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Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Introducción a las Comunicaciones Satelitales SUMARIO 1.1 Historia de las comunicaciones satelitales. 1.2 Comunicaciones Satelitales 1.3 Frecuencias de operación 1.4 Organizaciones internacionales ANEXO 1- Artículo de Clarke INTRODUCCIÓN El presente módulo es el introductorio al curso, por lo cual iniciaremos revisando un poco de historia del desarrollo de los sistemas satelitales, desde su concepción hasta su implementación. Recordemos que es gracias a los satélites que no hay lugar de la superficie de la tierra que pueda estar incomunicada, y la diversidad de servicios que se prestan es muy amplia. Por tanto revisaremos de manera general los servicios que se proveen y lo tipos de satélites que se han desarrollado para proveerlos. A continuación se trataran otros aspectos importantes que se deben conocer de las comunicaciones satelitales, como son sus frecuencias de operación y las ventajas comparativas de las comunicaciones satelitales. Finalmente se terminará el módulo con una revisión de las principales organizaciones internacionales que han impulsado el desarrollo de las comunicaciones satelitales a nivel mundial. Introducción a las Comunicaciones Satélites 1 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 DESARRROLLO DEL MÓDULO 1.1 HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES SATELITALES 1.1.1 Evolución de la visión humana Los primeros satélites tienen la antigüedad del universo. La luna alrededor de la tierra, la tierra y los planetas alrededor del sol, el sistema solar dentro de la vía láctea son ejemplos de un movimiento elíptico continuo sobre el cual se basa las comunicaciones a través de los satélites artificiales, a los cuales se les llama comúnmente satélites. Desde tiempos ancestrales el hombre ha visto el movimiento en el universo y se ha explicado de diferentes formas dicho movimiento, generándose un dinámico proceso de entendimiento de los mecanismos del universo que si bien se ha ido perfeccionando en el tiempo, aún depara muchos misterios. A continuación se resume brevemente la evolución del pensamiento de referentes históricos sobre el movimiento de los denominados cuerpos celestes: Teoría Geocéntrica de Ptolomeo Ptolomeo vivió en Siglo II dc, pero sus teorías astronómicas influyeron en el pensamiento astrónomo y matemático científico hasta el siglo XVI. Ptolomeo postulaba la Teoría Geocéntrica donde la Tierra estaba inmóvil y que ocupaba el centro del Universo y el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas, giraban a su alrededor. Cabe mencionar que esta idea ya había sido enunciada por Aristóteles en el Siglo IV ac. Figura 1: Claudio Ptolomeo, según un grabado alemán del SXVI Introducción a las Comunicaciones Satélites 2 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Teoría Heliocéntrica de Copernico Nicolás Copérnico (Polonia, 1473 –1543) postuló la teoría Heliocéntrica, donde señalaba que la Tierra y los demás planteas giran alrededor del Sol y que el Sol era el centro del Universo. La Tierra gira alrededor del Sol en un año y al mismo tiempo sobre sì misma en 24 horas. Además sostiene que le universo es esférico, las órbitas son circulares y los movimientos son uniformes. Este postulado lo dio a conocer en su libro, "De Revolutionibus Orbium Coelestium" (de las revoluciones de las esferas celestes), que es usualmente concebido como el punto inicial de la astronomía moderna. Es importante mencionar que no fue la primera persona en postular la Teoría Heliocéntrica. Existen referencias de Aristarco de Samos que el siglo III ac ya había desarrollado este modelo. Leyes de Kepler Johannes Kepler (Alemania, 1571 - 1630), va un paso más allá de la teoría heliocéntrica, explicando el movimiento de los planetas sobre su órbita alrededor del sol, en sus famosas tres leyes: Primera Ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas, estando el Sol situado en uno de los focos. Segunda Ley (1609): El radio que une cada Planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales. Tercera Ley (1618): el cuadrado del período orbital de un planeta alrededor del Sol es directamente proporcional al cubo de la distancia media de sus centros de masa. Galileo Galilei Galileo Galilei (Italia, 1564 - 1642), considerado como el "padre de la astronomía moderna", perfeccionó el telescopio y a través de sus observaciones corroboró las ideas de Copérnico, y se considera que su trabajo es complementario al de Kepler. Es también conocido por los problemas que tuvo con la Iglesia Católica por las ideas que proponía. Leyes de Isaac Newton Sir Isaac Newton, (Inglaterra, 1643 –1727) postuló la Ley de gravitación universal en la serie de libros denominados Philosophiae naturalis principia mathematica, (más conocidos como los Principia) donde explica la fuerza de gravedad: “Cada cuerpo del Universo atrae a otro cuerpo con una fuerza proporcional al cuadrado de la distancia existente entre ellos”. Combinando la ley de Introducción a las Comunicaciones Satélites 3 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 gravitación universal con las denominadas 3 leyes de Newton se pueden deducir y explicar las leyes de Kepler sobre el movimiento planetario Newton además sentó las bases de las teorías actuales sobre la formación y constitución del Universo, entre ellas la Teoría de la Relatividad de Einstein y demás postulados de la Astronomía contemporánea. 1.1.3 Origen de las comunicaciones por satélite Entre los pioneros de las comunicaciones satelitales deben necesariamente ser nombradas las siguientes personalidades: Hermann Noordung 1892 – 1929: el primer hombre que calcula la órbita Geoestacionaria para una estación espacial, con propósitos científicos y militares. Arthur C. Clarke 1917-2008: propuso el uso de satélites artificiales en órbita Geoestacionaria como un nuevo sistema de comunicaciones globales. Sergei Korolev 1907-1966: director del programa espacial ruso, que puso a ese país a la cabeza de la exploración espacial, incluyendo el lanzamiento del primer satélite artificial, el Sputnik I. John Pierce 1910-2002: llegó a la misma idea que Clark de manera independiente y desde su trabajo en Bell Laboratories hizo importantes desarrollos en las comunicaciones satelitales. También estuvo atrás del lanzamiento del primer satélite comercial, el Telstar I. Harold Rosen 1926- : lidero el lanzamiento del primer satélite que uso la órbita Geoestacionaria. De todos ellos, la primera referencia a lo que son hoy los satélites de comunicaciones la hizo en octubre de 1945 el inventor y escritor británico de ciencia ficción Sir Arthur C. Clarke quién publicó en la revista Wireless World el articulo titulado “Extra Terrestrial Relays” en el cual incluía la propuesta de un sistema de comunicación global utilizando estaciones espaciales hechas por el hombre. Esta propuesta, básicamente, era: “Un satélite artificial a la distancia apropiada de la tierra puede hacer una revolución cada 24 horas, esto es, podría parecer estacionario sobre un punto de la superficie de la Tierra, y tendría un rango óptico de casi la mitad de la superficie terrestre. Tres estaciones repetidoras, con una separación de 120º entre sí, pueden dar cobertura de señales de radio y microondas a prácticamente todo el planeta”. Introducción a las Comunicaciones Satélites 4 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 2: Órbita estacionaria de Clarke En la siguiente figura se puede apreciar como la velocidad a la que orbita un satélite alrededor de la Tierra disminuye conforme aumenta la distancia, y al mismo tiempo como aumenta el periodo de órbita por causa del mismo alejamiento (nótese como se cumple la tercera ley de Kepler de la relación de distancia y periodo del satélite). Por tanto la distancia a la cual el satélite tiene un periodo de 24 horas es de 42,000 km del centro de la Tierra o 36,000km de su superficie, altura a la cual el satélite estaría girando a una velocidad aproximada de 3km/s. 8 20 IT RB 16 DO 7 AL O 6 IO ER P 12 5 VEL OCID 8 4 AD O RBIT AL 4 0 3 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 VELOCIDAD ORBITAL (Km/Sec) PERIODO ORBITAL (Horas) 24 45000 DISTANCIA AL CENTRO DE LA TIERRA (Km) Figura 3: Variación del periodo orbital y velocidad con la distancia al centro de la tierra Fuente: Elaboración propia en base al artículo de Clark Introducción a las Comunicaciones Satélites 5 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Clarke describió lo que se conoce bajo el nombre de satélites geoestacionarios, cuya principal ventaja es que se encuentran justamente estacionarios con respecto a la Tierra, lo cual permite entre otras cosas poder hacer uso de antenas fijas directivas, cuyas altas ganancias permiten a su vez tener transmisiones robustas. Esto último es relevante puesto que la cantidad de información (ancho de banda) que se puede transmitir está en relación directa a la potencia que lleva dicha señal. Se recomienda al alumno que lea el artículo de Clarke cuya copia del original se muestra en el Anexo 1. Se puede aprecia que pese a ser relativamente corto y novedoso para la época, postula ideas visionarios y prácticas de lo que en su momento se consideró ciencia ficción pero que luego se convertiría en realidad. A continuación se muestra una breve cronología histórica del desarrollo tecnológico de las comunicaciones satelitales. 