MÉTODO DE VIDEOCONFERENCIAS UTILIZANDO EQUIPOS DE ENLACE SATELITAL DIRECTO.

 GENERALIDADES.

Con el inicio de la "era espacial" el 4 de Octubre de 1957, se abrió un nuevo capítulo en el campo de las comunicaciones de larga distancia en el planeta Tierra. Fue en esta fecha cuando los rusos lanzaron exitosamente al espacio el primer satélite artificial, llamado Sputnik 1. Luego de esto y hasta la actualidad, la tecnología espacial ha avanzado tanto, que lo que algún día parecía un sueño imposible de realizar o una fantasía perteneciente a un cuento de Julio Verne, hoy nos parece totalmente normal y forma parte de la vida cotidiana en nuestro planeta.

Los equipos que se han creado para poder conseguir la anhelada "conquista del espacio" son muy variados, desde pequeños cohetes y antenas, hasta sofisticados satélites y naves espaciales capaces de llegar a la luna o a cualquier planeta del sistema terrestre.

Un sistema completo de comunicaciones satelitales, comprende básicamente dos segmentos: el segmento espacial, constituido por un satélite de comunicaciones, y un segmento terrestre, que comprende el equipo utilizado para comunicarse con el mismo.

En este capítulo nos centraremos en los satélites artificiales particularmente en los de comunicaciones y en las estaciones terrenas que se utilizan para poder comunicarse con estos.

 SATÉLITES.

Los satélites artificiales son objetos construidos por el hombre y colocados en órbita alrededor de la Tierra o de cualquier otro cuerpo celeste, con el objeto de realizar investigaciones científicas, reconocimientos militares, estudios meteorológicos, facilitar las comunicaciones, etc.

En este punto, vale la pena recalcar que los satélites artificiales propiamente dichos, son aquellos que se colocan en órbita alrededor de la Tierra; aquellos que son ubicados girando alrededor de otros planetas, son conocidos como "sondas espaciales". Existen otros artefactos que los científicos suelen ubicar girando alrededor del sol. Estos son conocidos como "planetoides".

A continuación se describen los tipos de satélites más importantes:

7.2.1 Tipos de Satélites.

Satélites pasivos: Se denomina así a aquellos que no llevan ningún instrumento de medida en su interior y cuyos movimientos son controlados y estudiados desde la Tierra.

Satélites activos: Contrariamente a los pasivos, estos llevan todo tipo de equipamiento en su interior, para poder realizar mediciones y observaciones exactas de los cuerpos celestes y del espacio exterior. Entre estos instrumentos están: cámaras fotográficas, detectores de radiaciones, fuentes de energía eléctrica, cámaras de televisión, radios, detectores de meteoritos, etc. Obviamente, el equipamiento del satélite depende del objetivo por el cual éste fue puesto en órbita y de su capacidad de carga. Dentro de esta clasificación tenemos:

Satélites para realizar investigaciones científicas: Originalmente, el principal propósito de cualquier satélite de hecho, los primero satélites fueron lanzados con este objetivo era el de realizar estudios del espacio interior y de lo que existía más allá de la atmósfera terrestre. Gracias a dichos estudios espaciales y al avance de la tecnología, actualmente es muy fácil observar y estudiar cuerpos celestes utilizando un satélite, sin preocuparse por la interferencia que produce la atmósfera terrestre. También se utilizan satélites para estudiar el sol y las estrellas.

Satélites de comunicaciones: Son satélites que orbitan alrededor de la Tierra y cuyo objetivo es facilitar las comunicaciones terrestres. Esta es tal vez la aplicación tecnológica más importante de los satélites artificiales. Sin embargo, debido al avance constante de la tecnología, los satélites están siendo relegados por otros medios de comunicación más baratos y rápidos. Entre ellos tenemos a las microondas y a la fibra óptica. En muy poco tiempo, estos sistemas tomarán el lugar de los satélites y los desplazarán por completo, en lo que se refiere al campo de las comunicaciones.

Satélites de navegación: Estos artefactos proveen los medios necesarios para señalar con precisión cualquier lugar sobre la Tierra, y llegar a conocer exactamente cualquier posición en el globo terráqueo, realizando cálculos basados en el Efecto Doppler. Así, conociendo la órbita del satélite, cualquier posición desconocida puede llegar a calcularse exactamente al realizar mediciones del aumento o decremento de la frecuencia de radio emitida por satélite mientras órbita la Tierra.

Satélites meteorológicos: Estos satélites utilizan instrumentos altamente sensitivos para obtener datos y fotografías de la atmósfera y sus componentes, para luego usarlos en los modelos atmosféricos generados por computadores, que son la base de los pronósticos climáticos.

Además, los datos del satélite proveen información sobre los océanos, desiertos y áreas polares, donde los reportes meteorológicos convencionales eran imposibles o muy limitados. Es posible localizar tormentas, nevadas, cerros, cordilleras, corrientes de aire y de gas, neblinas y brumas, condiciones congelantes para los mares, y dirección y velocidad de los vientos.

