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    CAPTULO 2

    COMUNICACIONES MVILES

    SATELITALES

    2.1 Conceptos Fundamentales.

    La forma de nuestro planeta es esfrica y como consecuencia directa de esto, es imposible

    enviar radio seales directamente de un punto a otro punto del globo terrestre cuando el

    punto de recepcin no se encuentra en lnea de vista con el punto de transmisin, unasolucin a este problema es tener un punto intermedio que reciba la seal y la enve

    nuevamente sirviendo como un simple repetidor entre el transmisor y el receptor, pero este

    tipo de solucin se ve limitada por diversos aspectos de terreno.

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    La tierra est cubierta en gran parte de su superficie por agua, por lo que colocar una

    estacin repetidora se dificulta debido a esto, el uso de este tipo de estaciones repetidoras se

    limita a lugares donde exista tierra firme y lnea de vista entre el transmisor y el receptor.

    Para establecer comunicaciones entre dos puntos alejados sobre la tierra, existe otra

    opcin, esta utiliza la capa de la ionsfera de la tierra como punto reflector para las radio

    seales, las seales se ven refractadas y regresan a la tierra en un punto diferente al que

    fueron transmitidas, esto es posible para cierto rango de frecuencias y con un ancho de

    banda limitado con lo que se presenta el principal problema para este tipo de tcnica, aun

    con estos inconvenientes se logra una conexin con el receptor sin necesidad de lnea devista entre el transmisor y el receptor [6].

    Otra alternativa derivada del mtodo de reflexin sobre la capa de la ionsfera, consiste en

    establecer estaciones artificiales en el espacio que puedan recibir y transmitir seales de

    regreso a otro punto de la tierra, la idea bsica de un sistema de comunicaciones

    satelitales puede sintetizarse como:

    Una estacin terrena fija o mvil.

    Una antena repetidora en el espacio.

    Una antena receptora en la tierra.

    Este tipo de conexin ha sido usada desde hace varios aos y sigue en uso hasta la

    actualidad.

    Se puede decir que las comunicaciones satelitales son las que pueden lograr comunicacin

    entre dos puntos distantes de la tierra, en algunas ocasiones se llega a pensar que las

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    comunicaciones satelitales slo se utilizan para la transmisin de televisin va satlite y

    para establecer el clima sobre el globo terrestre, pero este tipo de funciones es slo una

    parte de el gran nmero de aplicaciones para los satlites y ms en especifico para las

    comunicaciones satelitales [6].

    En comunicaciones satelitales utilizamos satlites para telecomunicaciones, este tipo de

    satlites pueden ser vistos como un punto en el espacio que recibe seales de la tierra y las

    transmite de vuelta hacia la tierra, actuando como un repetidor. Las caractersticas fsicas

    de los satlites y de las estaciones terrenas han cambiado fuertemente con el paso del

    tiempo y de las generaciones de satlites.

    2.2 Generaciones de Comunicaciones Satelitales Fijas, Mviles y Personales.

    La primera generacin de comunicaciones satelitales son los sistemas de comunicaciones

    con estaciones terrenas fijas , la segunda generacin son los sistemas de comunicaciones

    satelitales mviles y a travs del siglo 21 los avances en la tecnologa de comunicacin

    mvil satelital han logrado llegar a evolucionar hasta alcanzar la tercera generacin que son

    los sistemas de comunicaciones personales mviles satelitales [7].

    Las caractersticas que marcan la diferencia entre estas tres generaciones pueden ser

    claramente vistas si se hace una comparacin entre los tamaos de las antenas y de los

    satlites que se han utilizado para estas tres generaciones. La Figura 2.1 muestra una

    comparativa entre el tamao de las antenas y el tamao de los satlites utilizados a travs de

    los ltimos aos para los sistemas de comunicaciones mviles y sus distintas generaciones.

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    Figura 2.1 Evolucin de los sistemas de Comunicaciones Mviles Satelitales [7].

    Las principales caractersticas de estas generaciones pueden sintetizarse para dar un mayor

    entendimiento de las mismas.

    Primera-Generacin, sistema de comunicaciones con estaciones terrenas fijas .

    Este tipo de sistemas de comunicacin con estaciones terrenas fijas provee serviciosde radiocomunicacin entre estaciones terrenas fijas a travs de enlaces satelitales.

    Este sistema contiene un satlite y una puerta de enlace con una estacin terrena

    fija, los cuales requieren complejas facilidades y grandes antenas, en este tipo de

    generacin se utilizan principalmente satlites GEO.

    Segunda- Generacin, sistema de comunicaciones mviles. Este tipo de

    comunicacin provee servicios entre mviles y estaciones terrenas fijas a travs de

    enlaces con satlites, este sistema consta de un satlite y estaciones terrenas, las

    cuales pueden ser fijas o mviles como barcos, aviones y automviles. La

    comunicacin directa entre el satlite y el mvil no est dentro de los servicios que

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    forman parte de este sistema, principalmente esto se debe a las cualidades del

    satlite y a las funciones de conmutacin de canal. En la mayora de los casos la

    utilizacin de satlites tipo GEO era lo ms comn [7].

    Tercera-generacin, sistema de comunicaciones personales mviles . El concepto de

    este tipo de sistemas de comunicacin define el proveer radiocomunicacin entre

    una Terminal de muy pequea apertura (VSATs) (Very Small Aperture Terminals )

    y satlites usando uno o ms de stos. Una Terminal mvil personal puede tener

    acceso directo con el satlite para establecer comunicacin con ste, sin necesidad

    de utilizar una estacin terrena fija, pero con esto tenemos que el satlite debe lograr

    llevar a cabo funciones mucho ms especficas, como la conmutacin de canales,redes ms complejas y procesamiento de seales [7].