1.1.3 Cronología Es con el desarrollo del primer satélite artificial: el SPUTNIK 1(compañero de viaje en ruso), que la idea de Clark comenzó a transformarse en realidad. Este satélite fue lanzado por la URSS el 4 de octubre de 1957 en una órbita elíptica de baja altura. Este satélite sólo emitía un tono intermitente, y estuvo en funcionamiento durante 21 días, marcando así el inicio de la era de las comunicaciones vía satélite. Investigadores de la Universidad Johns Hopking comprobaron la posibilidad de determinar con gran precisión la órbita del satélite a partir del desplazamiento Doppler sufrido por la señal portadora de frecuencia 20 MHz que emitía (como consecuencia del movimiento del satélite) y del conocimiento preciso de la posición del receptor que la sintonizaba, sentando la base tecnológica de los actuales sistemas de navegación GPS. Figura 4: Sputnik 1 Introducción a las Comunicaciones Satélites 6 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 El SPUTNIK 1 era una esfera de aluminio de 58 cm de diámetro y con un peso de 83 kilogramos. Tardaba 96,2 minutos en dar la vuelta a la Tierra y describía una órbita elíptica que alcanzaba su apogeo a una altura de 946 km y su perigeo a 227 km. Contaba con instrumentos que durante 21 días enviaron información a la Tierra sobre radiación cósmica, meteoritos y sobre la densidad y temperatura de las capas superiores de la atmósfera. Al cabo de 57 días orbitando la Tierra el satélite entró en la atmósfera terrestre y se destruyó por efecto del calor debido al rozamiento aerodinámico. El lanzamiento del SPUNIK 1 fue todo un suceso. Estados Unidos y el resto del mundo fueron sorprendidos, porque nadie pensó que los soviéticos tuvieran la tecnología para semejante hazaña. En plena guerra fría con ambos bandos habiendo desarrollado tecnología nuclear, los soviéticos rompieron el balance y ambas potencias entraron en una trepidante carrera espacial. Un mes luego se pone en órbita el SPUTNIK 2, con la perrita Laika a bordo, que duró 162 días en órbita. Laika no sobrevivió al viaje, su experiencia demostró que es posible que un organismo soporte las condiciones de microgravedad, abriendo camino así a la participación humana en vuelos espaciales. Tras Laika, la URSS enviaría al espacio 12 perros de los cuales 5 llegarían vivos de vuelta a tierra. Figura 5: Laika a bordo del Sputnik 2, primer ser vivo en orbitar la Tierra Figura 6: Sputnik 2 Al año siguiente y luego de varios intentos fallidos, el 31 de enero de 1958, los Estados Unidos lanzaron desde Cabo Cañaveral el EXPLORER. Esta era una nave cilíndrica de 14 kg de peso, 15 Introducción a las Comunicaciones Satélites 7 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 cm de diámetro y 2 metros de longitud, que estuvo transmitiendo mediciones de radiación cósmica y micrometeoritos durante 112 días, y aportó los primeros datos desde un satélite que llevaron al descubrimiento de los cinturones de radiación de Van Allen. El 17 de marzo de 1958, los Estados Unidos lanzaron su segundo satélite, el VANGUARD 2 que estuvo transmitiendo señales durante más de 6 años; a éste le siguió el satélite estadounidense EXPLORER 3, lanzado el 26 de marzo de 1958, y el soviético SPUTNIK 3, lanzado el 15 de mayo de ese mismo año. Este último, que pesaba 1.327 kg, efectuó mediciones de la radiación solar, la radiación cósmica, los campos magnéticos y otros fenómenos, hasta que dejó su órbita en abril de 1960. Figura 8: Explorer Figura 7: Explorer El 18 de diciembre de 1958 se lanzó el satélite SCORE que, con un peso de 70 kg puede considerarse, de alguna manera, como el primer satélite de “comunicaciones” aunque pasivo, pues disponía de un transmisor que radiaba la información contenida en un magnetófono, constituida por el mensaje de felicitación de Navidad del Presidente Eisenhower. Probablemente el primer satélite repetidor totalmente activo fue el COURIER, lanzado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos en octubre de 1960. Este transmitía conversaciones y telegrafía, pero solo duró 70 días. Fue el primer satélite de comunicaciones que usó paneles solares para obtener la energía que necesitaba. El 10 de julio de 1962 se lanzó el TELSTAR 1, el primer satélite en recibir y transmitir señales de Televisión entre Estados Unidos y Europa. Introducción a las Comunicaciones Satélites 8 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 9: Telstar 1 El SYNCOM 3 fue el primer satélite de órbita geoestacionaria, lanzado por la NASA en 1963. Entre otras aplicaciones, se utilizó para transmitir los Juegos Olímpicos de Tokio en agosto del año 1964. Figura 10: Symcom 3 El INTELSAT 1 mejor conocido como Pájaro Madrugador o Early Bird fue el primer satélite internacional de órbita geosíncrona, lanzado por el consorcio internacional INTELSAT desde los Estados Unidos el 6 de abril de 1965 y que, colocado sobre el Océano Atlántico, proporcionaba una capacidad de 240 circuitos de voz para uso comercial. Introducción a las Comunicaciones Satélites 9 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 12: Molniya 1 Figura 11: Intelsat 1 Fuente: Intelsat El sistema MONLNIYA (relámpago en ruso) fue la primera red satelital doméstica, y fue lanzado en 1967 por la Unión Soviética; consistía en una serie de 4 satélites en órbitas elípticas con una cobertura de 6 horas por satélite. La Agencia Espacial Europea (ESA) comenzó sus lanzamientos (programa Eutelsat) en el año 1982 desde un centro espacial en la Guayana Francesa; anteriormente, y como precursor experimental, se había lanzado en 1978 el Orbital Test Satellite (OTS), que aportó una valiosa experiencia sobre la utilización de las bandas de frecuencias de 14 GHz y 11 GHz. Estos satélites utilizando tecnología digital cubrían el servicio de televisión internacional de la Unión Europea de Radiodifusión (URE). El resto es historia reciente y en la actualidad hay satélites artificiales de comunicaciones, navegación, militares, meteorológicos, de estudio de recursos terrestres y científicos, de ayuda a la navegación, etc. cientos de ellos operativos y en distintas órbitas. 1.1.4 Estadísticas En los siguientes dos gráficos se resumen 50 años de historia en las comunicaciones satelitales. Si se contabiliza desde 1,957, cuando la Luna dejó de ser el único satélite alrededor de la Tierra, hasta el 2007 son más de 6,500 satélites los que se han puesto en órbita1. En el siguiente gráfico se muestran los lanzamientos por país, con un liderazgo marcado por la Ex-URSS. 1 Claude Lafleur, Octubre 2007 Introducción a las Comunicaciones Satélites 10 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 13: Cantidad de satélites lanzados desde 1,957 hasta el 2007 Fuente: http://claudelafleur.qc.ca/images/50yr-owners.jpg En el siguiente gráfico se muestra que el predominio que ha tenido la Ex-URSS de forma histórica fue en gran magnitud durante la guerra fría, ya la mayoría de satélites tenía por objeto servicios militares. Este predominio fue decayendo conforme fue finalizando la guerra fría y se inició el denominado proceso de la Perestroika a finales de los años ochenta. Figura 14: Cantidad de satélites lanzados desde 1,957 hasta el 2007 Fuente: http://claudelafleur.qc.ca/images/50yr-owners.jpg Introducción a las Comunicaciones Satélites 11 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Asimismo, las figuras anteriores se complementan con esta estadística general de los motivos por los cuales fueron