- Los satélites
- Modelos de referencia
- Enlace directo
- Especificaciones de la capa física del enlace de retorno
- Acceso al medio
- Establecimiento de una sesión
- Fabricantes
- Operadores para Colombia
- Conclusiones
- Referencias
Abstract— En los avances tecnológicos de los últimos años se propone vencer todo tipo de obstáculos, donde los impedimentos de distancias y situaciones geográficas no sean aspectos limitantes en el desarrollo de tecnologías y prestación de servicios. En respuesta a estos requerimientos se encuentran las plataformas satelitales de 2 vías, donde su particularidad radica en el enlace de retorno satelital que utiliza. Este documento pretende dar una visión sobre las plataformas satelitales de 2 vías y su canal de retorno
Index terms—plataforma satelital, canal de retorno, red satelital interactiva, slots, burst.
Las plataformas satelitales de 2 vías, como su nombre lo indica son plataformas o terminales dedicadas a realizar un enlace satelital tanto de uplink como de downlink, es decir, cuentan con un canal de retorno directo al satélite lo cual hace de mayor interés estas plataformas. Estas plataformas presentan una solución al acceso de última milla (local loop)
Esto ofrece un gran ventaja en lo que respecta a conexión porque ya no es necesario estar en un área cableada para tener acceso a un flujo de datos (por ejemplo a la red PSTN), sino que desde cualquier lugar del planeta (donde el footprint del satélite ofrezca cobertura) se tendrá acceso a transmisión y recepción de datos.
Las plataformas satelitales de 2 vías son construidas por muchas empresas, entra las mas importantes tenemos a Gilat, Hughes, EMS Satellite Networks, etc. El estándar bajo el cual se rigen es el DVB (Digital Video Broadcasting), estándar europeo regulado por la ETSI que inicialmente se pensó solo para transmitir televisión digital y hoy en día presta múltiples servicios.
- INTRODUCCION
- LOS SATELITES
Los satélites se pueden clasificar de telecomunicaciones, de observación y astronómicos.
Aquí solo trataremos de los satélites de telecomunicaciones.
El primer satélite lanzado de telecomunicaciones fue el Telstar, por E.E.U.U. en 1962.
Las telecomunicaciones satelitales son muy eficaces para aplicaciones broadcast o multicast: entre más grande el público designado, más barata la aplicación por usuario, sin poner una carga inaceptable en la red, diferente a las redes terrestres.
Pero hoy en día los satélites no son utilizados únicamente para broadcast o multicast, se han desarrollados también sistemas punto-a-punto, obligando así la evolución de sistemas satelitales bidireccionales o de 2 vías. El uso de satélites para las comunicaciones bidireccionales puede proporcionar de nuevo a una solución rápida para el acceso en los lugares donde la capacidad de red terrestre es insuficiente.
A. Bandas de operación
Principalmente hay 3 bandas donde operan los satélites y por lo tanto operan las plataformas de 2 vías: bandas C, Ku y Ka.
La banda C es la más antigua y opera en el rango de frecuencia alrededor de 6 GHz para la transmisión (uplink) y entre 3.7 y 4.2 GHz para la recepción (downlink).
La banda Ku es el formato de transmisión más común en Europa para televisión satelital y usa alrededor de 14 GHz para uplink y entre 10.9 y 12.75 GHz para downlink.
La banda Ka usa alrededor de 30 GHz para uplink y entre 18 y 20 GHz para downlink.
La banda C y Ku están empezando a congestionarse por la cantidad creciente de usuarios, por lo tanto los operadores de servicio satelital están trasladándose cada vez más al uso de banda Ka.
La selección de la banda no es algo que los proveedores de servicio individuales deciden, pero es bastante escogido por los grandes operadores satelitales basados en diferentes factores:
- Disponibilidad: La banda C todavía es la más disponible a nivel mundial. La banda Ku está recientemente volviéndose más disponible en regiones que eran menos cubiertas en el pasado (América del Sur, Asia, África)
- La banda C es más fuerte a la interferencia de otros servicios de transmisión que comparten las mismas frecuencias (satélites adyacentes o transmisiones terrestres) que las bandas más altas.
- Mientras la tecnología de la banda C es más barata en sí mismo, requiere las antenas más grandes (1 a 3 m) que los de banda Ku y Ka (0.6 a 1.8 m) y por consiguiente impone relativamente costos superiores (instalación) a los usuarios finales.
- Las bandas Ku y sobre todo la Ka hacen mejor uso de la capacidad del satélite
- Bandas de altas frecuencias (Ku y sobre todo Ka) sufren significativamente mas deterioración causada por la lluvia: para asegurar la disponibilidad en condiciones climatologicas adversas, la señal tiene que ser más fuerte.