    2.3 Caracterizacin del Canal Mvil Satelital.

    El movimiento puede producir cambios espectrales en las ondas transmitidas lo cual puede

    causar degradaciones adicionales que son relativas a los puntos de arreglo de los VSATs

    los cuales no son otra cosa que una parte o la unidad mvil en conjunto.

    En la Figura 2.2 se muestra un canal de enlace mvil satelital bsico de UHF, la seal

    transmitida por el satlite es recibida por el vehculo en movimiento en tres caminos

    bsicos: (1) la componente directa, que est situada en la lnea de vista (line-of-sight) de la

    unidad mvil directamente con el satlite; (2) la componente indirecta, que llega con un

    retraso de la componente directa y que presenta una seal colectada por una sola reflexin

    (usualmente es la que ocurre ms cercana con respecto a la superficie de la Tierra);(3) la

    componente difusa que es el efecto combinado de la multi-trayectoria (mltiples

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    reflexiones) de todas las direcciones recolectadas por la antena del vehculo, mucha de las

    diversificaciones de la multi- trayectoria sern recibidas y contribuirn a el ruido difuso.

    La componente directa generalmente representa la ms fuerte de las componentes y est

    compuesta de la portadora modulada del satlite con la insercin de un posible corrimientoDoppler en la frecuencia, generado por el movimiento de la terminal. Esta frecuencia de

    corrimiento puede estar dada por:

    cos0

    = f cv

    f d ( 2.1)

    Donde

    f d Corrimiento en la Frecuencia de la seal portadora

    f o es la frecuencia de la portadora

    v es la velocidad del vehculo

    c es la velocidad de la luz

    es el ngulo de elevacin de la lnea de vista ( LOS )

    Como se puede ver en la Figura 2.2 para ngulos pequeos y con un vehculo a una

    velocidad de 100 Km/h, se produce un corrimiento Doppler en UHF de cerca de 100Hz.

    Este corrimiento adhiere un offset oscilador inherente, el cual est representado por elancho de banda en el corrimiento de la portadora cuando es recibida por el vehculo [2].

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    Figura 2.2 Modelo de un enlace de bajada para mviles satelitales [3].

    El nivel de potencia de la componente que es directamente recibida es reducido aun ms

    por el shadowing de los rboles, el tipo de terreno, o por otros obstculos con

    caractersticas especficas, como se puede ver en la Figura 2.3.

    Figura 2.3 Prdidas en la potencia de los enlaces mviles satelitales, prdida por Shadowing [3].

    Tambin por el completo bloqueo que es producido por los edificios y las montaas como

    se puede ver en la Figura 2.4. El shadowing y el bloqueo de la seal son por lo general

    temporales y no son estacionarios por lo que slo ocurren intermitentemente debido al

    movimiento del vehculo.

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    Figura 2.4 Prdidas en la potencia de los enlace satelital, prdida por bloqueo de la seal [3].

    2.3.1 Multi-trayectoria y otros fenmenos.

    Unos de los efectos de importancia primordial que se tom y se tomar en cuenta durante

    este proyecto es la multi-trayectoria que produce efectos de desvanecimiento en pequea

    escala, entre los efectos ms importantes tenemos:

    Los cambios rpidos en la potencia de la seal sobre una pequea distancia

    o intervalo de tiempo.

    Modulacin aleatoria de frecuencia causada por la variacin de los

    cambios de Doppler en diferentes seales multi-trayectoria.

    Dispersin en tiempo (eco) causada por los retardos en la propagacin

    multi-trayectoria.

    En regiones urbanas, el desvanecimiento ocurre por el ngulo del satlite con respecto a la

    unidad mvil ya que sta puede ser obstruida por la altura de los edificios cercanos al no

    existir lnea de vista directa. Incluso cuando hay lnea de vista se produce una multi-

    trayectoria debido a las reflexiones de la tierra y construcciones aledaas como se muestra

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    en la Figura 2.5. Aunque el receptor mvil se encuentre esttico, la seal recibida se puede

    atenuar por el movimiento de objetos cercanos (Vehculos o gente caminando).

    Figura 2.5 Difraccin y Multi -trayectoria [27].

    Los componentes multi-trayectoria se combinan vectorialmente en el receptor de la antena,

    causando la distorsin y desvanecimiento como se puede ver en la Figura 2.6.

    Figura 2.6 Diferentes direcciones de llegada de las componentes difusas [3].

    En el mundo real, la multi-trayectoria ocurre cuando hay ms de una trayectoria disponible

    para la propagacin de la seal de radio.

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    En la prctica, los rboles, los sealamientos en la calle, y los postes de luz inducen la

    dispersin en los sistemas de comunicaciones mviles.

    En la prctica, no slo los materiales metlicos causan reflexiones, sino que los dielctricos

    (o los aisladores elctricos) tambin causan reflexiones. Los niveles reales de la sealreflejados por aisladores dependen de complicadas caractersticas, as como de la geometra

    del medio.

    2.3.2 Reduccin de los problemas por Multi-trayectoria.

    Los problemas de multi-trayectoria pueden ser reducidos modificando las siguientes

    caractersticas: [1]

    1. Diseo del sistema Comunicacin : Trayectorias redundantes por cada

    receptor si es del todo posible

    2. Diseo del sistema de la Antena: Antenas de diversidad dual usadas en cada

    receptor como mnimo

    3.Relacin SEAL/ DISEO DE LA FORMA DE ONDA: Un buen diseo de

    dispersin del espectro con la mejor tasa de transmisin del chip.