lanzados dichos satélites. Figura 15: Propósitos de los satélites lanzados desde 1,957 hasta el 2007 Fuente: http://claudelafleur.qc.ca/images/50yr-owners.jpg En estos 50 años muchos de los satélites han dejado de operar, ya que todos tienen un tiempo de vida limitado. Respecto a estadísticas de cuantos satélites hay operando en la actualidad, existen aproximadamente 1,000, cuyo detalle se puede ver en las siguientes tablas; primero ordenado por tipo de órbita y luego por los principales países. Figura 16: Cantidad de satélites operativos por tipo de órbita al 31 de Mayo 2,013 Fuente: http://www.ucsusa.org/nuclear_weapons_and_global_security/space_weapons/technical_issues/ucs-satellite-database.htm Introducción a las Comunicaciones Satélites 12 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 17: Cantidad de satélites por País Fuente: elaboración propia en base a http://www.ucsusa.org 1.2 COMUNICACIONES SATELITALES 1.2.1 Definición del satélite Un satélite de comunicaciones es, en esencia, un repetidor de señales de radio en el espacio. Las señales enviadas por las estaciones terrenas son recibidas por el satélite, son amplificadas y regresadas a la tierra. Figura 18: Satélite GEO NSS-8, plataforma Boeing – Serie 702 (2007) 6 TN de peso y 6.6 Ghz de ancho de banda Introducción a las Comunicaciones Satélites 13 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 1.2.2 Clasificación de los Satélites Se van a revisar tres formas de clasificar a los satélites en general: clasificación por servicio, por masa y por tipo de órbita. De las tres la más usada es la última, y es la que se va a utilizar a lo largo del curso. Existen otras clasificaciones que no se van a tocar en el curso, y que como referencia se dan a los alumnos. Éstas son clasificación por el tipo de aplicación: Exploración, Comunicaciones, Navegación y Radiodeterminación , y clasificación por aplicación: Militar, Civil y Mixta. 1.2.2.1 Clasificación por Servicio Este criterio de clasificación refiere al tipo de servicio que prestan. DBS (Digital Broadcast Service): Servicio que distribuye una señal de audio, vídeo o datos sobre una área extensa predeterminada, haciendo uso de sistemas especialmente concebidos para ello, permitiendo la recepción con terminales de pequeño diámetro (60 cm para TV). También se le denomina BSS (Broadcast Satelite Service) Figura 19 - DirecTV Fuente (www.getgodtv.com/) DAB (Digital Audio Broadcasting): El sistema DAB (Digital Audio Broadcasting) se origino en 1987 como un proyecto europeo denominado Eureka 147. El DAB es una tecnología que permita la difusión de audio de forma digital, el DAB es un sistema muy robusto diseñado para receptores tanto domésticos como portátiles y, especialmente, para la recepción en móviles; para la difusión por satélite y para la difusión terrenal y que, además del audio, nos permite introducir datos. Ejemplos de este servicio son XM Radio o Sirius (USA). Introducción a las Comunicaciones Satélites 14 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 20 – receptor de XM Radio GPS (Global Positioning System): Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) que nos permite fijar a escala mundial la posición de un objeto, una persona, un vehículo o una nave. Ejemplo de este servicio es el Navistar (de la marina de USA). Figura 21 – sistema Navistar FSS (Fixed Satellite Systems): Son los sistemas que estando fijos se usan generalmente para proveer recursos de ancho de banda a empresas operadoras. En esta categoría se encuentran los sistemas satelitales como INTELSAT, EUTELSAT, etc. Introducción a las Comunicaciones Satélites 15 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 22 – Satélites de Eutelsat MSS (Movil Satellite Systems): Son satélites que proveen servicios para usuarios móviles por lo general de amplia cobertura o cobertura global. Ejemplos de estos sistemas son: - Sistema satelital LEO de voz. Por ejemplo sistema Iridium. - Sistema satelital GEO de voz. Por ejemplo Thuraya (Emiratos Arabes Unidos). Figura 23 – Constelación Iridium, 6 planos orbitales polares con 11 satélites por plano 1.2.2.2 Clasificación por Masa Este criterio de clasificación refiere al peso del satélite puesto en órbita, incluyendo el combustible, el cual es útil como factor de ponderación cuando se tiene que considerar el costo asociado al lanzamiento de un satélite. Introducción a las Comunicaciones Satélites 16 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Categoría Masa (kg) Ejemplo Plataformas grandes > 1,000 INMARSAT-4 Plataformas medianas 500 – 1,000 GIOVE-A Minisatélites 100 - 500 UK-DMC Microsatélites 10 – 100 PICOSat Nanosatélites 1 – 10 SNAP-1 Picosatélites 0.1 – 1 PalmSat Femtosatélite < 0.1 PCBSat Plataformas pequeñas Figura 24 – Clasificación por masa Fuente: elaboración propia En este esquema de clasificación el termino “satélites pequeños” abarca todas las plataformas con masas en orbita menores a 500 Kg. Agencias particulares y organizaciones pueden tener una nomenclatura particular para ciertas sub-categorias. Por ejemplo, los satélites pequeños son llamados por el DARPA del Departamento de Defensa de EE.UU. como LightSats, por el Comando Espacial de la Marina de EE.UU. como SPINSat’s (Single Purpose Inexpensive Satellite Systems) y por la Fuerza Aérea de EE.UU. como TACSat’s (Tactical Satellites). FIGURA 25: Categorías de Satélite por Masa. Fuente: Surrey Space Centre Introducción a las Comunicaciones Satélites 17 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 1.2.2.3 Clasificación por Tipo de Órbita Este criterio de clasificación refiere a la trayectoria que sigue el satélite. Los parámetros típicos para caracterizar las diferentes orbitas son los siguientes: Apogeo: distancia máxima de la tierra. Perigeo: distancia mínima de la tierra Excentricidad: mide la forma de una elipse, una orbita circular tiene excentricidad igual a cero. Periodo: es el tiempo que demora a un satélite en dar una vuelta a la tierra. Inclinación: es la inclinación entre el plano de la orbita y el ecuador. Corrimiento Doppler: es proporcional a la tasa de cambio de la distancia entre el satélite y la estación terrena. Parámetros Típicos Tipo de Orbita Apogeo Perigeo (Km) (Km) Excentricidad Periodo inclinación Corrimiento (grados) Doppler Geoestacionario 35,786 35,786 0 1 dia sideral 0.0 Ninguno o bajo Geosíncrona 35,786 35,786 Cercana a 0 1 dia sideral 0 – 90 Bajo Molniya 39,400 1,000 Alta ½ dia sideral 62.9 Alto Baja / Media Variable Variable 0 hasta Alta 100 minutos o mas 0 - 90 Muy alto Figura 26 – Orbitas usadas por las comunicaciones satelitales Fuente: elaboración propia en base a Principles of Communications Satellites -Gordon and Morgan En las siguientes dos figuras vemos los tipos de órbita en su conjunto, y se puede apreciar proporcionalmente las diferencias tanto en distancia como en inclinación entre ellas Introducción a las Comunicaciones Satélites 18 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 27: Tipos de órbita Figura 28: Tipos de órbita Introducción a las Comunicaciones Satélites 19 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Satélites de Órbitas Geoestacionarias (Geostationary Earth Orbit - GEO) Indica un orbita geosincrónica, es decir gira en sincronía con la rotación de la tierra, en la misma dirección, por encima de la línea ecuatorial (Latitud 0º) con una inclinación muy cercana a cero. Para que la Tierra y el satélite igualen sus velocidades es necesario que este ultimo se encuentre a una distancia fija de 35,786 Km. sobre el ecuador. El retardo aproximado que demora en llegar una señal desde la superficie de la tierra hasta el satélite es de 0.12 segundos. La distancia desde la tierra que tiene un satélite GEO permite abarcar un área muy grande de cobertura, casi una cuarta parte de la superficie de la tierra. Adicionalmente cuenta con una vista las 24 horas del día de un área en particular. Estos factores hacen este tipo de orbita ideal para Broadcast por satélite y otras aplicaciones multipunto. Figura 29: Satélites de Comunicación Comerciales – GEO Fuente: www.gilat.com Al permanecer el satélite en una posición relativamente constante respecto a la tierra, este permanece sin moverse y viendo siempre la misma porción de la tierra. Si se considera que el beam del satélite hacia la tierra y el de la estación de tierra hacia el satélite permanecen inmóviles, esto simplifica el diseño y los requerimientos de operación tanto para el