Para poder tomar fotografías exactas y muy claras, los satélites están equipados con cámaras ópticas e infrarrojas, con las cuales es posible abarcar áreas inmensas que no sería posible fotografiar utilizando otros medios.

Satélites para observación de la tierra y el mar: Para poder realizar observaciones de este tipo, los satélites están dotados con ciertos sensores especiales, a través de los cuales pueden distinguir entre la tierra y el agua, ciudades y campos, e inclusive entre plantaciones de maíz y plantaciones de trigo. Todos estos datos sirven para obtener información sobre los recursos existentes en la tierra y el mar. Además, gracias a esto se pueden realizar mapeos exactos de áreas remotas de la Tierra. Por otro lado, los Geólogos y otros especialistas utilizan dicha información para la explotación mineral, reforestación, conservación del suelo y control de inundaciones y derrumbes.

Satélites de propósito militar: Desde mediados de la década de los sesenta, tanto los Estados Unidos como Rusia han puesto en órbita un considerable número de satélites, cuyo principal objetivo ha sido el de monitorear actividades y operaciones militares de otras naciones, detectando explosiones nucleares, lanzamientos de misiles y realizando inteligencia electrónica, entre otras cosas. Pero actualmente la finalidad de este tipo de satélites está dejando de ser la simple detección y rastreo de actividades militares, para pasar a complementarse con la destrucción de otros satélites y aeronaves enemigas.

Componentes Básicos:

Todos los satélites artificiales, independientemente del objeto para el cual fueron creados y puestos en órbita, poseen ciertas características en común en lo que se refiere a sus componentes. Por ejemplo, todos poseen radares, instrumentos necesarios para realizar reconocimiento y monitoreo de localizaciones, y para efectuar mediciones de altitudes. También todos poseen sensores, los cuales son utilizados para efectuar diversas operaciones, que difieren de acuerdo al tipo de satélites que sea y a su propósito.

Potencia eléctrica es otra característica común a todos los satélites. Aquellos que son lanzados para ejecutar misiones que duran apenas unos cuantos días pueden operar con baterías, las cuales cuentan entre el equipamiento obligatorio de cualquier satélite. En algunos casos, suelen reemplazarse estas baterías por celdas de combustible de alta eficiencia, que convierten ciertas reacciones de oxígeno e hidrógeno en electricidad. Pero la fuente de energía más comúnmente utilizada, la constituyen las celdas solares. Esas se encuentran ubicadas en paneles planos en forma de "alas" o envueltas alrededor de la superficie exterior del satélite. Las celdas solares absorben energía del sol y la transforman en la energía eléctrica necesaria para el perfecto funcionamiento del aparato.

Las baterías son también utilizadas cuando el satélite se encuentra alejado del sol y la energía que recibe no es suficiente para que las celdas solares funcionen correctamente, o cuando existe algún planeta que está bloqueando la luz solar para el satélite.

Otro componente indispensable es el equipo de control de estado, el cual se utiliza para mantenerlo en su órbita designada, o para colocar sus antenas y sensores apuntando correctamente hacia la Tierra, en caso de que se hayan desviado.

Los receptores y transmisores de señales son ciertamente necesarios en cualquier satélite artificial, pero son más frecuentemente utilizados en los de comunicaciones, debido al tipo de operaciones que estos efectúan. Estos sensores son generalmente utilizados para enviar y recibir señales desde y hacia la Tierra, sin lo cual, el monitoreo y control del satélite sería imposible.

Finalmente tenemos los encoders de Telemetría, que no son más que transmisores que se encargan de medir voltajes, corrientes, temperaturas y otros parámetros que describen la condición del equipo que se encuentra en el interior del satélite y envían esta información a la Tierra, utilizando los transmisores. La información que se recibe a través de un enlace de radio desde un satélite, es llamada Telemetría.

 Funcionamiento General.

Como se ha indicado anteriormente, el objetivo de estos satélites es facilitar las comunicaciones entre varios puntos de la Tierra y, ayudados con el avance de la tecnología actual, brindar comunicaciones avanzadas y nítidas, además de otros servicios, a los usuarios.

A diferencia del sistema que utilizan la mayoría de las comunicaciones radiales de larga distancia que se efectúan en la Tierra, basado en el envío de señales vía microonda de un lugar a otro utilizando torres, mediante el cual se consigue la comunicación solamente de las dos estaciones que se encuentran en los extremos del enlace microonda, un satélite puede obtener comunicaciones entre un sinnúmero de puntos de contacto o estaciones.

La mayoría de satélites artificiales se colocan generalmente en una órbita cercana a la tierra, región a la que se le conoce como LEO (Low Earth Orbit) u órbita terrestre menor, donde el período de un satélite es de aprox. 90 minutos. Pero los satélites de comunicaciones y meteorológicos llegan a mayor altura y se colocan en la órbita Geosincrónica o GEO, ubicada a una altura de aprox. 36000 Km por encima del Ecuador. El motivo por el cual deben colocarse a esta altura es porque ésta mantiene a los satélites en una posición exacta sobre un punto seleccionado de la superficie terrestre: en la órbita GEO, el período del satélite es de 24 h, por lo cual gira a la misma velocidad con que lo hace la Tierra.