    4. Relacin CONSTRUCCIN / DISEO DEL AMBIENTE: no mucho se

    puede hacer por esta rea, slo que se construyan nuevos edificios que faciliten

    la propagacin de las seales.

    Las variaciones espaciales de la seal resultante se ven en el receptor como variaciones

    temporales mientras ste se mueve por el campo multi-trayectoria. Un receptor que se

    mueve a gran velocidad puede pasar a travs de varios desvanecimientos en un pequeo

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    perodo de tiempo. Debido al relativo movimiento entre el mvil y el satlite, cada multi-

    trayectoria experimenta un aparente corrimiento de frecuencia que es el llamado

    corrimiento Doppler que se explic anteriormente.

    2.4 Comunicaciones Personales Mviles.

    Las comunicaciones personales mviles son la ltima generacin de sistemas de

    comunicacin satelital. Este tipo de comunicaciones utiliza terminales de tamao reducido

    para poder ser portadas por los usuarios. Antes, para establecer una conexin satelital, era

    necesario un satlite lo suficientemente grande como para poder transmitir la suficiente

    potencia para establecer el enlace, esto se deba que los satlites utilizados eran de tipoGEO (Geostationary Earth Orbit ) [19].

    El uso de satlites geoestacionarios fue reemplazado con nuevas tendencias propuestas para

    el mejoramiento de este enlace y la reduccin de costos, el tipo de satlites que se

    estableci, como eficientes para cubrir las necesidades de este tipo de comunicaciones, son

    los satlites del tipo LEO( Low Earth Orbit ), su nombre se deriva del hecho de que lossatlites de tipo GEO estn posicionados en una rbita que se encuentra a una distancia de

    36,000Km de la tierra, a esta rbita se le llama geoestacionaria. En cambio los satlites de

    tipo LEO se encuentran ubicados en una rbita mucho ms baja que va de los 800Km a los

    1400 Km aproximadamente.

    La altura de la rbita para los satlites de tipo LEO depende del sistema o compaa de la

    que se est hablando, algunos de los sistemas que utilizan los satlites de tipo LEO son

    Globalstar, Iridium, Teledesic, Inmarsat. Estos sistemas no slo utilizan la rbita ms baja

    para la colocacin de sus satlites, tambin utilizan una rbita conocida como MEO

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    ( Medium Earth Orbit ) como el sistema Odyssey que utiliza este tipo de satlites, algunos

    de estos sistemas sern descritos en detalle en secciones siguientes.

    Algunas de las principales razones por las que se tom la decisin de utilizar sistemas de

    tipo LEO para las comunicaciones personales mviles satelitales incluyen el hecho de quelos satlites de tipo GEO no soportan todos los requerimientos para el futuro plan de

    convergencia de redes, en conjunto con el proyecto de una cobertura global con terminales

    personales mviles.

    Los satlites de tipo geoestacionario presentan grandes ventajas en ciertos aspectos entre

    los cuales estn la cobertura amplia de su huella sobre el globo terrestre, el gran ancho de banda que pueden llegar a tener, en conjunto con la capacidad para comunicaciones

    mviles as como la eficiencia econmica. Tambin podemos agregar la facilidad de

    sincronizacin con la tierra al estar girando en la rbita geoestacionaria que hace que el

    proceso de bsqueda de la Terminal sea ms simple para el satlite que para otro satlite

    ubicado en otra rbita [24].

    2.5 LEO vs. GEO

    Pero como se mencion los satlites de tipo GEO tienen ciertas desventajas cuando se

    comparan con satlites de otro tipo de rbita ya sea LEO o MEO, pero principalmente se

    comparan con satlites tipo LEO. Entre las desventajas tenemos que los satlites GEO

    sufren un gran retraso de propagacin de la seal, esto es completamente inevitable debido

    a la gran distancia a la que se encuentran los satlites adems de la velocidad finita de las

    ondas electromagnticas.

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    Si se realizan clculos de retraso de propagacin de las seales podemos ver que el tiempo

    de retraso para un enlace a un satlite geoestacionario tomando en cuenta el enlace de

    subida y el de bajada es de 240ms. Para un sistema de comunicaciones de voz este retraso

    causara un efecto de onda estacionaria y un efecto de eco durante la conversacin, este tipo

    de problemas puede ser solucionado utilizando un circuito supresor de eco, pero esto eleva

    los costos.

    Otra importante desventaja en los satlites de tipo GEO son las grandes prdidas por

    propagacin, en comunicaciones satelitales las ondas electromagnticas se ven atenuadas

    por la gran distancia que recorren, la potencia que debe de tener una onda electromagntica

    es dos veces ms que la distancia que debe recorrer. Este tipo de problema se hace ms

    grande cuando se piensa en una terminal personal mvil, en la que una elevada potencia de

    transmisin podra generar grandes problemas de salud al usuario [18].

    Aun en la actualidad con los grandes avances tecnolgicos la Terminal mvil ms

    pequea que se tiene para tener una conexin con un satlite geoestacionario es del tamao

    de una hoja de papel tamao A4 y con un peso de 2.5Kg usando en el estndar mini-M de

    INMARSAT-M [21].

    Otra desventaja que poseen los satlites de tipo GEO es que no tienen una cobertura en los

    polos norte y sur de la tierra, ya que al girar sobre el plano del ecuador la cobertura no

    alcanza ciertas zonas con un ngulo de elevacin reducido, los satlites de tipo LEO pueden

    llegar hasta estas zonas debido a su tipo de rbita y a los menores ngulos de elevacin que

    pueden tener en su cobertura en comparacin con los GEO.

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    Este tipo de problemas, adems de otros, hacen de los satlites de tipo GEO una opcin

    poco recomendable para los sistemas de comunicaciones mviles, en comparacin con los

    satlites en otro tipo de rbita que resultan ser una mejor opcin.