B. Operadores de Satélites
Los principales operadores de satélites en el mundo son:
PanAmSat, Intelsat, Inmarsat, Eutelesat, SES-Global, Hughes Electronics, New Skies, Intersputnik y EuropeStar.
Dependiendo del fabricante de las plataformas y de la ubicación geográfica se tendrá así en cuenta para escoger el operador satelital y por ende el satélite de mayor conveniencia.
Figura 1. Modelo genérico de referencia para sistemas interactivos
El Proyecto DVB fue fundado en Septiembre de 1993 y esta conformado por un consorcio industrial de mas de 260 programadoras, fabricantes, operadores de red, diseñadores de software, cuerpos reguladores y otros en mas 35 países, comprometidos a diseñar estándares globales para la transmisión global de televisión digital y servicios de datos. Los servicios que usan las normas DVB están disponibles en todos los continentes.
El estándar DVB es un estándar abierto (open standard), es decir que es disponible públicamente. Otros estándares abiertos son por ejemplo el HTML, PDF, SQL, TCP, IP, etc.
La mayoría de las plataformas satelitales de 2 vías operan bajo el estándar DVB-S (DVB Satellite) para el downlink y el estándar DVB – RCS (DVB Return Channel via Satellite) para el uplink.
Dentro de la terminología de la ETSI, las plataformas satelitales de 2 vías se conocen como RCST (Return Channel Satellite Terminal), las cuales son elementos interactivos que se conectan con una Red Satelital Interactiva. Además de la definición anterior se conocen también como SIT (Satellite Interactive Terminal).
- Modelo del sistema
- MODELOS DE REFERENCIA
En el modelo de un sistema interactivo que use DVB, 2 canales son establecidos, un canal broadcast y un canal interactivo como se ve en la Figura 1.
Canal Broadcast: es una canal unidireccional de banda ancha que puede llevar video, audio y datos desde el proveedor de servicios a los usuarios. Este puede incluir el Forward Interaction Path (Canal Interactivo Directo)
Canal Interactivo: el canal interactivo bidireccional es establecido entre el proveedor de servicios y el usuario y viceversa, para propósitos interactivos. Este canal esta formado por:
- Return Interaction Path (canal de retorno): desde el usuario al proveedor de servicios. Este es usado para hacerle peticiones al proveedor de servicios por parte del usuario. responder preguntas y transportar datos.
- Forward Interaction Path: va desde el proveedor de servicios al usuario. Es usado para proveer información desde el proveedor de servicios al usuario, y cualquier otra comunicación requerida por los servicios interactivos. Este puede ir embebido en el canal broadcast.
El RCST esta formada por la unidad externa (Outdoor Unit, ODU), por el enlace entre medios (Interfacility-Link, IFL) y por la unidad interna (Indoor Unit, IDU), y se interconectan como la se ve en la Figura 2.
Figura 2. Arquitectura conceptual de un RCST
El ODU está compuesto de los siguientes subsistemas: El Subsistema Antena (ANT), Transreceptor (TRx) y el Subsistema Mecánico (MECH). El enlace entre medios (IFL) es un ensamblaje de cable que interconecta el IDU con el ODU.
La ANT consiste de uno o varios reflectores y un alimentador combinado de transmisión/recepción. Opcionalmente la ANT puede incluir un alimentador receptor adicional para que reciba señales de un satélite de una ubicación orbital diferente. La parte de recepción (Rx) del TRx incluye el amplificador de ruido bajo y el selector de la banda de frecuencia.
La parte transmisora (Tx) del TRx realiza la conversión de frecuencia así como la amplificación de potencia. El MECH sujeta el ODU a una estructura firme y provee los medios para un buen apuntamiento.
El IDU consiste en los siguientes subsistemas: La Unidad de Interfaz de Red (Network Interface Unit, NIU), Unidad de Interfaz de Usuario (UIU, User Interface Unit), la unidad de suministro de potencia (Power Supply Unit, PSU). Estos subsistemas pueden ser implementados en un sistema individual IDU, dentro de un PC de escritorio o una set-top box.
El UIU es la interfaz entre todos los elementos receptores/transmisores del IDU y el dispositivo del usuario.
