COMUNICACIÓN POR SATELITE Un Acercamiento

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1. DESCRIPCION DE SISTEMAS DE SATELITE

El uso de satélites en sistemas de comunicaciones es por mucho un hecho de la vida cotidiana, como se puede en muchos hogares los cuales se equipan de las antenas o “platos”, utilizados para la recepción de la televisión vía satélite. Que tal vez no puede ser tan conocido que los satélites forman una parte esencial en los sistemas de telecomunicaciones por todo el mundo, llevando grandes cantidades de datos y el tráfico telefónico además de señales de televisión. Los satélites ofrecen un número de características no tan fácilmente disponibles por otro medio de comunicaciones. Como las áreas muy extensas de la tierra son visibles desde satélite, el satélite puede formar el punto de inicial de una red de comunicaciones para unir muchos usuarios simultáneamente y estos usuarios que puedan estar separados por grandes extensiones geográficas. El mismo rasgo permite a los satélites proporcionar líneas de comunicaciones a comunidades remotas en las áreas escasamente pobladas que son difíciles de tener acceso por otro medio. Desde luego, señales de satélite no hacen caso de fronteras políticas así como geográficas, que pueden o no poder ser una característica deseable. Para dar alguna idea del coste de la construcción y los gastos de lanzamiento del satélite de Canadiense Anik-E1 (en 1994, dólares canadiense) eran 281.2 millones de dólares, y el Anik-E2, 290.5 millones de dólares. El seguro de lanzamiento combinado para ambos satélites era 95.5 millones de dólares. Un rasgo de cualquier sistema de satélite es que el coste es la distancia insensible, queriendo decir que esto cuesta sobre el mismo para proporcionar una línea de comunicaciones de satélite sobre una distancia corta como esto se hace sobre una distancia grande. Así un sistema de comunicaciones vía satélite es económico sólo donde el sistema está en el empleo continuo y los gastos razonablemente pueden ser extendidos sobre un número grande de usuarios. Los satélites también son usados para observación remota, ejemplos: la detección de contaminación de agua, la supervisión y el reporte de condiciones meteorológicas. Algunos de estos satélites de observación remota también forman un eslabón vital en operaciones de búsqueda y rescate, para el avión derribado y otros sucesos similares. Pritchard (1984) y Brown (1981) dan a una descripción buena del papel de satélites. Para proporcionar una descripción general de sistemas de satélite, brevemente son descritos en este capítulo tres tipos diferentes de usos: (1) el sistema internacional más grande, Intelsat, (2) el sistema doméstico de satélite en los Estados Unidos, Domsat, (3) Administración estadounidense Nacional Oceanográfica y Atmosférica (NOAA) serie de satélites polares orbitales usados para supervisión ambiental y búsqueda y rescate. 1.1. Asignaciones de Frecuencia para Servicios De satélite

La asignación de frecuencias a servicios de satélite es un proceso complicado que requiere la coordinación internacional y la planificación. Esto es realizado bajo el auspicio de la Unión de Telecomunicación Internacional. Para facilitar la planificación de frecuencias, el mundo es dividido en tres regiones:

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Región 1: Europa, África, que era anteriormente la Unión Soviética, y la Mongolia Región 2: El Norte y Sudamérica y Groenlandia Región 3: Asia (excluyendo región 1 áreas), Australia, y el sudoeste - Océano Pacífico Dentro de estas regiones, las bandas de frecuencia se asignan a los distintos servicios por satélite, aunque a un servicio determinado se pueden asignar diferentes bandas de frecuencia en distintas regiones. Algunos servicios proporcionados por satélites son: Fixed Satellite Service (FSS) - (Servicio Fijo por Satélite) Broadcasting satellite service (BSS) - (Servicio de Radio Difusión por Satélite) Mobile satellite services - (Servicios Móviles por Satélite) Navigational satellite services - (Servicio de Navegación por Satélite) Meteorological satellite services - (Servicio de Satélites Meteorológicos) Hay muchas subdivisiones dentro de estas amplias clasificaciones; por ejemplo, el servicio fijo de satélite proporciona enlaces para redes de teléfono de existencia así como para transmitir señales de televisión cablegrafiar empresas para la distribución sobre sistemas de cable. Servicios de satélite que difunden son queridos principalmente para la difusión directa a la casa, el satélite de difusión directa a veces llamado (DBS) el servicio [en Europa pueden conocerlo como directo-a-la-casa (DTH) el servicio]. Servicios móviles de satélite incluirían tierra móvil, marítima móvil y el aeronáutico móvil. Los servicios de navegación de satélite incluyen sistemas de posicionamiento global, y los satélites intencionados para los servicios meteorológicos a menudo proporcionan un servicio de búsqueda y rescate. La Tabla 1.1 muestra las bandas de frecuencias designadas de uso común para los servicios de satélite. La banda Ku significa la banda bajo la banda K, y la banda Ka es la banda encima de la banda K. La banda Ku es lo usado actualmente para satélites de difusión directa y también es usado para ciertos servicios fijos de satélite. La banda C es usada para servicios fijos de satélite, y no permiten a ningunos otros servicios de difusión directos en dicha banda. La banda VHF es usada para ciertos servicios móviles y de navegación, para la transferencia de datos de satélites meteorológicos. La banda L es usada para servicios móviles de satélite y sistemas de navegación. Para el servicio fijo de satélite en la banda C, el sub rango más extensamente usada es aproximadamente 4 a 6 GHz. La frecuencia más alta casi siempre es usada para el enlace de subida al satélite, para los motivos que serán explicados más tarde, en la práctica debe denotar la banda C por 6/4 GHz, dando preferencia a la frecuencia del enlace de subida. Para el servicio de difusión directo en la banda Ku, la gama más extensamente usada es aproximadamente 12 a 14 GHz, que son denotados por 14/12 GHz. Aunque las asignaciones de frecuencia son hechas con mucha precisión, estas pueden estar algo fuera de los valores citados aquí (un ejemplo de frecuencias asignadas en la banda Ku es

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14,030 y 11, 730 MHz), los valores aproximados indicados arriba son bastante satisfactorios para el empleo en cálculos que implican la frecuencia, como se mostrará luego en el texto. El cuidado debe ser ejercido usando referencias publicadas sobre bandas de frecuencia porque las designaciones se han desarrollado de manera algo diferente para usos de comunicaciones y radar; además, no todos los países usan las mismas designaciones. Se muestran las designaciones de banda de frecuencia oficiales ITU en la Tabla 1.2 para su completo entendimiento. Sin embargo, en este texto las designaciones dadas en la Tabla 1.1 serán usadas, con el 6/4 GHz para la banda C y el 14/12 GHz para la banda Ku.

Rango de Frecuencias GHz

Banda Designada

0.1 ~ 0.3 VHF 0.3 ~ 1.0 UHF 1.0 ~ 2.0 L 2.0 ~ 4.0 S 4.0 ~ 8.0 C 8.0 ~ 12.0 X

12.0 ~ 18.0 Ku 18.0 ~ 27.0 K 27.0 ~ 40.0 Ka 40.0 ~75.0 V 75 ~ 110 W 110 ~ 130 Mm

300 ~ 3000 µm

Tabla 1.1: Designación de las Bandas de Frecuencia

1.2. INTELSAT Organización para el Estándar en Telecomunicación Satelital Internacional. La organización fue creada en 1964 y actualmente tiene más de 140 países miembros de la unión y más

de 40 entidades que invierten dinero (ver http: // www.intelsat.com/ para más detalles). Comenzando con el satélite Early Bird en 1965, una sucesión de satélites se ha puesto en marcha en intervalos de unos pocos años. En la Figura 1.1 se ilustra la evolución de algunos de los satélites de INTELSAT. Como se muestra en la figura, la capacidad en términos de número de canales de voz ha aumentado de manera espectacular con cada lanzamiento, así como el diseño. Estos satélites están en órbita geoestacionaria, es decir, que parecen ser estacionaria en relación con la tierra. En este punto debe ser tomado en cuenta que la órbita de satélites geoestacionaria con el plano ecuatorial de la tierra la posición es especificada por su longitud. Para el tráfico internacional, INTELSAT cubre tres regiones principales, la Región de Océano Atlántico (AOR), la Región de Océano Índico (IOR), y la Región de Océano Pacífico (POR). Para cada región, los satélites son colocados en la órbita geoestacionaria encima del océano en particular, donde ellos proporcionan una ruta de telecomunicaciones transoceánica. Las áreas cubiertas por INTELSAT VI se muestran en la Figura 1.2. El tráfico en el AOR es aproximadamente tres veces más que en el IOR y dos veces mayor que el IOR y POR juntos.

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Así el diseño del sistema es adaptado principalmente alrededor de las exigencias AOR (Thompson y Johnston, 1983). Desde mayo de 1999, había tres satélites INTELSAT VI para el servicio en el AOR y dos para el servicio en el IOR.