    2.6 Satlites tipo LEO.

    Como se ha mencionado, la necesidad de poder utilizar terminales personales mviles de

    tamao reducido ha hecho que los satlites de tipo LEO sean la mejor opcin para tener

    buenos resultados de comunicacin satelital mvil.

    Un sistema LEO que es un sistema NGEO de comunicaciones satelitales, presenta

    caractersticas diferentes y variaciones no slo en su rbita, como su nombre lo menciona,

    sino tambin en las caractersticas de cobertura, potencia y estructura de diseo.

    Los satlites de rbita baja o LEO tienen su rbita a altitudes de unos 900 Km en promedio.

    Los satlites Geoestacionarios (GEO) tienen su rbita a una altura que esta sobre los 36000

    Km, Los satlites de rbita media (MEO) tienen su rbita entre los LEO y los GEO

    (alrededor de los 15000 Km), como se puede ver en la Figura 2.7[6].

    La baja altura de las rbitas LEO mejora la calidad de la seal y reduce el retardo de

    transmisin. Al tener rbitas ms bajas, las huellas llegan a ser muy reducidas en rea,

    por lo que son necesarios muchos satlites para cubrir la tierra entera para aplicaciones en

    tiempo real. Mientras un satlite desaparece tras el horizonte, ya debe haber otro

    apareciendo sobre el lado opuesto, para lograr una cobertura adecuada.

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    Figura 2.7 Representacin de las altitudes de los distintos sistemas satelitales [19].

    Las comunicaciones con satlites LEO conllevan algunos aspectos que los diferencan,

    entre los cuales estn el diseo de la red para la cobertura en la tierra, ya que la huella

    implementada por estos satlites es de una menor rea comparada con los satlites GEO,

    los cuales que para cubrir casi en su totalidad la tierra utilizan solamente tres satlites a

    esta altura de rbita, con excepcin de la zona de los polos mientras que para una cobertura

    con satlites de tipo MEO serian necesarios al menos 6 y 10 satlites, y para un sistema de

    tipo LEO requiere un nmero mayor de satlites, mayor a los 40 [6].

    A continuacin se muestra una tabla comparativa de las ventajas y desventajas de los

    satlites de tipo LEO comparndolos con los satlites de tipo MEO y GEO con esto

    podemos resumir de forma prctica las caractersticas encontradas.

    L EO MEO GEOCosto del Satlite Mximo Mnimo MedioVida Satlite (aos) 3-7 10-15 10-15Terminal porttil Posible Posible Muy difcil

    Retraso en propagacin Corto Medio Grande Hand-off Constantemente Moderado NuncaCobertura del satlite Corta Media Todo el tiempoComplejidad de la red Compleja Medianamente Simple

    Prdidas propagacin Baja Media Alta

    Tabla 2.1 Diferencias entre satlites de diferentes rbitas [6].

    Se tienen dos categoras diferentes para los sistemas LEO, el primero de ellos es el sistema

    satelital Little LEO que provee un nmero reducido de servicios, el segundo sistema es el

    sistema satelital de Big LEO, la Figura 2.8 muestra una perspectiva del tamao de las

    huellas para un sistema de tipo LEO. Mas adelante se mencionaran las principales

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    diferencias entre estos dos tipos de sistemas, as como algunos actuales sistemas de tipo

    Little LEO y Big LEO.

    Figura 2.8 Perspectiva de Cobertura de un sistema tipo LEO [19].

    1.6.1 Little LEO.

    Este tipo de sistema utiliza satlites de tamao reducido y de poca masa para una tasa de

    transmisin de datos menor a 1Kbps. Los rangos de frecuencia de transmisin se

    encuentran ubicados en dos bandas segn la FCC (Federal Communications Society) para

    el enlace de subida de 148-149.9Mhz y de 137-138 Mhz para el enlace de bajada [6].

    Las innumerables aplicaciones de los sistemas Little LEO incluyen monitorizacin remota,

    supervisin, control y adquisicin de datos, seguimiento, lectura de dispositivos de medida,

    exploracin de la tierra y transmisin de mensajes entre terminales de usuario, todo ello

    desde cualquier punto del globo terrestre. En definitiva, permiten que pilotos, cazadores,

    exploradores y viajeros comunes, puedan mantenerse siempre en contacto, el seguimiento

    de trenes en movimiento, boyas ocenicas, trfico de carreteras, contenedores y materiales

    peligrosos, de animales, entrar en contacto con camiones o vehculos de emergencia,

    recolectar y distribuir informacin de tiempo atmosfrico, revisar niveles de ros e incluso

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    observar una cabaa en el campo, usando menos de 1 MHz de ancho de banda del espectro

    de transmisin .

    Algunos sistemas Little LEO son:

    Orbcomm.

    VITASAT.

    STARNET

    Leo One/Leo panamericana

    E-Sat (DBSI)

    La primera es ORBCOMM (Orbital Communications Corporation ) con 36 satlites a una

    altitud de 775Km, la segunda llamada VITASAT (Volunteers in Technical Assistanse ) y

    STARNET con 24 satlites a una altitud de 1000 km [6].

    La masa de los satlites en este tipo de sistemas oscila aproximadamente entre 50 y 200 Kg

    para ORBCOMM y entre los 40 Kg los 150 Kg para STARNET, por lo general en rbita

    este tipo de sistemas es diseado para una vida til de cinco aos aunque se presenta la

    caracterstica de llevar combustible para siete aos.