Los satélites tienen uno o más dispositivos tipo receptor-transmisor, y cada uno de ellos tiene un haz que cubre una parte de la Tierra localizada debajo de él. Cada uno de los receptores-transmisores, escucha una parte del espectro, amplifica la señal de entrada, y luego le retransmite a otra frecuencia, para evitar los efectos de interferencia con las señales de entrada. El flujo dirigido hacia abajo puede ser muy amplio y cubrir una zona muy extensa de la Tierra, o bien muy estrecho y cubrir apenas algunos cientos de kilómetros.

Con el objeto de prevenir un posible caos en el cielo, debido a la gran cantidad de satélites existentes en las diferentes órbitas, se han establecido acuerdos internacionales para definir quien puede hacer uso de qué ranuras y de qué frecuencias. Así, las bandas que han sido definidas como de telecomunicaciones, varían en los siguientes rangos: de 5925 a 6425 megahertz (MHz) para transmisiones desde una estación terrena hacia el satélite, y de 3700 a 4200MHz, para flujos de información enviados desde el satélite hacia la estación terrena. A estas bandas se las conoce como las de 4/6GHz, y actualmente están superpobladas.

Las siguientes bandas superiores, disponibles para la telecomunicación, son las de 12/14 GHz, las cuales están descongestionadas aún. A estas frecuencias, los satélites pueden tener un espaciamiento mínimo de un grado. Sin embargo, aquí existe el problema de la lluvia, puesto que absorbe fácilmente este tipo de microondas. Afortunadamente, las grandes tormentas pueden detectarse con facilidad, antes de que ocurran, y se puede resolver el problema utilizando varias estaciones terrenas suficientemente separadas, en lugar de una sola, cuya función es realizar una serie de conmutaciones rápidas entre ellas.

Otras bandas disponibles también para las telecomunicaciones, son las de frecuencias de 20/30 GHz, pero los equipos necesarios para trabajar en ellas, son todavía de costos muy elevados.

Los satélites dividen su ancho de banda de 500MHz, en aproximadamente una docena de receptores-transmisores, cada uno con un ancho de banda de 36MHz. Cada uno de estos, es utilizado para codificar un flujo de información de 50Mbps, 800 canales de voz digitalizada de 64Kbps, o bien, otras combinaciones diferentes. Por otro lado, dos receptores-transmisores pueden emplear la misma banda de frecuencia simultáneamente, sin que existan interferencias. Esto lo hacen utilizando señales con diferente polarización.

Para la difusión de las señales, como los satélites están equipados con múltiples antenas y receptores-transmisores, cada uno de los haces de información provenientes de los mismos puede enfocarse sobre un área geográfica muy pequeña, de tal forma que se puedan efectuar varias transmisiones simultáneas de haces hacia el satélite.

A pesar de que las señales que van o vienen de los satélites viajan a la velocidad de la luz, existe un retardo substancial al recorrer la distancia total, debido al tiempo que tarda la información en ir y venir. Generalmente, el tiempo de tránsito de las señales en un viaje total de ida y vuelta, está entre 250 y 300 m, dependiendo de la distancia que existe entre el usuario y la estación terrena y de la elevación del satélite con respecto al horizonte.

En la siguiente figura (figura 7.1) podemos observar los canales correspondientes a las comunicaciones satelitales.

Canales de transmisión de los satélites

Figura 7.1

 ESTACIONES TERRENAS

Una estación terrena es un poderoso equipo de comunicaciones, compuesto básicamente por una antena, un amplificador, un decodificador de señales, un transmisor de radio con una potencia de salida que varía dependiendo del tipo de estación terrena, y un receptor.

Este equipo es utilizado para enviar o recibir señales directamente desde o hacia un satélite.

Las señales enviadas desde el satélite hacia las estaciones terrenas, viajan en el enlace descendente, mientras que las enviadas desde la estación terrena al satélite, están en el enlace ascendente.

Existen también estaciones más pequeñas, inclusive receptores portátiles, que pueden ser utilizados. Estos equipos están diseñados para ser instalados en terrazas y azoteas de casas y edificios. Son versiones pequeñas y modestas de las grandes estaciones terrestres que existen.

Muchas veces, el éxito de una transmisión satelital depende de la localización adecuada de la estación terrena. Aunque esto parece algo trivial y sin importancia, finalmente tiene un gran peso cuando se trata de obtener buenos resultados. Es indispensable ubicar las estaciones terrenas en lugares donde no se produzcan interferencias de ningún tipo, y preferiblemente alejadas de áreas rodeadas de grandes edificios.

A continuación tenemos el tipo de estaciones terrenas que pueden ser utilizadas para comunicaciones satelitales, particularmente por programas similares al ACTS, sus componentes principales y funcionamiento general.