satélite como las estaciones terrenas. Asimismo esto permite minimizar los errores debido al corrimiento Doppler. Entre las desventajas de estos satélites se tiene que al tener una distancia muy grande hasta la tierra, se tiene tanto una señal comparativamente mas débil en potencia y un retardo mayor en la Introducción a las Comunicaciones Satélites 20 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 propagación de la misma. Asimismo al estar orbitando sobre el ecuador se presentan dificultades cuando se quiere transmitir a regiones cercanas a los polos. Figura 30: Cobertura de satélite GEO Hispasat-1C Debido a que estos satélites requieren una mayor capacidad del vehiculo de lanzamiento para alcanzar una orbita geoestacionaria, así como una mayor energía para mantener el satélite en su posición geoestacionaria, estos satélites se caracterizan por ser grandes, caros, y difíciles de lanzar. El tiempo de vida promedio de este tipo de satélites es de 14 a 17 años. Satélites de Órbitas Bajas (Low Earth Orbit – LEO) Los satélites LEO orbitan a distancias mucho mas cortas que los satélites GEO, en el rango de 500 a 1,500 Km. por encima de la superficie. Su orbita es circular o elíptica e inclinada (generalmente de orbita polar, esto es que pasa por encima de los polos del planeta, permitiendo de esta manera pasar sobre cada punto del planeta cuando este gira sobre su eje). Debido a su orbita mas baja, estos satélites no permanecen en una posición fija respecto a la superficie, y son solo visibles sobre el horizonte entre 15 y 20 minutos en cada periodo, el cual dura aproximadamente 90 minutos. Los principales tipos de orbita LEO son: Orbita LEO Polar: Cuando la inclinación de un satélite LEO es de aproximadamente 90º, se dice que es de orbita LEO Polar, esta orbita tiene cobertura global al pasar por los dos polos, con una altitud típica entre 600 y 800 Km. Introducción a las Comunicaciones Satélites 21 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Orbita sincronizada con la Tierra: El punto subsatelite repite traza sobre la tierra a intervalos regulares. Orbita LEO Helio-síncrona: El plano orbital rota a la misma velocidad con que la tierra se mueve alrededor del sol, esto permite que el satélite sobrevuele el territorio a la misma hora del día. Orbita LEO Tierra-Sol-síncrona: Cumple los requisitos de la orbita sincronizada con la tierra y con el sol. Orbita de LEO Derivación Cero: Ocurren al tener una orbita a 6378 Km. con un numero n de orbitas que se repiten cada día. Figura 31: Rastreo de Orbita típico de LANDSAT para orbitas diarias. Fuente: NASA Entre las ventajas de los satélites LEO podemos mencionar que debido a su proximidad ala la tierra comparada a los satélites GEO, estos entregan una mejor potencia de las señales y un menor tiempo de retardo (aproximadamente 0.005 segundos), lo cual es positivo para comunicaciones punto a punto. Adicionalmente, al tener una menor área de cobertura, esto significa que se tiene un uso mas eficiente del ancho de banda. El footprint o huella es de alrededor de 3,000 a 4,000 Km. Otra ventaja de estos satélites es que al ser livianos y pequeños son mas fáciles de lanzar, lo que da una capacidad de multilanzamiendo. Introducción a las Comunicaciones Satélites 22 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Entre sus desventajas se puede mencionar que al requerirse una red de satélites LEO para dar cobertura permanente a un punto cualquiera, estas redes son mas costosas que un sistema GEO. Para una cobertura global se requiere una constelación de mas de 40 satélites. Los satélites LEO tienen que compensar el corrimiento Doppler causado por su movimiento relativo y asimismo estos satélites sufren un deterioramiento gradual en su orbita debido a los efectos atmosféricos. Figura 32: Ejemplo de constelación LEO: IRIDIUM Satélites de Órbitas Medias (Médium Earth Orbit - MEO) Los satélites MEO orbitan en el rango de 8,000 Km. a 18,000 Km. sobre la superficie de la tierra. Estos satélites son similares a los LEO en funcionalidad, y a diferencia de los LEO, son visibles por mayores periodos de tiempo, usualmente entre 2 a 8 horas. El área de cobertura de los satélites MEO es mucho mayor que la de los satélites LEO, por lo que se requiere un menor numero de satélites MEO para cubrir la misma área que con satélites LEO. La distancia del satélite MEO da un mayor retardo de tiempo y una señal mas débil que en un satélite LEO, aun cuando no es tan malo como en un satélite GEO. Introducción a las Comunicaciones Satélites 23 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 33: Ejemplo de constelación MEO: ICO 10 Satélites a 10km de altura en 2 planos orbitales Satélites de Orbitas Muy Elípticas (Highly Elliptical Orbit – HEO) o Satélites de Orbita Molniya: Estos satélites han sido usados por Rusia por décadas, debido a que el norte de Rusia no tiene cobertura con los satélites GEO. Estos satélites tienen un perigeo de 1,200 Km. y un apogeo de 39,000 Km., cuentan con un periodo de 12 horas y una orbita sobre un plano inclinado 63.4º. Debido a la alta excentricidad de la orbita, este tipo de satélite permanece 2/3 de su periodo alrededor de la zona de apogeo (prácticamente estacionario en ese periodo). El retardo y las perdidas de espacio libre son aproximados a los de un satélite GEO. Introducción a las Comunicaciones Satélites 24 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 34: Proyección de Órbita Molniya Fuente: www.wikipedia.com Para mantener una cobertura continua, los sistemas Molniya requieren una constelación de tres a cuatro satélites. La orbita ya la fase son seleccionados de manera que al menos un satélite este disponible en cualquier momento. Las estaciones terrenas deben de contar con antenas de rastreo. Si una estación cuenta únicamente con una antena, el servicio sufrirá un corte cuando esta antena conmute de un satélite a otro. Figura 35: Orbita de satélite Molniya 1 Fuente: Satellite Communications Systems – Maral, Bousquet Debido a que la distancia desde la estación al satélite varia continuamente, la potencia recibida así como la frecuencia recibida también varían (Efecto Doppler). Para compensar la potencia variable es necesario utilizar un controlador de potencia de uplink automático. Introducción a las Comunicaciones Satélites 25 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 o Satélites de Orbita Tundra Estos satélites tienen un perigeo de 25,200 Km. y un apogeo de 46,000 Km., cuentan con un periodo de 24 horas y una orbita sobre un plano inclinado 63.4º. Estos satélites son conceptualmente similares a los de orbita Molniya, con los cuales comparten la inclinación pero con la mitad de duración del periodo (12 horas). Actualmente esta orbita es utilizada comercialmente por Sirius Satellite Radio, el cual opera una constelación de 3 satélites. Figura 36: Órbita tundra Fuente: http://www.radiosatellite.org/sirius_xm_orbits.gif 1.2.3 Ventajas de las Comunicaciones Satelitales: Cada sistema de comunicación presente ventajas y desventajas al compararlos entre sí. El uso de uno u otro sistema depende en mucho de las necesidades de comunicación que se busca satisfacer, por lo cual en esta parte de la guía se va a revisar las principales ventajas de las comunicaciones satelitales: Gran cobertura geográfica: Un solo satélite GEO puede llegar a tener una cobertura del 40% del globo terrestre, y un sistema de satélites LEO o MEO pueden cubrir el 100% de su superficie. Entrega simultanea de información a un número ilimitado de estaciones (broadcasting): esta característica junto con la anteriormente descrita, son tal vez dos de las más importantes ventajas de las comunicaciones satelitales, y que juntas presentan una diferenciación grande de cualquier otro sistema de comunicaciones. Es decir, un solo Introducción a las Comunicaciones Satélites 26 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 repetidor que puede hacer radiodifusión sin límite de terminales en tierra y con una gran cobertura terrestre. Es por eso los servicios de televisión sobre satélite son tan difundidos. Altamente confiable (hasta el 99.9% del tiempo): los satélites, así como su puesta en órbita son sumamente costosos. Es por eso que para su construcción se usan elementos de alta confiabilidad y esquemas de alta disponibilidad a través de equipos de respaldo. Ese es el motivo por el cual tienen una muy baja tasa de fallas con relación a otros sistemas de