    Podemos tener que para el sistema Leo One la altitud de la rbita es de 950 km.Cada uno

    de los ocho planos orbtales de los que esta compuesto el sistema, contiene seis satlites

    posicionados equidistantemente, con cada plano igualmente espaciado del ecuador y con

    una inclinacin de 50 grados. Cada satlite tiene una rbita circular de unos 3.960 km de

    dimetro. El perodo rbital de los satlites es de unos 104 minutos, y el perodo de visin

    del satlite en la tierra es de unos 7 o 10 minutos [6].

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    Figura 2.9 Caracterstica de los satlites de Leo One y de ORBCOM[30].

    Los sistemas Little LEO usan un espectro menor a 1Ghz, pues con esto los costos de los

    transreceiver se abaratan, se contina en una bsqueda por la mejor banda de frecuencias

    para su aplicacin.

    Figura 2.10 Estructura interna de un satlite Little LEO[30].

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    Las caractersticas de los sistemas Little LEO, que los hacen indispensables en la carrera

    hacia las comunicaciones globales son [30]:

    Cobertura mundial - comunicaciones bi-direccionales.

    Alta velocidad de transferencia, cercana al tiempo real. Equipos de bajo costo en comparacin con sistemas big LEO y otros sistemas

    Comunicadores pequeos e inteligentes.

    ORBCOMM ofrece sus servicios alrededor del planeta con gran parte de la constelacin

    lanzada y operando en ms de 100 pases.

    Dentro de las Consideraciones de cobertura para los sistemas Little LEO podemos

    mencionar que supera a los sistemas terrestres por tener cobertura global, pero al mismo

    tiempo los sistemas terrestres poseen muy buena cobertura dentro de edificios en lugares

    urbanizados que posean la infraestructura para cubrir la zona deseada.

    En cuanto a las caractersticas de seguridad y costo, se puede mencionar que con respecto a

    la seguridad los sistemas Little LEO son bastante confiables por ser digitales y tener

    posibilidad de encriptacin, al igual que otros sistemas satelitales. Adems de la gran

    fiabilidad que se les puede tener debido a los mltiples niveles de cifrado con los que

    cuenta para el reconocimiento de cada mensaje.

    Los costos de los equipos son mucho ms bajos en little LEO que en sistemas terrestres

    fijos en los que requiere una gran infraestructura. Los costos del servicio son parecidos

    entre Big LEO y los Little LEO

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    Las caractersticas que determinan el uso del sistema Little LEO dependern de que se

    combinen las situaciones para completar los requerimientos, entre los cuales tenemos que

    se requiere una cantidad de informacin a transmitir relativamente pequea.

    Otra caracterstica a cumplir es la aplicacin de una cobertura global, adems de una de lasms importantes que es el bajo costo tanto de los servicios como de los equipos.

    1.6.2 Big LEO

    Esta es la categora de mayor inters para comunicaciones satelitales personales mviles

    por la capacidad de poder transmitir voz junto con un mayor nmero de funciones y

    capacidades, lo que tambin se ve reflejado en un mayor tamao de los satlites

    comparados con los sistemas Little LEO, lo que denota el nombre del sistema Big LEO,

    adems del mayor tamao de los satlites tambin se tiene un mayor ancho de banda.

    Los sistemas Big LEO sobre utilizan una banda de frecuencias disponible en la banda L,

    debido a el fracaso comercial de los sistemas RDSS ( Radio Determination Satellite Service )

    propuestos para esa banda de frecuencias [20].

    La mayor parte de los propuestos sistemas Big LEO ofrecen un servicio global a terminales

    personales mviles con la ayuda de sus satlites en una altitud de rbita baja. El gran

    tamao de este tipo de satlites les permite tener una mayor complejidad de procesos de

    datos que el simple procedimiento de recepcin y envo de los sistemas Little LEO. Un

    parmetro importante en el desempeo de estos sistemas es la capacidad de interactuar y

    tener una relacin con los sistemas terrestres y en especial con las terminales de modo dual.

    Esto hace al sistema ms econmico en diferentes partes del mundo y por lo tanto ms

    flexible para los usuarios.

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    Varios sistemas o compaas se han propuesto para los sistemas Big LEO, los ms

    importantes sern descritos en la seccin siguiente, dentro de los sistemas existentes

    tenemos a Globalstar, Iridium, ICO (INMARSAT-P), Teledesic, Ellipso, Constellation

    (conocido como Aries) [20].

    Se describirn los sistemas ms usados a nivel mundial para las comunicaciones satelitales

    mviles de voz, algunos de estos sistemas tiene planeado dar una cobertura para otro tipo

    de aplicaciones.

    2.7 Descripcin de los sistemas Big LEO ms importantes.

    Las rbitas bajas para el sistema Iridium y para Globalstar se pueden observar en la Figura

    2.11, este tipo de rbitas han dado una revolucin satelital en las comunicaciones mviles

    va satlite, adems de las ventajas que tienen por su cercana a la Tierra.

    Figura 2.11 Seleccin de altitud de rbita de los sistemas satelitales LEO [20].

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    2.7.1 Iridium.

    Es un sistema LEO que fue propuesto por Motorola, tiene satlites en proximidad con la

    tierra tpicamente localizados a 800 1200 Kilometros sobre la tierra con un periodo de

    rbita de 90 minutos. Esto produce un mnimo retraso de tiempo y reducidas prdidas de propagacin pero eleva el nmero de satlites para un servicio continuo, es importante

    mencionar que Iridium fue la primera empresa que ofreci los servicios de telefona mvil

    satelital. El sistema de Iridium le da total flexibilidad al usuario, creando enlaces inter-

    satelitales para una mejor conexin, como se presenta en la Figura 2.12.

    Figura 2.12 Conexiones posibles para Iridium [6].