Tabla 1.2: ITU Designación de Bandas de Frecuencia (fuente ITU Ginebra)

Figura 1.1: Evolución de los satélites de INTELSAT. (de Colino 1985; cortesía de ITU Telecommunications Journal).

Figura 1.2: Areas de cobertura por INTELSAT VI (desde P. T. Thompson and E. C. Johnston, INTELSAT VI: A New Satellite Generation for 1986–2000, International Journal of Satellite Communications, vol. 1, 3–14. © John Wiley & Sons, Ltd.) INTELSAT series VII - VIIA se puso en marcha durante un período comprendido entre octubre de 1993 a junio de 1996. La construcción es similar a la serie V y VA/VB la cual se muestra en la Figura 1.1, en la serie VII están provistas de velas solares en lugar de un cuerpo cilíndrico. La serie VII está prevista para el servicio en el POR y también para algunos de los servicios menos exigente en el AOR. La cobertura del haz de la antena es apropiada para el POR. En la Figura 1.3 se muestra la huella del haz de la antena para la banda C y la zona que se cubre en la cobertura hemisférica, así como el haz puntual de la cobertura posible por las antenas de banda Ku (Lilly, 1990; Sachdev et al., 1990). Cuando se utiliza en el AOR, los satélites serie VII se invierte de norte a sur (Lilly, 1990), luego de pequeños ajustes que se necesitan sólo para optimizar los patrones de la antena para esta región. La vida útil de estos satélites oscila entre los 10 a 15 años dependiendo del vehículo de lanzamiento. Las cifras recientes de la página web de INTELSAT sobre la capacidad de INTELSAT VII son de 18000 circuitos bidireccionales de teléfono y 3 canales de TV, se puede lograra hasta 90.000 en dos circuitos de vía telefónica con el uso de la "multiplicación de circuitos

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digitales." La INTELSAT VII/A tiene una capacidad de 22.500 en modo de teléfono de dos circuitos y 3 canales de TV; logrando hasta 112.500 en modo de teléfono de dos circuitos con el uso de multiplicación de circuitos digitales. En mayo de 1999, cuatro satélites se encontraban en servicio durante el AOR, una en el IOR, y dos en el POR

Figura 1.3: Coberturas por INTELSAT VII (Pacific Ocean Region;

Global, Hemisférica, and vías terrestres) El satélite INTELSAT serie VIII-VII/A fue lanzado en el período de febrero de 1997 a junio de 1998. Los satélites de esta serie tienen la capacidad como la serie VII/A y una vida útil de 14 a 17 años. Es una práctica común tener un satélite en órbita en las rutas de alta fiabilidad y tener un satélite de repuesto en caso de fallo de lanzamiento. Por lo tanto, el costo para los grandes sistemas internacionales puede ser elevado, por ejemplo, la serie IX, que se describe a continuación, representa una inversión total de aproximadamente $ 1 billon. Los satélites INTELSAT IX son las últimas de la serie (Tabla 1.3). Ellos proporcionarán una gama mucho más amplia de servicios que antes y la promesa de servicios tales como Internet directo al hogar (DTH), televisión, la telemedicina, la educación, y el vídeo interactivo y multimedia. Además de proporcionar las rutas transoceánicas, los satélites de INTELSAT se utilizan también para el servicio doméstico dentro de un país determinado y los servicios regionales entre los países. Dos de esos servicios son Vista por teléfono e Internet para el intercambio de datos. Figura 1.4 muestra las vistas típicas de las aplicaciones.

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Tabla 1.3: INTELSAT serie IX Satélite Geoestacionario.

1.3. U.S. Domsats Domsat es una abreviatura para el satélite domestico. Los satélites domésticos se utilizan para proporcionar diversos servicios de telecomunicaciones, tales como voz, datos y transmisiones de vídeo, dentro de un país. En los Estados Unidos todos los Domsat’s se encuentran en órbita geoestacionaria. Como es bien sabido, que ponen a disposición una amplia selección de canales de televisión para el mercado de entretenimiento para el hogar, además de llevar una gran cantidad de tráfico de telecomunicaciones comerciales. EE.UU. Domsats que proporcionan directamente a los hogares servicio de televisión se pueden clasificar en términos generales como de alta potencia, de media potencia, y de baja potencia (Reinhart, 1990). La definición de las características de estas categorías se muestra en la Tabla 1.4. La principal característica distintiva de estas categorías es la Potencia Isotrópica Radiada Equivalente (EIRP). Pero a los efectos hay que señalar que el límite superior de la EIRP es de 60 dBW para la categoría de alta potencia y 37 dBW para la categoría de baja potencia, una diferencia de 23 dB. Esto representa un aumento de la potencia recibida de 102:3 o sobre 200:1 en la categoría de alta potencia, que permite que las antenas mucho más pequeñas puedan ser usadas con el receptor.