comunicaciones terrestres. Soporta múltiples aplicaciones : Aunque hay aplicaciones de datos que pudieran ser sensibles al retardo satelital, la gran mayoría de aplicaciones trabajan sin problemas a través del medio satelital. Incluso dichas aplicaciones pueden ser modificadas para poder “manejar” dicho retardo. En general funcionan adecuadamente aplicaciones de Video, Internet, Datos, Voz, Localización y telemediciones, etc Servicios fijos y móviles: las comunicaciones satelitales proveen servicios móviles y fijos e incluso son los únicos que pueden proveer servicios terrestres, aéreos y marítimos al mismo tiempo. Rápida instalación de las redes: al no depender de la infraestructura cableada, su implementación es mucho más flexible y rápida, y su costo independiente de distancia. Existencia de terminales de relativo bajo costo: el uso de tecnología satelital no es prohibitiva en cuanto a costos, de hecho se vuelve más accesible con el paso del tiempo, y ahora existen hasta terminales de relativo bajo costo que pueden trabajar con satélites, como los celulares satelitales, y los VSATs. Acceso por igual desde cualquier punto: La calidad del servicio que ofrece una comunicación satelital depende menos del lugar donde se requiera comunicación que cualquier otro medio de transmisión. No se ve afectado por la saturación del espectro radio- eléctrico terrestre: es conocido que se tiene una saturación de espectro radioeléctrico en Tierra, por la gran cantidad de servicios que existen y la proximidad de sus bandas. Las comunicaciones satelitales trabajan en bandas de frecuencia muy altas, por lo cual son ajenos a interferencia que pueda provenir de las fuentes antes mencionadas. Un solo proveedor puede ofrecer servicios con alcance continental o intercontinental: Esto por las razones regional, nacional, antes explicadas, las comunicaciones satelitales tienen amplia cobertura. También tenemos ventajas inherentes para servicios DBS, zonas de guerra, desastres naturales, cobertura global, DRP/BCP, enlaces de redundancia, zonas rurales. Y como una imagen vale Introducción a las Comunicaciones Satélites 27 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 más que mil palabras, a continuación se ve como luego de un desastre natural un teléfono público satelital VSAT sigue funcionando. Figura 37: Teléfono Pùblico VSAT - Panama Fuente: Cable&Wireless 1.3 FRECUENCIAS DE OPERACIÓN Uno de los factores que define la capacidad de tráfico de un satélite es el ancho de banda, al respecto la unión internacional de telecomunicaciones (UIT) ha asignado para los satélites actuales de recomunicaciones las bandas de VHA, UHF y SHF. Estas bandas son muy amplias y han sido divididas por conveniencia en sub-bandas también conocidas como bandas; así UHF, contiene las bandas L y S, mientras que SHF incluye a las bandas C, X, Ku y Ka, que son empleadas actualmente por satélites civiles y militares para diferentes tipos de servicios. Los tres principales tipos de servicio definido tanto por la UIT como por la FCC de los estados unidos son: FSS o servicio fijo por satélite MSS o servicio móvil por satélite BSS o servicio de radiodifusión por satélite Cada servicio tiene su propia banda de frecuencias asignadas, y los límites superior e inferior de cada una de ellas pueden variar dependiendo de la región; la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) ha dividido al mundo en tres regiones y ha asignado las siguientes frecuencias: Introducción a las Comunicaciones Satélites 28 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 38- Bandas Ku de Frecuencia por Regiones Región I: Europa, África y norte de Asia. Región II: América del Norte y del Sur. Región III: resto de Asia. Las bandas C y Ku son las más usadas actualmente por los satélites comerciales, pero ya no hay más posiciones para nuevos satélites, por que los satélites que usan la misma banda debe tener una mínima separación. Sin embargo ahora está creciendo el uso de la banda Ka que no tiene ese problema de posición orbital, y que tiene la gran ventaja de posibilitar el reuso de beams y con ello la existencia de los nuevos HTS (High Throughput Satellite) que veremos en el siguiente capítulo. La desventaja de la banda Ka es la gran atenuación que sufren las señales en presencia de lluvia. Finalmente la banda X este reservada para transmisiones gubernamentales y militares. A continuación se muestra las ventajas y desventajas de estas bandas. Ventajas Desventajas C-Band Menores pérdidas atmosféricas Mayor grado de estandarización Ku-Band Ka-Band Mejor EIRP & G/T que C-Band Posibilidad de tener BW>36Mhz en el satélite. Capacidad de reuso de Beams para satélites Patrones de radiación angostos Congestión reducida Bandas terrestres - interferencia Patrones de radiación grandes Limitaciones del estándar Ancho de banda = 36 MHz Limitaciones de potencia Mayores pérdidas atmosféricas que la banda C. Caro (tecnología nueva) Las más altas pérdidas atmosféricas Figura 39 - Ventajas y desventajas de las bandas C, Ku y Ka Fuente: elaboración propia Introducción a las Comunicaciones Satélites 29 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 De manera más práctica se muestra a continuación diferencias de parámetros al usar las bandas de más difundido uso para las comunicaciones satelitales que son la banda C y la banda Ku. Parámetros como ganancia de las antenas, potencia y pérdidas atmosféricas se verán en el módulo 3 con detalle, pero a manera introductoria debe quedar claro que ambos implican costos diferentes. Parámetros Ganancia Antena Diámetro Antena Potencia D/L Pérdidas Atmosf. Condiciones 7mts (diámetro) Igual ganancia Restricciones de potencia en C-Band Igual disponibilidad Ku-Band C-Band Mayor 58.4 dBi @ U/L Más pequeña Mayor 20-140 Watts Menor 50.9 dBi @U/L Más grande Menor 12-20 Watts Mayor en 6-10dB Menor Costo de E.T. Costo Satélite Mayor Menor Mayor Menor Figura 40 – Comparación de las bandas C y Ku Fuente: elaboración propia En la actualidad hay varios proyectos para la implementación de sistemas satelitales a muy altas frecuencias, ante esto se han abierto nuevas bandas para estos sistemas. Estas son denominadas Banda Q y Banda V. Las Bandas Q y V brindarán servicios globales o casi globales con canales duplex de 155 Mbps, cada uno tanto para las orbitas, bajas, intermedias y geoestacionarias, además de la propuesta de implementas enlaces ópticos intersatelitales. Lo atractivo de estas bandas es que cuentan con un ancho de banda de 3000 MHz para satélites geoestacionarios y de 1000 MHz para las orbitas bajas e intermedias. A continuación se muestra un resumen de las frecuencias asignadas a las bandas más importantes para las comunicaciones satelitales: Introducción a las Comunicaciones Satélites 30 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Enlace ascendente (GHz) Enlace descendente (GHz) C: 6/6 GHz 5925 - 6425 (500 MHz) 3700 - 4200 (500 MHz) FSS X: 8/7 GHz 7900 - 8400 (500 MHz) 7250 - 7750 (500 MHz) Comunicaciones Militares Ku: 14/12 GHz 14000 - 14500 (500 MHz) 11700 - 12200 (500 MHz) FSS Ku: 17/12 GHz 17300 - 17800 (500 MHz) 12200 - 12700 (500 MHz) BSS Ka: 30/20 GHz 27500 - 31000 (3500 MHz) 17700 - 21200 (3500 MHz) FSS Q/V: 50/40 GHz 47200 - 50200 (3000 MHz) Banda V 39500 - 42500 (3000 MHz) Banda Q FSS Banda Servicio Figura 41- Bandas de frecuencias para los sistemas satelitales Fuente: Libro “Comunicaciones por satélite” - Autor Rodolfo Neri Vela 1.4 ORGANIZACIONES INTERNACIONALES 1.4.1 INTELSAT Origen. INTELSAT (International Telecommunications Satellital Organization) es el mayor proveedor de servicios de comunicaciones por satélite a nivel mundial. Se creo como una organización sin fines de lucro en 1964 conformada inicialmente por once naciones que se unieron formando un sistema de comercio global de comunicaciones por satélite, disponible para todas las naciones de acuerdo a una base no discriminatoria. Posteriormente en 1973 el acuerdo fue reemplazado de manera permanente, cuando este fue adoptado por 54 de las 83 naciones que en ese entonces la conformaban. Estas naciones decidieron que había numerosos beneficios políticos, financieros y operacionales, que podrían derivarse de la unión de sus recursos y de trabajar juntos para lograr mutuas metas en comunicaciones espaciales. Introducción a las Comunicaciones Satélites 31 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Características. INTELSAT cuenta con una flota de más de 27 