fabricar un satélite y lanzarlo al espacio, aunque utilizó un cohete estadounidense y fue lanzado desde Estados Unidos.
El San Marco 2 de Italia fue lanzado el 26 de abril de 1967 utilizando un cohete Scout estadounidense.
Australia lanzó su primer satélite el 29 de noviembre de 1967, sin embargo utilizaba un cohete donado Redstone.
Las capacidades de lanzamiento del Reino Unido y Francia están ahora bajo la ESA y la capacidad de lanzamiento de la Unión Soviética bajo Rusia.
El Libertad 1 de Colombia lanzado en 2007 es un satélite miniaturizado de menos de 1 kg.
El 29 de octubre de 2008 fue lanzado en China el primer satélite propiedad de Venezuela fabricado con tecnología china.
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