7.3.1 Tipos de estaciones terrenas.

Las estaciones terrenas, particularmente las construidas por la NASA para sus programas experimentales, pueden tener capacidades variables y operar en dos modos de comunicación distintos: BBP y MSM, los cuales utilizan un equipo distinto de recepción y transmisión de señales. El primero emplea un procesador llamado Base Band Processor, y el segundo una Matriz de Switcheo de Microondas o Microwave Switching Matrix. Para comprender mejor estos términos, a continuación se presenta una breve explicación de los mismos:

Modo de operación BBP (Base Band Processor): Cuando se está utilizando el método de Multiplexión por división de tiempo o TDMA (Time Division Multiple Access), se requiere la regeneración y almacenamiento de las señales de Banda Base o BaseBand (Método de transmisión, en el cual una red utiliza su rango de transmisión completo para enviar una sola señal) a bordo del satélite. Para esto, se utiliza un procesador denominado BBP, el cual efectúa el siguiente proceso: Primero, las señales recibidas son demoduladas y transformadas a señales digitales de BaseBand. Luego, se las almacena en las localidades de memoria de entrada del satélite y se las decodifica, si es necesario. Entonces, las señales son ruteadas a una localización apropiada de la memoria de salida, codificadas si es necesario, moduladas y enviadas al transmisor apropiado. El convertidor a la banda superior de frecuencias, transforma las señales TDMA de 3GHz a 20GHz. El amplificador las amplifica a un nivel de poder suficiente para transmitirlas en el enlace descendente hacia las estaciones terrenas.

Modo de operación MSM (Mirowave Switch Matrix): El modo MSM, por otro lado, se utiliza cuando no es necesario un almacenamiento de las señales recibidas a bordo del satélite. No obstante, el tráfico debe ser ruteado y transmitido en tiempo real. El modo como opera el equipo utilizado en este caso es el siguiente: las señales recibidas son convertidas a la banda inferior de frecuencias, específicamente a frecuencia intermedia (IF), ruteadas hacia el equipo Microwave Switch Matrix, el cual las switchea. Entonces, las señales son enviadas a un convertidor que las vuelve nuevamente a la banda superior de frecuencia, donde son convertidas a 20GHz, amplificadas y finalmente transmitidas. Como se ve, no existe almacenamiento de las señales en ninguna parte de la memoria, y esta son ruteadas y transmitidas en tiempo real.

Tanto el modo de operación BBP como el MSM tienen sus propios tipos de estaciones terrenas. A continuación se presenta una lista de los tipos de estaciones terrenas de la NASA para trabajar en estos dos modos, y sus características principales:

Estación Terrena T-1 VSAT:

Este es el tipo de estación terrena utilizada por el programa ACTS.

El término VSAT significa: Very Small Aperture Terminal. Físicamente, las estaciones T-1 VSAT están configuradas en dos unidades básicas: una unidad diseñada para ser instalada en interiores o "indoor" y una parte el exterior u "outdoor". La primera no es más que un rack estándar, que contiene equipos para interfaz con el usuario, multiplexores y buffers, equipo para codificar y decodificar señales, modulador y demodulador, y un procesador para control de la estación terrena.

La unidad exterior u "outdoor" comprende la antena, equipo transmisor/receptor y una plataforma de montaje.

Los dos tipos de datos que pueden ser transmitidos y recibidos por la estación terrena T-1 VSAT son Voz, Video y Datos. Para comunicarse con el usuario, estas estaciones cuentan con varias interfaces para funcionar con teléfonos, fax, computadores, etc..

Estación Terrena "Master" de la NASA (NGS):

Son estaciones gigantes que generalmente se encargan de recibir las señales más importantes para controlar el satélite, corregir su rumbo y supervisar su correcto funcionamiento, y que en un gran sistema de comunicaciones, están conectadas y tienen interfaces con las estaciones terrenas experimentales más pequeñas del tipo VSAT. Realizan operaciones de monitoreo del satélite y de telemetría y comando de señales.

Terminal móvil ACTS (AMT):

Este tipo de estaciones está siendo desarrollado por el Laboratorio de Jets a Propulsión de la NASA (JPL). El diámetro de su antena es de más o menos 7"x7". Contiene un amplificador de 0.4W de potencia. Tiene una capacidad total de envío/recepción de señales que varía entre los 2.4Kbps y 9.6Kbps.

Terminal USAT (Ultra Small Aperture Terminal):

Cuenta con una antena cuya área es menor a 100 pulgadas cuadradas (menor que 0.5m) y un amplificador de menos de 1.0W. Su peso es menor a 25 libras.

Su principal aplicación es realizar control supervisado y adquisición de datos. El escenario que presenta un experimento realizado con este tipo de estaciones, muestra a un número de terminales USAT ubicadas en sitios remotos, comunicándose con una estación terrena central mucho más grande, la cual está localizada en donde se encuentra la computadora central de la red. También soporta otras aplicaciones de tasas bajas de transmisión de datos, en el rango de los 300 a 2400 bps.

 Componentes Básicos

Las estaciones terrenas del tipo T1 VSAT, contienen fundamentalmente 5 sub-sistemas funcionales, los cuales interactúan con el satélite y le permiten transmitir y recibir voz, video y datos, y son los siguientes.

Sub-sistema de antena: que incluye el reflector, la montura, duplexores y filtros, y un equipo descongelador que viene incluido si se lo requiere, y que sirve para ubicar la antena en los lugares donde nieva.