satélites de alta potencia, técnicamente avanzados en órbita geoestacionaria. Es el más utilizado para la transmisión de televisión internacional. INTELSAT Posee y opera sus propios satélites, que se encuentran distribuidos a lo largo de más 220 países. Así, INTELSAT emplea la banda de 4 a 6 [GHz] (banda C) y a medida que la demanda por ancho de banda ha aumentado se emplean frecuencias de 14 y 11/12 [GHz], dando origen a la banda Ku. Las frecuencias de operación de los satélites INTELSAT en ambas bandas se muestran a continuación: Frec. Subida [GHz] Frec. Bajada [GHz] Banda C 5.925 - 6.425 5.850 - 6.425 6.425 - 6.650 Banda Ku 13.75 - 14.50 3.700 - 4.200 3.625 - 4.200 3.400 - 3.625 10.95 - 11.20 11.45 - 11.70 Banda Figura 42 - Frecuencias utilizadas por los satélites INTELSAT INTELSAT tiene puesto en orbita satélites de ultima generación, actualmente están en orbita satélites de la serie XI. Los satélites INTELSAT puestos en orbita hasta el día de hoy son: Intelsat I. Se lanzó en abril de 1965 y fue conocido como "pájaro madrugador". Estaba dotado de 2 transponder (transmisor-receptor) de 30 MHz de ancho de banda cada uno. Intelsat II. La serie de satélites Intelsat II comenzó en enero de 1967 con transponder de 120 MHz de ancho de banda. Este sistema permitía el acceso múltiple de varias estaciones. Intelsat III. El primer satélite de esta serie se puso en órbita en diciembre de 1968. Varios satélites de esta serie sufrieron inconvenientes. Contaba con 2 transponder de 225 MHz de ancho de banda. El satélite recibía señales en la banda de 5932-6418 MHz y emitía en 3707-4192 MHz (banda C=6/4 GHz). Intelsat IV. Comenzó a funcionar en enero de 1971. Se usaron 12 transponder de 36 MHz, uno de los cuales se aplicó para portadoras monocanales SCPC (Single Channel Per Carrier). Este satélite inauguró el uso de haces pincel para enfocar áreas estrechas de la Tierra. La versión ampliada Intelsat IV-A, lanzado a partir de septiembre de 1975, poseía Introducción a las Comunicaciones Satélites 32 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 20 transponder con haces pincel (Spot) lo que permitía reutilizar frecuencias en distintos continentes. Intelsat V. En mayo de 1981 se coloca en órbita el Intelsat V (diagrama de layout anexo). Inauguró el uso de la banda 14/11 GHz y la técnica de aislación por polarización ortogonal lineal en la banda de 6/4 GHz. En la banda de 14/11 GHz se recurre a la polarización ortogonal lineal para los haces pincel. El número total de transponder es de 27 con anchos de banda de 34 a 241 MHz. Se incorpora también la tecnología de FET-AsGa. El Intelsat V-A se lanzó en marzo de 1985 debido a los requerimientos de tráfico. Se introducen 2 antenas orientadas en haz pincel a 4 GHz. Comienza el uso de los servicios digitales IBS en la banda C (6/4 GHz) para América del Sur y en la banda Ku (14/11 GHz) para América del Norte y Europa. Se asignaron 10 transponder de 36 MHz de ancho de banda. Intelsat VI. Se pone en servicio en 1987 incorporando en el futuro el sistema de conmutación en el satélite sobre un acceso múltiple por división de tiempo (SSTDMA). Cuenta con 50 transponder con tecnología FET-AsGa y amplificadores de potencia de tubo de onda progresiva TWT. Intelsat VII. comenzó a funcionar en 1994 para las bandas C (hemisférico, zonal, spot y global) y Ku (spot). Los transponder tienen 77, 72, 38 y 36 MHz. La EIRP varía desde 26 a 48 dBw y la G/T desde -11 a +5 dB/K. Intelsat VIII. Hasta el 7 de Abril de 1995, INTELSAT tenia en orbita cuatro satélites INTELSAT VIII y dos INTELSAT VIII-A. Esta serie ha sido diseñada para ofrecer una mejor cobertura de la zona del Pacífico con un servicio en banda C mejorado. Estos satélites incorporarán seis reutilizaciones en banda C, dos reutilizaciones en banda C de capacidad extendida y la mayor potencia en banda C jamás proporcionada. Intelsat IX. El primer satélite de esta serie el INTELSAT 901 fue puesto en orbita el 11 de Junio de 2001. Destinado a servir a la región atlántica (sobre todo Europa y América) Para ello transporta 42 repetidores en banda C (72 en equivalencia de unidades de 36 MHz) y 12 en banda Ku (22 en equivalencia de 36 MHz), los cuales serán operados desde la posición geoestacionaria 342 grados Este. El 901 reemplazará a su antecesor, el Intelsat-705, y proporcionará servicios de Internet, video y telefonía a América, Europa, Oriente Medio y África, a partir de octubre y durante al menos 13 años. Intelsat X. el ultimo de esta serie el INTELSAT 10-02 fue lanzado al espacio, el 16 de junio de 2004. Situado en órbita a 359° Este, el Intelsat 10-02 provee una gama completa de servicios en las bandas Ku y C para cobertura principal de las áreas terrestres de Europa, África y Oriente Medio. Además, el Intelsat 10-02 alcanza zonas orientales y occidentales tan lejanas como Asia (la India) y las dos Américas. Introducción a las Comunicaciones Satélites 33 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Intelsat XI. Lanzado en octubre del 2007 El satélite, construido por Orbital Sciences Corporation, operará desde la posición a 317E, desde donde atenderá a los principales programadores de vídeo de América Latina y alojará la plataforma de servicios directos al hogar (DTH) más grande de la región. Cabe indicar que este satélite es uno de las más grandes de las 27 plataformas DTH que se tienen implantadas en todo el mundo Su carga útil comprende 25 unidades de transpondedor en banda C y 18 en banda Ku, que ofrecen una sólida cobertura para contenido de radiodifusión en el continente americano y Europa. Una vez que entre en servicio, el INTELSAT XI reemplazará a los satélites INTELSAT 6B y 3R, y cuando culminen sus pruebas en órbita, sus clientes comenzarán a trasladar sus servicios al mismo, que les ofrecerá capacidad con una vida útil destinada a prolongarse por los próximos 16 años. Figura 43 - Satélite INTELSAT 10-02 Fuente: (http://www.skyrocket.de/space/doc_sdat/intelsat-10-02.htm) Servicios. INTELSAT presta servicios de telefonía, conmutada, línea privada (red de servicios para negocios), servicios de retransmisión (Audio y video), desde velocidades de 64 Kbps con cobertura nacional y regional. Inicialmente INTELSAT se creo para las comunicaciones marítimas, luego amplió sus servicios para clientes que requerían servicios de voz, datos e imágenes fijas y en movimiento. Algunos de los servicios ofrecidos se mencionan a continuación: Organización de redes intranet y la posibilidad de su conexión y establecimiento de vínculos con la red internet. Trafico que utilice las tecnologías del tipo de la jerarquía digital sincronía (SDH) y los correspondientes al modo de transferencia asíncrona Introducción a las Comunicaciones Satélites 34 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Transmisión por difusión de señales de televisión del tipo digitales de lata definición (DTH). Redes públicas y privadas de voz y datos. Otras prestaciones para ser utilizadas en redes de banda ancha, tales como: - Trunking de muy alta velocidad. - Telemedicina. - Educación a distancia interactiva. - Televisión interactiva - Otros servicios multimediales Todos los servicios de INTELSAT presentan características particulares. Las estaciones de los usuarios pueden ser: - Estación de gran porte, para el acceso nacional. - Estación de mediano porte, para servicios regionales. - Estaciones VSAT y USAT, para usuarios individuales. Los enlaces suministrados pueden ser: - Dúplex (punto a punto) - Símplex (punto a punto) - Difusión (radio/televisión) símplex (punto/multipunto) Su cobertura puede ser: - Internacional - Nacional INTELSAT establece una serie de standards para las estaciones terrestres que cualquier usuario de INTELSAT debe cumplir. Miles de estaciones terrestres, que van desde los 30 metros hasta las más pequeñas de medio metro acceden al sistema INTELSAT. A continuación se presenta las características estándar de las estaciones terrenas y servicios que éstas pueden ofrecer según las mismas. Introducción a las Comunicaciones Satélites 35 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 44 - Características y servicios de las estaciones terrenas Fuente: (http://www.mappinginteractivo.com/plantilla-ante.asp?id_articulo=1326) Actualidad. Es importante destacar que en la actualidad luego de varios años se llevo a cabo la privatización total de INTELSAT. La nueva compañía INTELSAT LTD, fue creada a través de un acuerdo en el año 2000 por