El NIU se constituye de por lo menos un receptor de enlace directo que recibe la señalización proveniente de este enlace (y el Tráfico enviado en el mismo flujo de Transporte), una cadena de transmisión para la transmisión de Tráfico y señalización a el ODU y todos los elementos necesarios de control. Si solo se dispone de un receptor de enlace directo el tráfico y la señalización deben recibirse en un mismo flujo de Transporte. Los receptores adicionales de enlace directo permiten a la transmisión de tráfico y señalización ir en flujos de transporte diferentes. Esto produce una mejora significativa de flexibilidad operacional y debe ser la solución preferida. El número de receptores de enlace directo disponibles es un parámetro intercambiado entre el RCST y el NCC durante el logon del RCST.
- RCTS
- Modelo de la Red Satelital Interactiva
El modelo de referencia ETSI para una red satelital interactiva (Figura 3), en el cual se tienen varias RCST, define las siguientes partes:
1- Network Control Center (NCC): el NCC provee funciones de control y monitoreo (CMF). Este genera señales de control y de temporizacion para la operación de la red satelital interactiva para ser transmitidas a través de una o muchas estaciones alimentadoras (Feeder Stations). Todos los relojes de la red satelital interactiva deben de estar sincronizados con el reloj del NCC.
2 – Traffic Gateway (TG): el TG recibe todas las señales de retorno de las RCST, mantiene la cuenta de los usuarios, provee servicios interactivos y/o conexión a la red publica externa, proveer servicios de proveedores privados o propietarios (bases de datos, pague-por- ver TV, fuentes de videos, descarga de software, tele compras, tele bancos, servicios financieros, acceso al mercado de la bolsa de valores, juegos interactivos, etc.) y acceso a redes (Internet, PSTN, ISDN)
3- Alimentador (Feeder): el Feeder transmite la señal de enlace directo en el estándar DVB-S. En este enlace se multiplexan las señales de datos para el usuario, las señales de control y las señales de temporizacion necesarias para la operación de la red satelital interactiva.
El enlace directo lleva la señalización del NCC y el tráfico del usuario a las RCST's. La señalización desde el NCC a las RCST's es necesaria para operar el sistema del enlace de retorno. Tanto el tráfico de usuario y la señalización del enlace directo pueden ser transportadas sobre diferentes señales de enlace directo (o flujos de transporte). Muchas configuraciones de RCST son posibles dependiendo del número de receptores de enlaces directos presentes en el RCST.
Figura 3. Modelo de referencia de una red satelital interactiva
En los modelos simplificados que muestran una red satelital interactiva, casi nunca vemos a los 3 módulos separados (NCC, TG y Feeder), sino que vemos un solo componente que es el HUB, lo cual nos quiere decir que en este viene embebidos los 3 módulos anteriormente expuestos.
El modelo anterior muestra todos las interconexiones entre componentes necesarias que hay en una red satelital interactiva, pero en la practica algunas veces no se puede seguir al pie de la letra. Por lo tanto existen varias arquitecturas para una red satelital interactiva:
1) Arquitectura con NCC, Gateway y Feeder embebidos
Esta es la arquitectura más simple que puede tener una red satelital interactiva, donde hay un solo Gateway y un solo Feeder juntos en una estación terrestre (Figura 4). También el NCC puede estar junto a ellos. Esta estación terrestre tiene tanto el Adaptador de Red Interactiva y el Adaptador de Red Broadcast.
Figura 4. Arquitectura con NCC, Gateway y Feeder.
2) Arquitectura con múltiples Feeders
Cuando en una red satelital interactiva existen múltiples Feeders (Figura 5), la terminal debe de tener la capacidad de cambiar de un Feeder a otro sin perder la sincronización de la red; para lograr esto las terminales deben de estar por lo menos equipadas con 2 receptores. Un receptor es sintonizado continuamente con la cadena de transporte DVB-S MPEG emitida por el Feeder primario, donde van las señales de temporizacion y control que proveen monitoreo sobre el enlace. El otro receptor esta sintonizado a la señal transmitida por el otro Feeder, la cual es la de datos de usuario. En esta configuración, diferentes terminales sintonizadas con diferentes Feeders primarios (normalmente pertenecientes a redes distintas) pueden recibir información del mismo Feeder secundario.
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Figura 5. Arquitectura con múltiples Feeders.
3) Arquitectura con Satélites Regeneradores
Los Sistemas Multimedia de Satélites Regeneradores (Regenerative Satellite Multimedia Systems, RSMS) son sistemas en los que la comunicación entre el NCC, Gateway, Feeders transita a través de un satélite con funciones de
Procesamiento-A-Bordo (On-Board-Proccesing, OBP). En la Figura 6 se ve la arquitectura que se establece. Esto permite una conectividad tipo malla para ser establecida de la manera más eficaz posible.
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Figura 6. Arquitectura con satélites regeneradores.