Sub-sistema transmisor: que incluye un convertidor de señales a la banda superior de frecuencias, un transmisor de radio frecuencias de 15 GHz y un duplicador de frecuencias de alto poder de 30 GHz (HPFD).

Sub-sistema receptor: que incluye un receptor de 20 GHz, un amplificador y un convertidor de señales a la banda inferior de frecuencias.

Sub-sistema de control y generación de frecuencias: que incluye osciladores de reloj y frecuencias, un (os) microprocesador (es) de control y medición de tiempo, un computador de control y equipo de interfaz para monitoreo y control del satélite.

Equipo de Interfaz terrestre: que incluye el equipo de interfaz eléctrica y de señales, requerido para comunicarse con el equipo de telecomunicaciones del usuario.

El equipo de una estación terrena tipo T-1 VSAT está dividido en dos categorías: equipo de la unidad "indoor" y equipo de la unidad "outdoor".

Aquí la descripción detallada de este equipamiento:

Equipo Indoor:

• Un rack estándar
• Procesador de control
• Fuente de poder
• Módem
• Periférico de Switcheo de señales (MSP)
• Entre los principales.

Equipo Outdoor:

1. Antena (de 1.2m o 2.4m de diámetro)

• Varillas de alineación
• Reflector
• Equipo de descongelamiento con sensor (opcional)
• Pedestal
• Unidad para posicionar correctamente la elevación y el ángulo azimut de la antena
• Montura para instalación no fija de la antena (opcional)

1. Unidad de Radio Frecuencia y Alimentación Electrónica (RF/FEU)
2. Amplificador de Potencia Intermedia (IPA)
3. Interfaz para facilidades de enlace (IFL/IF)

En la figura 7.2 se pueden observar las partes visibles de la estación terrena:

Figura 7.2 Equipo Outdoor

7.3.3 Funcionamiento General.

A través de la estación terrena T-1 VSAT, el usuario puede acceder al satélite de comunicaciones. El sistema de comunicación satelital, generalmente está compuesto por el satélite en el espacio, y en la Tierra, por una estación master que hace las veces de "central", dando o no permiso al usuario para transmitir, y por varias estaciones terrenas individuales, a las cuales llegan las señales del satélite, saltando de una en una. Básicamente el sistema funciona de la siguiente manera: El usuario envía el tráfico de señales a través de un periférico (MSP) ubicado en el rack de la estación terrena, haciendo una llamada telefónica, puesto que el MSP provee una interfaz flexible entre el equipo de telefonía del usuario y el terminal ACTS. El MSP transmite el tráfico hacia el satélite utilizando la antena, donde las señales pasan por todo el proceso del modo BBP. Luego, cuando están listas para su envío, son transmitidas de regreso a la Tierra, donde son pasadas a todas las estaciones terrenas individuales a grandes velocidades por la estación master, la cual se encarga de extraer el tráfico de enlace satelital y enviarlo a su destino final.

Pero ¿cómo se efectúa todo este proceso? A continuación se describe el proceso detallado:

Todo el tráfico enviado por el usuario a través de las llamadas, es ruteado a través del MSP (Modular Switching Peripheral), que es un periférico que brinda funciones de switcheo de señales y una interfaz flexible entre el equipo de telefonía utilizado por el usuario y el terminal ACTS. El manejo de las funciones de este periférico MSP, es ejecutado por el procesador de control.

Cuando el usuario requiere servicio de tráfico de señales (que puede ser envío hacia el satélite, o recepción desde el mismo), el procesador de control envía estos requerimientos a una estación de control "master", denominada MCS (Master Control Station), a través del satélite. Esta MCS retorna una respuesta aceptando o negando el requerimiento de tráfico, y arregla la estructura de envío de señales para acomodarla al requerimiento del usuario.

El MSP conecta el tráfico del usuario a uno o más de los 28 canales de 64Kbps que están disponibles en la estación terrena. Esta inserta el tráfico enviado por el MSP en el (los) slot (s) apropiados, donde es convertido a la base superior de frecuencias, específicamente a 3GHz, y posteriormente transmitido al satélite, a una tasa de 27Mbps para datos no codificados y de 13.7Mbps para datos codificados.

Todos los envíos en el canal de enlace ascendente son demodulados por el BBP del satélite, y almacenados momentáneamente en memoria. Entonces, los mensajes individuales del canal de enlace ascendente son re-ensamblados, de acuerdo a sus destinos correspondientes. Luego, el BBP remodula los mensajes re-ensamblados para transmitirlos hacia la estación terrena en el canal de enlace descendente, a una tasa de 110Mbps para datos no codificados y de 55Mbps para datos codificados.

El manejo necesario para coordinar el almacenamiento y posterior procesamiento de las señales en modo BBP, con los saltos de haz de una antena a otra, es centralizado por la estación de control Master, la que además planifica los tiempos de envíos de señales y las secuencias de salto de las mismas entre las antenas, de acuerdo a las demandas de tráfico de las estaciones terrenas individuales.

Este tráfico enviado, o los haces enviados, los cuales van saltando de una estación a otra, completan una secuencia entera de salto una vez cada milisegundo.