más de 200 accionistas, la mayoría de ellos empresas de 145 países y representantes de los operadores de comunicaciones más importantes del planeta. La privatización permitió a INTELSAT desarrollar nuevos canales de ventas. Asimismo lo facilito de una mayor capacidad de respuesta a las necesidades de los clientes. Posteriormente INTELSAT pasó a ser la primera compañía de servicios por satélite, tras la compra de la estadounidense PanAmSat por 3.200 millones de dólares. Introducción a las Comunicaciones Satélites 36 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 1.4.2 INMARSAT Origen. INMARSAT (International Maritime Satellite Organization): Organización intergubernamental (US 23% - URSS 14%) fundada en 1979 para mejorar las comunicaciones marítimas con objeto de incrementar la seguridad en el mar. Su origen se centra el 1979 año en que funcionaba el primer sistema de comunicaciones marítimas comerciales vía satélite de cobertura mundial, con un satélite sobre cada uno de los océanos Atlántico, Pacífico e Índico. Al mismo tiempo en la Agencia Espacial Europea, ESA, se estaban desarrollando una serie de satélites experimentales orientados también a una mejora del servicio de comunicaciones marítimo, los Marecs. Estos satélites fueron redefinidos en algunos de sus parámetros para conseguir la compatibilidad con el sistema Marisat. Fue en la conferencia de 1976 cuando concluyó la Convención y el Acuerdo Operacional de Inmarsat. La creación de Inmarsat ha sido, en todo momento, impulsada por la IMO (Organización Marítima Internacional). Tanto la Convención como el Acuerdo entraron en vigor en julio de 1979, tras alcanzarse la firma por 26 estados. Inmarsat pasó a ser una empresa comercial limitada en 1999, atendiendo a una vasta gama de mercados. Características. La red Inmarsat está formada por un conjunto de "subredes", cada una de las cuales corresponde a un estándar. Desde el punto de vista de la arquitectura de la red son todas iguales, por lo que se realiza la descripción de forma general. Cada "subred" está dividida, a su vez, en cuatro regiones oceánicas. Para cada región se dispone de los siguientes elementos: 1. Los satélites 2. La NCS (network coordination station) 3. Las LES (land earth station) 4. Las MES (mobile earth station) o terminales En cada región oceánica existe un satélite activo y normalmente se tiene uno de reserva. Como la división en regiones oceánicas es la misma para todas las subredes, los satélites ubicados en cada región proveen de servicios a todas ellas. Introducción a las Comunicaciones Satélites 37 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 La NCS se encarga de la gestión de la subred y tiene asociadas muchas funciones específicas, tales como la asignación de canales de satélite en cada llamada, la liberalización de los propios canales, el mantenimiento de las bases de datos de terminales autorizados, étc. La LES sirven de acceso a las redes fijas (RPTC, red Télex, étc.). Se observa que en cada región hay más de una, lo que permite al usuario (propietario de un terminal) escoger libremente entre las de la región oceánica en cuestión. La cobertura el sistema Inmarsat utiliza una constelación de cuatro satélites operativos, y al menos uno de reserva, que proporcionan cobertura mundial (excepto los cascos polares). Para poder ofrecer esta cobertura, los satélites de órbita geoestacionaria han sido distribuidos sobre los océanos de la siguiente forma: 1. Atlántico, que se divide a su vez en dos regiones: a) Atlántico este (AOR-E) b) Atlántico oeste (AOR-W) 2. Índico (IOR) 3. Pacífico (POR) Hasta el día de hoy Inmarsat cuenta con cuatro generaciones de satélites, las cuales son: La primera generación de satélites Inmarsat estaba formada por un conjunto de satélites alquilados. Se utilizaron 2 satélites a través de COMSAT que trabajaban en el sistema Marisat, 2 satélites MARECS proporcionados por la ESA y 3 satélites de Intelsat con subsistemas MCS. La segunda generación Inmarsat-2: El primer satélite de esta generación Inmarsat-2 F1 puesto en orbita en 1990. Esta generación estuvo conformado por 4 satélites y fueron los primeros satélites propios del consorcio Inmarsat. Los satélites de segunda generación fueron capaces de conducir simultáneamente 125 canales telefónicos en la dirección de ida (embarcación-costa) y 250 canales en la dirección opuesta, siendo las bandas de frecuencias de transmisión y recepción las mismas que las que utilizaban los Marecs e Intelsat V MCS (C y L). La tercera generación Inmarsat-3: Conformado por 5 satélites, fueron 8 veces mas potentes que la serie anterior, los satélites de esta generación contaron con un sistema renavegación y SAR y contó además con un sistema de comunicación en banda L. El primer satélite Inmarsat-3 F1 fue puesto en orbita en abril de 1996 y el ultimo el Inmarsat-2 F5 en el 2002. Introducción a las Comunicaciones Satélites 38 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 La cuarta generación Inmarsat-4: Esta es la ultima generación de satelites Inmarsat, hasta hoy se han puesto en orbita dos satelites que fueron lanzados en el 2005, se espera que para este año se lance el tercer satelite de esta generación Los Inmarsat-4 han establecido una nueva cota de referencia para las telecomunicaciones móviles satelitales con respecto a su potencia, capacidad y flexibilidad. Un solo satélite Inmarsat-4 es sesenta veces más potente que un satélite Inmarsat-3. Los dos Inmarsat-4 en órbita ofrecen una cobertura del 85 por ciento de la masa terrestre del mundo y de alrededor del 98 por ciento de la población mundial. Con esta generación de satélites de última generación, se abre una nueva era de servicios denominada BGAN (Broadband Global Area Network). Figura 45- Cobertura de los satélites Inmarsat-4 http://www.inmarsat.com/Downloads/Spanish/Introducing_Inmarsat_ES.pdf Servicios. Inmarsat ofrece un amplio rango de servicios como: telefonía y transmisión de datos a embarcaciones y plataformas marítimas. Actualmente ofrece links para teléfono, fax y transmisión de datos con velocidades de hasta 64 kbps a más de 210.000 navíos, vehículos, aeronaves y terminales portátiles en todo el mundo. Cuenta con una flota de más de 10 satélites en órbita geoestacionaria (incluyendo los satélites de última generación Inmarsat-4). Introducción a las Comunicaciones Satélites 39 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Actualmente el sistema Inmarsat es usado por proveedores de servicios independientes que ofrecen diversos servicios de transmisión de voz y multimedia. Los usuarios de los servicios incluyen desde propietarios de navíos a hombres de negocios, pasando por periodistas, trabajadores de salud, rescate y salvamento, operadores de transporte terrestre, compañías aéreas, controladores de tráfico aéreo, trabajadores gubernamentales, agencias de defensa nacionales y fuerzas de paz, entre muchos otros. Algunas de estos nuevos servicios son: Gestión de las embarcaciones. Los operadores de comunicaciones de cada flota utilizan Inmarsat A/B para monitorizar el inventario, acceder al servicio de información de meteorología y adaptar las rutas, gestionar los archivos del personal como por ejemplo las nóminas, étc. Este servicio permite a las embarcaciones cumplir con la normativa del ISM (International Safety Management). Transmisión de imágenes y vídeo. En horas de poco tráfico se envía TV comprimida, codificada y digitalizada hacia embarcaciones que disponen del equipo de recepción adecuado. Las empresas proveedoras ofertan este servicio con tasas muy elevadas de transmisión vía Inmarsat-A/B. El servicio HSD (high speed data) permite a los pasajeros de embarcaciones que realizan trayectos transoceánicos participar en videoconferencias. También es útil para transmitir información sobre movimientos sísmicos. Por último, pero no menos importante, permite asistencia técnica por parte de ingenieros de tierra firme en el caso de que fuera necesario. Intercambio de datos electrónico, EDI (electronic data interchange). El servicio EDI es utilizado para la entrega de documentos en las estaciones aduaneras vía Inmarsat- A/B antes de la llegada de la embarcación. Este servicio agiliza los trámites en las aduanas permitiendo a las embarcaciones reanudar su viaje más rápidamente. Informes sobre posición y otros datos. Inmarsat-C soporta la transmisión de datos tales como la posición, ruta, velocidad, reserva y consumo de