Tabla 1.4: Características de la definición de tres categorías de Estados Unidos de los

Sistemas DBS. ITU: International Telecommunication Union; FCC: Federal Communications Commission.

Fuente: Reinhart, 1990

Figura 1.4: (a) Vista típica de aplicación, (b) Vista nacionales y regionales de red estándar con entradas A o B (desde Colino, 1985; courtesy of ITU Telecommunication Journal.)

Como se observa en la tabla 1.4, el objetivo principal de los satélites en alta categoría de potencia es proporcionar un servicio DBS. En la categoría de potencia media, el objetivo principal es punto a punto, pero los espacios pueden ser arrendados en estos satélites para la prestación de servicios de la DBS. En la categoría de baja potencia, no oficial de la DBS se prestan los servicios. Sin embargo, se descubrió rápidamente por experimentadores que una amplia gama de programación de la radio y la televisión podría ser recibido en esta banda, y ahora es considerado un servicio de facto de la DBS, testimonio de que es el gran número de canales de TV recibe sólo (TVRO) platos que han aparecido en los patios y en los tejados de las casas en América del Norte. TVRO recepción de señales de banda C en el hogar está prohibida en muchas otras partes del mundo, en parte por razones estéticas, debido a la comparativamente grandes platos utilizados, y en parte por razones comerciales. Muchos de América del Norte banda C televisión están cifrados, codificados o, para evitar el acceso no autorizado, aunque esto también parece ser un nuevo metro de desove en el sector de descodificadores. Como se muestra en la Tabla 1.4, el verdadero servicio DBS tiene lugar en la banda Ku. Figura 1.5 muestra los componentes de un sistema de satélites de radiodifusión directa (Gobierno de Canadá, 1983). La señal de televisión puede ser transmitida a través de una conexión terrestre a la estación de enlace de subida. Esto envía un haz estrecho de la señal de satélite en la banda de 14 GHz. El satélite retransmite la señal de televisión en una gran viga en el de 12 GHz de frecuencia de banda. Individuales dentro de la zona de cobertura del haz recibirá la señal del satélite

Figura 1.5: La Tabla 1.5 muestra las asignaciones de la órbita de satélites fijos nacionales de los Estados Unidos (FCC, 1996). Estos satélites están en órbita geoestacionaria. La Tabla 1.6 muestra la

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U.S. banda Ka tareas. Tales como los servicios de banda ancha a Internet (véase el cap. 15) puede operar en frecuencias de la banda Ka. En 1983, los EE.UU. Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) ha adoptado una política de fijación de objetivos de 2°(Grado Sexagesimales) como mínimo para orbitar el espaciamiento de los satélites que funcionan en la banda 6/4-GHz y 1,5° para las que operan en la banda 14/12-GHz (FCC , 1983). Es evidente que la interferencia entre los circuitos de satélite es probable que aumente en los satélites si se colocan más cerca juntos. Estas separaciones actualmente representan el mínimo alcanzable en cada banda en los niveles aceptables de interferencia. De hecho, parece probable que en algunos casos los receptores de casa de satélite en la banda 6/4-GHz pueden ser objeto de una injerencia excesiva en el espaciamiento empleado de 2°.

1.4. Satélites en órbita polar Las orbitas de los satélites en órbita polar de la tierra circulan de tal forma que cubren las regiones polares de norte a sur. (Tenga en cuenta que el plazo de órbita polar no significa que las órbitas de los satélites es en torno de uno a otro de los polos). Figura 1.6 muestra una órbita polar, en relación a la órbita geoestacionaria. Considerando que sólo hay una órbita geoestacionaria, existen, en teoría, un número infinito de órbitas polares. Experiencia de los EE.UU. con los satélites meteorológicos ha llevado a la relativamente baja utilización de las órbitas, que van de altitud entre 800 y 900 km, en comparación con 36.000 km de la órbita geoestacionaria.

Figura 1.6: Órbita Geoestacionaria y una Posible Orbita Polar

2. Bibliografía Satellite Communications – Mc Graw Hill, 3° Edition