Los Procesadores Onboard están clasificados como:
• Regeneradores con onboard switching: Esta clase de RSMS puede en principio reordenar todo el tráfico para las conexiones punto-a-punto entre las terminales de una red en malla. El procesador onboard también puede configurarse para soportar conexiones punto-a-multipunto, multipunto-a-punto.
• Regenerador sin onboard switching: Esta clase de RSMS es particularmente atractiva cuando el número de transponders del uplink y/o downlink es relativamente pequeño y los requerimientos para el tráfico onboard es moderado. En estos casos los requerimientos para la concentración y/o el tipo de conectividad multicasting/multiplexacion prevalecen.
• Regenerador en unión con un repetidor transparente: Las terminales se conectan a la red RSMS a través del repetidor onboard transparente. La conectividad punto-a-punto entre las terminales es proporcionada por el procesador OBP, también llamado " procesador malla".
Los requerimientos funcionales del procesador OBP son:
• Recibir todo el tráfico y datos de control enviada por las terminales y el NCC
• Extraer el tráfico de datos para ser enviado en el downlink dentro del formato DVB-S y enrutarlo por la salida(s) apropiada hacia los receptores de las terminales.
• Generar ó extraer los datos de control para ser enviados al NCC y enrutarlo por la salida(s) apropiada.
• Dar formato compatible con DVB-RCS/DVB-S a los flujos downlink incluyendo el de mensajes de señalización.
El enlace directo en las RCST se hace realiza sobre el estándar DVB- S, el cual es ampliamente explicado en diversos estándares de la ETSI (e. g., 300 421, TR 101 202, ETS 300 802, EN 300 468, EN 301 192 y TR 101 154.). Actualmente este estándar ha evolucionado al DVB – S.2 y se estima que todos los sistemas DVB-S migraran hacia este, el cual presenta muchas mejoras. El estándar DVB-S.2 se encuentra explicado en EN302 307.v1.1.1.
Entre las ventajas del DVB-S.2 frente al DVB-S tenemos las siguientes:
- Eficiencia mayor del 30 % respecto a DVB-S
- Incremento del rango de aplicaciones por medio de la combinación de la funcionalidad de DVB – S (para aplicaciones direct-to-home) y DVB –DSNG (DVB Digital Satellite News Gathering para aplicaciones profesionales).
- Para maximizar el uso de recursos de los "transponders" (o canales) satelitales se usan técnicas de codificación adaptativas.
Además de esto la implementación de DVB-S.2 es mucho más económica que la de DVB-S.
En función de expandir el amplio rango de aplicaciones que tienen las tecnologías satelitales, DVB-S.2 esta diseñada para ser usada en las siguientes áreas de aplicación.
– Servicios Broadcast (BS)
– Servicios Interactivos
– Contribución de TV Digital y Satellite News Gathering (DTVC/DSNG)
– Otras Aplicaciones Profesionales (PS)
El área de Servicios Interactivos esta diseñada para ser usada con los estándares existentes de DVB return channels (e.g. RC-PSTN, RCS, etc.). DVB-S.2 puede operar en los modos CCM (modulación y codificación constante) y ACM (modulación y codificación adaptativas).
ACM permite a cada estación receptora controlar la protección sobre el tráfico enviado hacia él.
- Áreas de aplicación
1. Tipos de modulación:
Hay 4 tipos, los cuales son QPSK, 8PSK, 16APSK y 32APSK.
Las 2 primeras son para aplicaciones broadcast a través de canales satelitales no lineales cercanos a saturación.
16APSK y 32APSK son utilizadas mas que todo para aplicaciones profesionales que requieren canales semilineales.
2. Corrección de error hacia adelante (FEC Forward Error Correction):
DVB-S2 usa un poderoso sistema FEC basado en la concatenación de BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem) con codificación interna LDPC (Low Density Parity Check – Chequeo de baja densidad de paridad). La selección de los parámetros de FEC depende de los requerimientos del sistema. Con VCM (modulación y codificación variable) y ACM, la tasa de codificación puede cambiar dinámicamente.
A diferencia de DVB-S, DVB-S.2 no cuenta únicamente con la codificación MPEG-2, sino que permite codificaciones mas avanzadas como H.264, MPEG-4 Part 10 / AVC o VC9
- Características técnicas
- Señalización del enlace directo
En una red satelital interactiva, la información de control de acceso al medio y otras señalizaciones son comunicadas a través del enlace directo.