    El sistema Iridium incorpor los enlaces inter-satelitales (ISL), el sistema Iridium tiene

    aproximadamente 3,168 huellas sobre todo el globo terrestre, nicamente 2,150 estn

    activas al mismo tiempo, las otras sirven para proporcionar la cobertura en zonas de difcil

    acceso como los polos [19].

    La conexin entre la PSTN ( Public Switched Telephone Network ) y el sistema Iridium es a

    travs de una puerta de enlace. Cada satlite est conectado con sus cuatro satlites vecinos

    a travs de enlaces inter-satelitales, este tipo de enlaces proveen flexibilidad sobre la

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    ubicacin de la puerta de enlace. Una llamada desde una red de telefona mvil terrestre

    hacia un mvil de Iridium puede ser conectada a travs de la PSTN para conectarse con la

    puerta de enlace hacia los satlites.

    Iridium es un sistema global de comunicaciones mviles que utiliza la estructura de redcelular y cuyas estaciones base se encuentran en el espacio alrededor de la tierra con 66

    satlites en rbita que ofrecen una cobertura con bajos retrasos de propagacin de la seal y

    una cobertura global como se puede ver en la Figura 2.13. Inicialmente se pens en un

    sistema con 77 satlites de ah su nombre: Iridium, elemento atmico con 77 electrones en

    su corteza, estando 11 satlites en cada uno de los planos separados 800km de la superficie

    de la tierra [19].

    Figura 2.13 Constelacin de satlites de Iridium [19].

    Su principal caracterstica es que extender la red de comunicaciones mviles GSM,ofreciendo servicios de voz y datos de carcter personal y con cobertura mundial. Adems

    tambin estarn disponibles otro tipo de servicios.

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    El patrn del sistema de Iridium est hecho para tener compatibilidad con la arquitectura

    GSM, la puerta de enlace de los satlites ser incorporada a la red de GSM y a el MSC de

    la red GSM con sus bases de datos asociadas (EIR, HLR, VLR). Pero adems de esto,

    Iridium necesita de funciones particulares para su funcionamiento que son tomadas en

    cuenta por la puerta de enlace terrestre, una de estas funciones es el control del enlace de

    alimentacin, por lo que la puerta de enlace administra los subsistemas y los controles de

    mensajes [20].

    Cuando un telfono mvil origina una llamada, el sistema de Iridium calcula la ubicacin

    del usuario, cada puerta de enlace est asociada con una rea en particular en la que sta

    tiene el control, por lo que la ubicacin del telfono personal mvil determina si se

    encuentra en un rea de cobertura local o en una donde es visitante (roaming ), la puerta de

    enlace controla todos los aspectos de una llamada.

    Si es necesaria una conexin con la PSTN, la ubicacin de la puerta de enlace es elegida a

    partir de la ubicacin del telfono personal mvil y la ubicacin de la PSTN ms cercana.

    Los enlaces inter-satelitales evitan el requerimiento de tener una disponibilidad continua

    con la huella del satlite. Iridium propone TDD (Time Division Duplex ) pero tanto el

    enlace de subida como el de bajada utilizan una mezcla de TDMA(Time Division Multiple

    Access ) y FDMA (Frequency Division Multiple Access) .

    2.7.2 Globalstar.

    El sistema Globalstar provee de servicios de telefona y de servicio de datos en un rea

    entre 70 grados de latitud con un 100% de cobertura dual y una ms alta cobertura del

    satlite entre los 25 a los 50 de latitud. Globalstar utiliza diversidad de combinaciones en

    las trayectorias para minimizar el bloqueo o el shadowing provocado por los objetos que

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    obstruyen la lnea de vista. Las conexiones entre otras unidades mviles y la PSTN se

    establecen mediante puertas de enlace terrestres con la constelacin de satlites LEO.

    Globalstar usa una extensin del estndar IS-95 CDMA (Code Division Multiple Access )

    que se utiliza para los sistemas de telefona celular digital [11].

    Se puede decir que Globalstar es un sistema satelital tipo Low Earth Orbit (LEO) o de

    rbita baja, que cuenta con las conexiones y los segmentos que se pueden observar en la

    Figura 2.14.

    Figura 2.14 Conexiones disponibles en Globalstar [11].

    El sistema Globalstar tiene 48 satlites que proporcionarn servicios de comunicaciones

    mviles con servicios de voz y datos, radiomensajera y radi determinacin cubriendo

    alrededor del 98% de la superficie terrestre. Estos se encuentran colocados a una distancia

    de 1414 Km de altitud sobre sus rbitas circulares, con un perodo de rbita de 114

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    minutos, cuenta con un ancho de banda de 1.23Mhz por canal, la transmisin de la unidad

    mvil al satlite se hace en la banda-L y la conexin de el satlite a la unidad mvil se hace

    en la banda-S. Tiene un ancho de espectro de 16.5 Mhz.

    Como se mencion, Globalstar utiliza tecnologa de CDMA de Qualcomm para enlace almvil, para el enlace de alimentacin de subida FDM y para el enlace de alimentacin de

    bajada FDMA. Para cualquier sistema satelital que utiliza CDMA el escoger la

    alimentacin del enlace hace que se aproveche su consumo de ancho de banda. Cada huella

    que cubre un satlite de Globalstar requiere de la porcin de los 16.5 Mhz del enlace de

    alimentacin para tener un completo re-uso de las frecuencias entre las huellas y adems

    de la utilizacin de CDMA, como se puede ver en la Figura 2.15.

    El sistema Globalstar escogi CDMA para incrementar la capacidad del enlace con el

    mvil a travs del re-uso de frecuencias y la deteccin de la actividad de la voz, esto es por

    la capacidad de compartir el espectro y para mejorar el desarrollo de la multitrayectoria.