El envío desde el satélite en el enlace descendente, es recibido a 20GHz, y luego convertido a la banda inferior de frecuencias BaseBand. La estación terrena extrae el tráfico del usuario del enlace descendente enviado desde el satélite y lo pasa al MCS, donde es ruteado a su destino o usuario final.

 PROTOCOLOS DE ASIGNACIÓN DE CANALES DE COMUNICACIÓN

PARA ENLACES SATELITALES

FDM: Sus siglas significan Multiplexión por División de Frecuencia. Para poder efectuar una comunicación satelital real, las señales llegan a los receptores transmisores del satélite a través de canales, los cuales están a su vez divididos en varios subcanales de diferentes frecuencias, separados por bandas de protección, con el objeto de no permitir que existan interferencias entre ellos. Cuando un usuario desea enviar información al satélite desde una estación terrena, hace una llamada telefónica, a la cual se le asigna un subcanal. Este subcanal se usa exclusivamente por esa llamada telefónica durante todo el tiempo que dure la transmisión, al final de la cual se libera. Cabe anotar que todo el ancho de banda de este subcanal, es para esa llamada determinada.

TDM: Es una técnica alternativa a la anterior. Sus siglas significan Multiplexión por División de Tiempo. A diferencia del protocolo FDM, aquí los canales no se dividen en subcanales por frecuencia, sino por tiempo. Así, cada cual se divide en ranuras agrupadas en tramas, y la información puede ser colocada en un ancho de banda de una sola ranura, basándose en un esquema de división de tiempo.

En el momento en que se efectúa una llamada, a esta se le asigna una ranura, y todas las tramas pertenecientes a dicha ranura se utilizan para esta llamada, hasta que termine. Cada estación recibe cada ranura el momento de la transmisión de señales desde el satélite hacia la Tierra. Por esto el TDM se utiliza para enviar mensajes de control y estado desde el satélite hacia las estaciones terrenas. En caso de que ninguna ranura esté disponible, la respuesta a la llamada del usuario será un tono de ocupado, y se deberá intentar de nuevo más tarde.

Estos dos protocolos anteriores, funcionan solamente cuando el número de estaciones terrenas es pequeño y relativamente estático, y todas tienen un tráfico continuo. Si no es así, se utilizan otros protocolos. Uno de ellos es el ALOHA. Los protocolos ALOHA fueron creados por Norman Abramson y sus colegas de la Universidad de Hawaii, en 1.970.

Solucionan los problemas que se presentan cuando varios usuarios pelean por el uso de un mismo canal de transmisión. Existen básicamente dos tipos de protocolos ALOHA a considerarse: ALOHA puro y ALOHA ranurado.

El ALOHA puro se basa en permitir que los usuarios transmitan información siempre que quieran, utilizando el canal de transmisión que deseen. Esto ocasiona colisiones, siempre y cuando dos usuarios hayan escogido un mismo canal para transmitir, destruyéndose en todos los casos las tramas que colisionan. Pero un usuario puede saber si su mensaje se destruyó, escuchando la salida del canal, gracias a la propiedad de retroalimentación de la difusión. En caso de que la trama no se haya logrado transmitir, los usuarios deben esperar un tiempo aleatorio para volver a intentarlo. Caso contrario, podría existir colisiones continuamente.

Otro tipo de protocolo ALOHA, es el conocido como ALOHA de reserva. La primera variación de este método, se basa en obtener un buen uso de un solo canal compartido que tenga mucha carga. Estos métodos generalmente comienzan funcionando como ALOHA, cuando hay poca carga en el canal, y se van pasando al protocolo TDM, conforme el tráfico va aumentando.

Finalmente otro protocolo es el PODA (Asignación de demanda orientada a prioridad), el cual es especial para manejar, tanto los flujos de datos continuo, como las ráfagas. Este protocolo también transmite mediante grupos de ranuras, las que están divididas en dos clases: ranuras de datos y ranuras de reserva. Para asignar las ranuras de reserva, existen dos métodos:

• La asignación fija de éstas a los usuarios o FPODA (PODA Fija), en el cual, las estaciones reservan ranuras seteando en 1 algunos bits de la trama de datos; y
• La asignación de ranuras por contienda, técnica conocida como CPODA o PODA de contienda, en la cual, todas las estaciones compiten por una ranura si lo desean.

Este protocolo fue creado en 1979 por Jacobs, en la Universidad de Hawaii.

El programa ACTS, es un importantísimo programa espacial de comunicaciones satelitales para enseñanza y experimentación, el cual hace honor al satélite principal, eje central de la operación del proyecto, y cuyas siglas significan: Advanced Communications Technolgy Satellite.

Pero ¿de qué se trata el programa ACTS?

Este proyecto, concebido desde sus inicios por la Agencia Norteamericana del Espacio (NASA) en el año de 1979 y manejado particularmente por el Centro de Investigaciones Lewis y por la Oficina de Comercialización de esta organización, tuvo como primer objetivo el desarrollar y demostrar tecnologías revolucionarias que ayudaran a mantener el liderazgo de los Estados Unidos en el campo de las comunicaciones satelitales.