combustible de las embarcaciones cada cierto intervalo de tiempo preestablecido. El hecho de que sea Inmarsat-C el que provea este servicio se debe, sobre todo, a que es capaz de integrarse con un amplio grupo de sistemas de navegación tales como el GPS de Glonass. Este servicio es de gran utilidad para las propias navieras y para los servicios de rescate. Correo electrónico. Todos los estándares de Inmarsat soportan este servicio en las comunicaciones marítimas. Inmarsat es capaz de establecer conexión con X.400, X.25 e Internet y de permitir el establecimiento de redes WAN (wide area network) para usuarios remotos. Introducción a las Comunicaciones Satélites 40 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Cabinas telefónicas (payphones). Cualquier persona a bordo puede tener acceso a los servicios de Inmarsat a través de unos teléfonos en los que se paga con tarjetas de crédito. Correcciones de la carta de navegación electrónica. La actualización periódica de las cartas de navegación electrónicas permite un incremento muy significativo de la seguridad en el mar. También se ofrecen servicios de llamada de grupo o EGC (enhanced group calls ) en los que es posible enviar información desde tierra a todas las embarcaciones de una zona, de una nacionalidad o de una flota. Los terminales de las embarcaciones deben ser programados para recibir este servicio. Una cabecera especial se añade al texto para indicar el grupo determinado de usuarios o el área geográfica que va a recibir el mensaje. Existen dos tipos: - Safety NET: se envían mensajes de seguridad a áreas geográficas específicas. Este servicio lo utilizan las autoridades de costas, meteorológicas, de rescate,... - Fleet NET: permite enviar información a un número supuestamente ilimitado de móviles previamente determinado. Este servicio se utiliza para la distribución de noticias económicas, deportivas, análisis meteorológicos, etc. Por ultimo el lanzamiento y puesta en orbita de los satelites Inmarsat-4 de ultima generación trajo consigo un nuevo servicio de transmisión de voz y datos de alta velocidad, conocido como BGAN. BGAN. Es el primer servicio móvil de comunicaciones móviles que provee servicios de voz y datos a gran velocidad simultáneamente a través de un Terminal sencillo de operar, verdaderamente portátil y cobertura mundial. El servicio BGAN ha sido desarrollado para permitir accesos a contenidos y soluciones de Internet a Intranet, video bajo demanda, videoconferencia, fax, correo electrónico, telefonía, acceso a LAN con velocidades hasta 492 kbit/s prácticamente en cualquier lugar del mundo. Introducción a las Comunicaciones Satélites 41 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Figura 46 - Acceso a Internet a través de un terminal BGAN http://www.erziasat.com/dl/BGAN%20Overview.pdf El BGAN es un sistema de comunicaciones personales que ofrece una cobertura transnacional, regional y mundial mediante una constelación de satélites accesibles con pequeños terminales fácilmente transportables. Los sistemas de satélite del GMPCS, geoestacionarios o no geoestacionarios, fijos o móviles, de banda ancha o de banda estrecha, mundiales o regionales, proporcionan servicios de telecomunicaciones, ya sea de telefonía, fax, mensajería, datos e incluso multimedios de banda ancha directamente a los usuarios. Comunicaciones: gran calidad de telefonía, SMS, buzón, ISDN y acceso inmediato a correo electrónico Compatibilidad de video: videoconferencia, Broadcast, sistema de comunicación store y forwarding, tasas de datos garantizadas bajo demanda para aplicaciones como streaming Acceso de datos: Web y conexiones Internet en gran velocidad y transferencia de archivos Flexibilidad del sistema: IP y aplicaciones con cambios de circuitos de datos pueden ser usadas simultáneamente Seguridad: acceso seguro a redes corporativas VPN’s, soporta prácticamente todas las criptografías conocidas. 1.4.3 EUTELSAT EUTELSAT es el mayor operador de satélites de Europa. Presta servicios de telefonia, telex, fax, transmisión de datos y transmisiones de programas de TV y radio. En 1979 la agencia espacial europea (ESA) decidió construir cinco satélites europeos de comunicaciones, cuya administración Introducción a las Comunicaciones Satélites 42 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 correría a cargo de la organización europea EUTELSAT creada en 1977 por la CEPT (Europe's Conference of Postal and Telecommunications Administrations). Para evitar problemas en la asignación de frecuencias dentro de la banda C debidos a interferencias, los satélites fueron diseñados para trabajar dentro de la banda Ku. 1.4.4 ARABSAT ARABSAT, empresa fundada hace 30 años, ofrece a los países de Oriente Próximo y de África un abanico sin igual de servicios de comunicación por satélite: recepción directa de radio y televisión, telefonía, Internet, banda ancha, comunicación por satélite VSAT, además de otros muchos avanzados servicios capaces de cubrir la demanda actual y la futura. En la actualidad, ARABSAT transmite más de 340 canales de televisión, y amplía continuamente sus servicios para satisfacer las cambiantes necesidades de sus clientes. Con una audiencia de 164 millones de espectadores, ya sólo en el mundo árabe, la constelación de satélites situada a 26°E se ha convertido en el “hot spot” preferido para servicios audiovisuales. Su dinámica estrategia de expansión, que prevé la puesta en servicio de un nuevo satélite cada año, entre 2008 y 2011, incluido el flamante BADR-6, capacita a ARABSAT para ofrecer servicios de una calidad inigualada en las zonas de Oriente Próximo y del Norte de África, así como en regiones más lejanas, además de con una flexibilidad hasta ahora inalcanzada y una fiabilidad sin par. Lo hace posible algo único en este sector industrial, a saber, un satélite situado en órbita como auténtica reserva. La flota integrada de satélites de ARABSAT opera sobre la base de las más modernas tecnologías y cubre la mayor parte de bandas de frecuencia en todo Oriente Próximo, en Europa y en África. Esto permite a los clientes del operador ofrecer todo tipo de emisiones a oyentes y usuarios más distantes que nunca. Introducción a las Comunicaciones Satélites 43 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 REFERENCIAS Brief History of the Satellite Communications Industry -by Virgil S. Labrador and Peter I. Galace. Principles of Communications Satellites / Gary D. Gordon and Walter L. Morgan / John Wiley & Son, INC / 1993 Satellite Communications Systems / Gerard Maral and Michel Bousquet / John Wiley & Son, LTD / 2002 Comunicaciones por satélite - Autor Rodolfo Neri Vela - Publicado por Cengage Learning Editores, 2003 - 544 páginas Redes VSAT, W. Fanola – Lima, Perú Notas de Clase del Curso de Comunicaciones Satelitales – Christian Cheé Información del centro de documentación y entrenamiento de Gilat Satellite Networks. ENLACES http://www.satnews.com http://www.compassroseintl.com http://www.gr.ssr.upm.es Tecnología DBS http://www.upv.es/satelite/trabajos/Grupo8_99.00/DBSnow.html#1.1 Sistemas DAB http://www.rtve.es/dab/queesdab.html Intelsat http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_8/intelsat/intro.htm www.elo.utfsm.cl/~elo341/material/INTELSAT.doc http://www.one-digital.com.mx/www/modules.php?name=News&file=print&sid=3845 http://www.rares.com.ar/albums/1_Manual_de_Telecomunicaciones_2000/708%20Sistemas%20In telsat.pdf Inmarsat http://www.inmarsat.com/Downloads/Spanish/Introducing_Inmarsat_ES.pdf http://www.monitoreame.com/bgan.htm http://www.erziasat.com/dl/BGAN%20Overview.pdf http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_14/inmarind.htm ARABSAT www.arabsat.com Introducción a las Comunicaciones Satélites 44 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 ANEXO 1 Famoso Artículo de Sir Arthur Clarke: Extra – Terrestrial Relays publicado en la revista Wireless World en Octubre de 1945 Introducción a las Comunicaciones Satélites 45 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Introducción a las Comunicaciones Satélites 46 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Introducción a las Comunicaciones Satélites 47 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Introducción a las Comunicaciones Satélites 48 ® CCHEE Diciembre 2,014 Preparado para el Curso de Extensión Universitaria 2,014 ® Christian Cheé Cucalón Dic 2,014 Introducción a las Comunicaciones Satélites 49 ® CCHEE Diciembre 2,014