    Globalstar ofrece tasas de transferencia de datos de 1,200, 2,400, 4,800 y 9,600 bps y una

    tasa de transferencia de vocoder de 1,200bps, cuando no se detecta actividad de voz. Estoreduce la interferencia e incrementa la capacidad cuando se mantiene la sincronizacin y

    mantiene un soporte de disminucin de ruido.

    Figura 2.15 Constelacin de satlites de Globalstar [19].

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    Globalstar enruta una llamada de un usuario del sistema hasta uno de los 48 satlites,

    volvindola a bajar a la estacin terrena de acceso a la Red Pblica conmutada de Telefona

    o PSTN, a travs de la cual llega al abonado al que se esta llamando. Si la llamada se hace a

    otro usuario del sistema Globalstar, la llamada continuara a travs de otra estacin en tierra

    que acta esta vez de puerta desde la PSTN al satlite, y regresa a tierra desde ste al

    receptor mvil al que iba dirigida la llamada.

    Globalstar dar su servicio a travs de una red mundial de proveedores locales de

    telecomunicaciones. En stos se incluyen por ejemplo las francesas France Telecom (cuarto

    operador mundial) y Alcatel (mayor empresa mundial de manufacturas de equipos de

    comunicacin a distancia) [21].Las antenas de los satlites de Globalstar estn diseadas para tener una cobertura en forma

    elptica de su huella sobre la tierra, esto tambin est alineado con el vector de velocidad

    que incrementa el tiempo en que el usuario podr estar en cada huella.El sistema Globalstar

    tiene una manera de conectarse con las redes terrestres y en particular con la PSTN/PLMN

    (Public Switched Telephone Network/Public Land Telephone Network) y con la red de

    telefona celular a travs de sus puertos principales de enlace [21].

    Globalstar vende el acceso al sistema de Globalstar a los proveedores de servicios locales

    de PSTN, stos tendrn un derecho regional exclusivo de ofrecer el servicio de Globalstar,

    as como la obligacin de obtener la aprobacin para seguir las normas de las autoridades

    de la localidad. Las llamadas sern establecidas solamente a travs de un enlace satelital

    cuando las conexiones no puedan ser realizadas sobre alguna de las redes terrestres. Todas

    las llamadas que estn conectadas a travs del sistema de Globalstar sern conectadas

    atravs de la puerta de enlace regional, dando al proveedor de servicio local una conexin

    adicional y permitiendo a las autoridades reguladoras locales mantener el control.

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    Dos centros de control de operaciones satelital (SOCCs) seguirn y controlarn a los

    satlites a travs de las unidades de telemetra y comando TT&C establecidas en varios

    puntos de enlace. Adems, dos centros de control de las operaciones de tierra (GOCCs)

    fueron diseados para, dinmicamente, asignar la capacidad entre las regiones prximas,

    adems de coordinar la informacin recibida del SOCCs, y recoger la informacin para las

    facturaciones a los proveedores de servicio [6].

    2.7.3 Comparativa entre diferentes sistemas Big LEO [21].

    La Tabla 2.2 muestra principalmente una comparativa entre las distintas frecuencias que se

    utilizan, tanto en el enlace de subida como en el de bajada, para los distintos sistemas Big

    LEO de mayor uso en la actualidad, tambin se puede observar si existe la posibilidad deenlaces inter- satelitales y las frecuencias de uso para stos.

    Odyssey ICO

    (conocidoInmarsat-P)

    Globalstar Constellation(conocido Aries) Iridium Teledesic Ellipso

    Enlacedescendente

    (MHz)

    2483.5 -2500.0

    (banda-S)1980 - 2010

    2483.5 -2500.0

    (banda-S)

    2483.5 -2500.0(banda-S)

    1616.0 -1626.5

    (banda-S)(banda-Ka)

    2483.5 -2500.0(banda-

    S)

    Enlaceascendente(MHz)

    1610.0 -1626.5(banda-L)

    2170 -2200 1610.0 -1626.5(banda-L)

    1610.0 -1626.5(banda-L)

    1616.0 -1626.5(banda-L)

    (banda-Ka)

    1610.0 -1626.5(banda-

    L)

    Alimentadorascendente

    FREC. (GHz)

    29.50 -30.00

    (banda-Ka)

    5 (banda-C) 5.091 -5.250(banda-C) 6.555 (banda-C)

    19.400 -19.600(banda-

    Ka)

    (banda-Ka) (banda-C)

    Alimentadordescendente

    FREC. (GHz)

    19.700 -20.200(banda-

    Ka)

    7 (banda-C) 6.875 -7.055(banda-C) 5.160 (banda-C)

    29.100 -29.300(banda-

    Ka)

    (banda-Ka) (banda-C)

    Enlace inter-satlite (ISL)

    GHz N/A N/A N/A -- 23.180 -23.380 40-50 --

    Handover S S S -- S S SMrgenes de

    desvaneci-miento,dB

    -- 8 - 12 11 - 16 dB -- 16 voz,35 -- --

    Tabla 2.2 Designacin de Frecuencias [21].

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    En la tabla 2.3 se pueden observar comparativas entre los servicios que ofrecen los distintos

    sistemas satelitales, adems de hacer una comparativa entre los costos para los usuarios de

    este tipo de servicios, adems del costo de los equipos de comunicacin mvil satelital.

    Tambin se puede ver la vida til de los satlites de los diferentes sistemas Big LEO.