La NASA a través del programa ACTS, está desarrollando tecnologías avanzadas cuyo costo de desarrollo es muy elevado, en pro del avance de la ciencia de las comunicaciones.

Gracias a la producción de estas tecnologías, se puede obtener una gran variedad de beneficios como son: introducción de nuevos servicios, mayor eficiencia y eficacia en los servicios ya existentes, crecimiento en las capacidades de los sistemas satelitales, entre otros.

Actualmente, el programa ACTS cuenta con un satélite que pesa aproximadamente 286 libras y mide 46.5 pies desde el un extremo de las celdas solares hasta el otro extremo, y 30 pies desde una antena a la otra. Está ubicado en la órbita Geosincrónica, a 100 grados de longitud Oeste.

PROCESO DE VIDEOCONFERENCIAS A TRAVES DEL ENLACE SATELITAL DIRECTO

Uno de los grandes avances en el ámbito de las comunicaciones constituye el haber conseguido poner en órbita los satélites para enlazar a millones de personas al mismo tiempo, rebajando significativamente el costo de la comunicación. Esto nos ha permitido conocer a mucha más gente alrededor del mundo, perteneciente a diferentes culturas y con otras costumbres. Actualmente, nos es posible observar un evento mundial desde nuestros hogares, sin tener que viajar al país en donde está sucediendo.

El siguiente paso fue la instalación de redes telefónicas en casi todo el mundo, gracias a lo cual podemos conversar directamente con cualquier persona en cualquier parte del planeta.

Una vez alcanzados estos logros, los cuales constituyeron los objetivos iniciales del mundo de las comunicaciones, la tendencia actual es la consecución de un tipo de comunicación que permita obtener las ventajas de los dos medios mencionados anteriormente, conjugados en uno sólo: poder hablar con una o varias personas, y al mismo tiempo ver sus imágenes en tiempo real. Este método es conocido como videoconferencia.

Al contar con un enlace satelital y el equipo necesario, es posible llevar a cabo una videoconferencia, sin mucha complicación.

Dentro de este capítulo, describiremos cómo se realiza esta conexión, los esquipos necesarios para la comunicación, los problemas que se pueden presentar y sus soluciones.

7.6 REQUERIMIENTOS DE HARDWARE

Para correr cualquier aplicación que utilice un enlace satelital directo, se debe contar con un conjunto de equipos adecuados, los cuales se describen a continuación.

Un módem es indispensable para enviar la señal al satélite. Este debe tener el poder suficiente para mandar la señal a una antena parabólica de cualquier tipo, la cual se direcciona al satélite.

Debido al costo del enlace satelital, es aconsejable contar con un multiplexor, cuyo objetivo principal es el de enviar una sola señal al satélite. Otra función que debe cumplir, es dividir la señal proveniente del satélite en varios canales, uno de los cuales corresponderá al video, y otra a lo que se refiere a la voz. Sin embargo, es posible tener el audio en otro medio, como por ejemplo en una línea telefónica.

Sabemos que la señal de video es analógica, mientras que la que se transmite al satélite es digital. Por lo tanto, es necesario contar con un equipo que transforme la señal de video que viene del multiplexor a una señal de video analógica. Para esto necesitamos un Codificador – Decodificador, el cual digitaliza la señal analógica de video, y desdigitaliza la señal que viene del satélite. A este equipo se le conoce como CoDec.

Muchos de estos CoDec vienen con la posibilidad de multiplexar señales de audio, video y datos, para ser enviadas luego al lugar de destino, eliminando de esta forma la necesidad de tener un multiplexor. Adicionalmente, pueden cumplir la función de ser controladores de sistemas de videoconferencias.

Una cámara de video es indispensable. Esta transforma la luz captada en su lente en señales analógicas de video, y el sonido captado en un micrófono en señales analógicas de audio, para su posterior tratamiento en el CoDec y su envío al punto de destino.

Para visualizar las imágenes enviadas desde el origen, requerimos de un monitor que transforme las señales analógicas de video que llegan desde el CoDec. Este monitor puede ser cualquier aparato de televisión, o una simple pantalla de computador.

El enlace satelital que se requiere debe tener un mínimo de 64 Kbps. Es necesario ubicar las antenas en los dos puntos de comunicación, para subir y bajar las señales de satélite.

Adicionalmente a estos equipos básicos, existen otros que también intervienen en la implementación de una videoconferencia. Entre los más utilizados tenemos:

• Tabla de anotaciones.
• Convertidor de gráficos informáticos.
• Cámara para documentos.
• Proyector de video – diapositivas.
• PC.
• Videograbadora.
• Pizarrón electrónico, etc.

7.7 PROCESO DE ENLACE

En esta sección trataremos sobre cómo viaja la señal desde el origen hasta su destino. El siguiente diagrama (figura 7.3) muestra el proceso de enlace, utilizando el hardware descrito anteriormente.

Figura 7.3

Como en capítulos anteriores haremos énfasis en la descripción del CoDec.

Como observamos en el gráfico además del CoDec, tenemos la cámara de video la cual convierte las imágenes que capta, en señales analógicas de video, las cuales son enviadas al CoDec, que es el equipo que realiza el mayor trabajo en este tipo de enlace.