    Odyssey

    ICO(conocidoInmarsat-

    P)

    Globalstar Constellation

    (conocidoAries)

    Iridium Teledesic Ellipso

    Tipos deservicio

    Voz, datos,fax,

    mensajera,localizacinde posicin

    Voz, datos,fax,

    Voz, datos,fax, mensajes

    cortos,localizacin de

    posicin

    Voz, datos, fax

    Voz, datos,fax,

    mensajera,localizacinde posicin

    Voz, datos,fax, vdeo

    Voz, datos,fax,

    mensajera,localizacin de

    posicin

    Voz (kbps) 4.8 4.8 Adaptativo 2.4/ 4.8 / 9.6

    4.8 2.4 / 4.8 16 4.15

    Datos (kbps) 9.6 2.4 7.2 2.4 2.4 16 - 2048 0.3 - 9.6Modulacin QPSK QPSK QPSK -- QPSK -- OQPSK

    Circuitos devoz/ satlite 2300 4500 2000 - 3000 --

    1100 (limiteen potencia)

    100000canales 16

    kbps--

    Modo dualTerminal de

    usuario?S S S -- S No S

    Terminalesusuario

    manejables?

    S S S S S Porttil S

    Coste sistema(M. US$) 1800 2600 2000 1700 3700 9000 750

    Costo deTerminal, US$ 300 -- 750 -- 5000 -- 1000

    Vida Satlite(aos) 10 10 7.5 -- 5 10 5; 5

    LlamadasUS$/min. 0.65 1-2 0.35 - 0.55, -- 3 -- 0.5

    Tabla 2.3 Servicios y costos de los diferentes sistemas Big LEO[21].

    Teledesic utiliza un sistema basado en TDMA entre celdas para una supercelda y SDMA

    (Space Division Multiple Access) usado entre celdas escaneadas simultneamente en una

    celda adyacente. En cada slot de tiempo los terminales utilizan FDMA en el enlace

    ascendente y ATDMA (Asynchronous TDMA) en el descendente [21].

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    46

    En la tabla 2.4 se puede ver la comparativa entre las alturas de las orbitas para los sistemas

    Big LEO, as como los ngulos de elevacin mnimos para cada sistema. Tambin se

    pueden ver los distintos tiempos de visibilidad de los sistemas satelitales.

    Odyssey ICO(conocido

    Inmarsat-P)

    Globalstar Constellation

    (conocidoAries)

    Iridium Teledesic Ellipso

    rbita MEO ICO LEO LEO LEO LEO HEO;MEO

    Altitud (Km) 10354 10355 1400 1018 780 13757846 x520;8040

    Nmero deSatlites 12 + 3 10 + 2 48 + 8 48 66 +6 288 10; 6

    Nmero deplanos 3 2 8 4 6 12 2; 1

    Inclinacin(gr.) 55 45 52 90 86.4 98.16 116.5; 0

    Periodo(minutos) 359.53 358.9 114 105.3 100.13 98.77

    180;280

    Tiempovisibilidad,

    minutos 47.27 57.80 8.21 -- 5.54 1.74 ; 41.77

    Min. nguloelevacinTerminal

    Usuario (gr.)

    22 10 10 -- 8.2 40 10; 10

    Min. Retardode

    propagacin(ms)

    34.6 34.5 4.63 3.39 2.60 2.32 --

    Max. Retardode

    propagacin(ms)

    44.3 48.0 11.5 -- 8.22 3.40 38.7;38.7

    Cobertura Grandes

    poblacionesGlobal Con +/- 70

    gr. LatitudGlobal Global

    95% sup.Tierra casi

    100%superficie

    Norte y50

    latitudSur

    Tabla 2.4 Ubicacin de las rbitas y ngulos de elevacin[21].

    La tabla 2.5 muestra las tcnicas de acceso mltiple utilizadas para los sistemas satelitales,

    as como el conjunto de las caractersticas de reutilizacin para cada sistema, con esto se

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    puede tener una mejor perspectiva de los distintos parmetros utilizados en cada sistema

    para tener acceso a la red, y la forma de cobertura de cada uno de stos.

    Odyssey ICO

    (conocido

    Inmarsat-P)

    Globalstar Constellation(conocido Aries) Iridium Teledesic Ellipso

    Mtodo deacceso

    mltiple CDMA TDMA CDMA CDMA

    FDMA/TDMA/

    TDD

    TDMA,SDMA,FDMA yATDMA

    CDMA

    Haces porSatlite 61 163 16 7 48 64 61

    Haces totales 732 1630 768 336 3168 18432 --Dimetrohaz, km -- -- 2254 --

    600(min.) 25 --

    Dimetrohuella , km 10540 -- 5850 -- 4700 1412 ; 11960

    Antenas Dirigible,celdas fijas FijaFija, celdas

    mviles --Fija,

    celdasmviles

    Dirigible,celdas fijas

    Fija, celdasmviles

    Clulas porcluster 3 4 1 -- N/A N/A 1

    Factorrehus -- -- 768 -- 180 20000 --

    diversidadsatlite No S S -- No No S

    Tabla 2.5 Tcnicas de acceso mltiple y caractersticas de reutilizacin [21].

    2.8 Conclusiones

    Las comunicaciones mviles va satlite estn desarrollndose ms con el paso del tiempo,

    esto hace que cada da su uso se acerque ms a los usuarios, que no estn familiarizados

    con la existencia de comunicaciones personales mviles va satlite. Se hizo una breve

    descripcin de las caractersticas que hacen posible este tipo de comunicaciones, as como

    tambin la comparacin de los sistemas satelitales que ofrecen este tipo de servicios, esto se

    puede ver en las tablas 2.2, 2.3, 2.4 y 2.5, en las que se resumen las caractersticas

    principales de los sistemas Big LEO ms importantes.