Como se mencionó anteriormente, el CoDec es el encargado de transformar en digitales a las señales analógicas. De este forma, cuando recibe señales digitales de video, las transforma a analógicas para enviarlas al monitor, quien se encarga de transformarlas en imágenes.

En general, un CoDec tiene una estructura como la que se muestra en la siguiente figura (figura 7.4):

Figura 7.4

Las señales generadas por una cámara de video, son transformadas de analógicas a digitales, y comprimidas por el procesador de video entrante (Input), quien se encarga de enviarlas a un procesador de comunicación.

Dependiendo de la funcionalidad del equipo, puede existir un procesador de audio entrante, el cual transforma las señales de audio analógicas en digitales, para que el procesador de comunicaciones las combine con las de video y envíe el paquete completo correctamente por un solo medio. De ésta forma, el CoDec también tendría una función de multiplexión de las señales.

Otra de las funciones del procesador de comunicación, a parte de combinar las señales de audio y video para ser enviadas por un solo medio de transmisión, es la de separar las señales que llegan desde el punto de origen. Una vez separadas, las envía a los procesadores de video saliente (Output) y de audio saliente, para que estos transformen sus respectivas señales de digitales a analógicas y las envíen a un monitor, en el caso del procesador de video, y a los parlantes, en el caso del procesador de audio.

Desde la década de los ochenta hasta nuestros días, este ha sido el rol dominante del CoDec dentro de los sistemas de videoconferencia. Actualmente, la introducción en el mercado de nuevos sistemas de videoconferencias se dirige a la expansión de las funciones realizadas por el CoDec, incorporando funciones que antes eran ejecutadas por equipos periféricos, como por ejemplo:

• El sistema de distribución de video.
• El sistema de control central.
• Mezclador de audio.
• Amplificador.
• Cancelador de eco.

Debido a esta incorporación de varias funciones en el CoDec, se debe asegurar una total compatibilidad con otros equipos. Esta es la razón por la cual la mayoría de fabricantes utilizan la recomendación H.261, como modelo para el diseño de sus equipos CoDec.

Como consecuencia del costo que tiene el enlace satelital, las empresas que cuentan con este servicio dividen el ancho de banda en varios canales, dependiendo de sus necesidades particulares. Algunos canales pueden ser utilizados solamente para voz, otros sólo para datos y otros para todo lo que se refiere a video.

Por esto hemos incluido a un multiplexor en nuestro diagrama del enlace, el cual se encarga de dividir en diferentes canales todas las señales que le llegan del satélite, y de combinarlas, sean estas de voz, video o datos, para enviarlas al satélite como una sola señal.

Cabe resaltar que estas señales de voz y datos no intervienen en la videoconferencia, aunque se puede usar un canal de voz como audio de la misma, sin contar con la facilidad de multiplexión de video y audio del CoDec. En este caso, este aparato solamente se encarga de procesar la señal de video.

Una vez que el CoDec transforma las señales analógicas de video en digitales, las envía a un canal del multiplexor, para que las combine con otros canales. Finalmente pasan al módem, a través del cual, utilizando cierto protocolo, suben al satélite.

En el sitio de destino, una antena recibe la señal del satélite, y el proceso continúa de forma inversa; es decir, el módem pasa la señal al multiplexor, quien se encarga de dividirla en los diferentes canales de voz, video y datos para su posterior procesamiento. Las señales de video pasan al CoDec para ser transformadas en señales analógicas, y luego son desplegadas como imágenes en la videoconferencia.

 ANALISIS DE CONTINGENCIAS

Dentro de esta sección, trataremos los posibles problemas que se producen durante la realización de videoconferencias, y plantearemos soluciones para corregirlos.

Existe un problema con los sistemas de reloj de los equipos de comunicación produce un deslizamiento en los bits de las tramas que se envían por el medio, además de la pérdida de sincronización de los modems satelitales, lo cual puede llevar a una pérdida de comunicación.

Para solucionar este problema, existen dos métodos de sincronización: El primero consiste en la utilización de un solo reloj por parte de los equipos de comunicación. A éste método se lo conoce como Sistema de Sincronización de Lazo (Loop Timed System), en el cual el reloj del sistema es proporcionado por el equipo terminal de datos (Data Terminal Equipment). El módem satelital utiliza buffer para compensar las diferencias entre el DTE y el suyo propio. En el otro extremo el DTE trabaja en modo esclavo para tomar el reloj de la señal de recepción y sincronizar el reloj de la señal de transmisión.

El segundo método de sincronización consiste en utilizar dos diferentes fuentes de reloj, las cuales se manejan independientemente en cada nodo de un circuito de comunicación punto a punto.

Otro de los problemas más comunes es la pérdida de comunicación de los modems satelitales, lo cual se debe a una desorientación de las antenas, o a las malas condiciones del clima, que pueden provocar interferencia y ocasionar esta pérdida de comunicación. Para solucionarlo, es necesario que las antenas se ubiquen en una orientación óptima para poder obtener una buena señal del satélite. Una vez solucionado este percance, no se debería repetir, ya que si la configuración utilizada da buenos resultados, no es necesario cambiarla