La señalización del enlace directo consiste en tablas SI (Service Information), las cuales llevan información sobre la estructura de la red satelital interactiva, mensajes específicos de RCST enviados a terminales individuales, campos de datos privados definidos para el estándar de tablas DVB-SI y paquetes especiales de flujo de transporte (Transport Stream). Se tiene un total de 6 tipos de tablas SI para señalización:
1) Superframe Composition Table (SCT)
Esta tabla describe la división de toda la red satelital interactiva en tramas y supertramas. La tabla contiene para cada supertrama, una identificación de supertrama, una frecuencia central, un tiempo absoluto de inicio expresado como un valor del NCR y una cuenta de supertrama. Cada supertrama esta dividida en tramas. Cada tipo de trama es identificada por un frame_id. La posición de la trama dentro de una supertrama es dada por un número de trama usado para las asignaciones de timeslot en el TBTP. Las tramas son posicionadas respecto a la frecuencia central y tiempo de inicio de la supertrama donde va incluida.
2) Frame Composition Table (FCT)
Esta tabla describe la partición de las tramas en timeslots. La tabla contiene para cada frame_id, o sea para cada tipo de trama, una duración, el número total de timeslots contenidos en la trama, el tiempo de inicio y los offsets de frecuencia para los timeslots.
3) Time-slot composition Table (TCT)
Esta tabla define los parámetros de transmisión para cada tipo de timeslot identificado por el "identificador de timeslot". Este proporciona información sobre las propiedades del timeslot como la rata de símbolos, rata de codificación, el preámbulo, el contenido de la carga útil (TRF con células ATM, TRF con paquetes MPEG2-TS, CSC, ACQ, SYNC) y otros.
4) Satellite Position Table (SPT)
Esta tabla contiene los datos de posición del satélite necesarios para actualizar la posición de los bursts a intervalos regulares. Los bursts son paquetes de datos. La tabla debe contener este dato para los satélites que forman parte activa de una red satelital interactiva.
5) Correction Message Table (CMT)
El NCC envía la Correction Message Table a grupos de RCST's. El propósito del CMT es avisar a los RCSTs que se han registrado (logged-on) qué correcciones deben de hacerle a sus bursts transmitidos. El CMT proporciona valores de corrección para la frecuencia, temporizacion y potencia de los bursts. El CMT contiene las correcciones para el RCSTs de las mediciones realizadas en los bursts tipo ACQ y SYNC.
6) Terminal Burst Time Plan (TBTP)
Este mensaje es enviado por el NCC a un grupo de terminales. El grupo es direccionado por un Group_ID, mientras cada terminal es direccionada por un Logon_ID. Tanto el Group_ID y Logon_ID es notificado a la terminal en el momento del logon. Este contiene una o más entradas para cada RCST, donde cada entrada define una asignación de un bloque de timeslots. Cada asignación de tráfico es descrita por el número del timeslots de inicio en el bloque y un factor de repetición que da el número de asignaciones consecutivas de timeslots.
El TBTP permite asignar timeslots una vez o continuamente. También es proporcionado un mecanismo que se encarga de agregar o quitar asignaciones de timeslots del TBTP.
Las tablas SCT, FCT, TCT y SPT deben de ser enviadas por lo menos cada 10 segundos.
La tabla TBTP debe ser enviada cada vez que se envíe una supertrama.
La transmisión de los datos de la RCST se realiza siguiendo el esquema que se ve en la Figura 7, donde cada bloque funciona un papel fundamental que será explicado a continuación
Figura 7. Diagrama de bloques del procesamiento de la señal en el enlace de retorno.
En una red satelital interactiva una de las características importantes es la sincronización. Es necesario tener una buena sincronización porque así se evita interferencia entre los usuarios, debido a que es un sistema TDMA, además de lograr mejor aprovechamiento del canal. Adicionalmente el NCC realiza tareas para obtener una buena sincronización como correcciones para el error de conversión de frecuencias en el satélite y el efecto Doppler.
También es recomendable que el operador de la red conozca la ubicación exacta de la RCST por razones administrativas y técnicas. Para esto se pueden utilizar sistemas GPS o Galileo en el momento de la instalación de la terminal.
Para realizar la sincronización lo que se hace es enviar información dentro de la señalización del enlace directo, esta información es el NCR (Reloj de referencia de red, Network Clock Reference), el cual es una derivación del reloj de referencia del NCC. El NCR debe de ser enviado entre 200 y 10 veces por segundo. El NCR es distribuido en la señalización del flujo de transporte (Transport Stream, TS) MPEG2. Si se utiliza DVB-S o DVB-S.2 con CCM, el NCR es transportado siguiendo el mecanismo de distribución PCR (Program Clock Reference) definido en ISO/IEC 13818-1.
Si en cambio se utiliza DVB-S.2 con ACM, se necesita construir un eje temporal para la transmisión TDMA, para lograr esto el RCST deberá asociar una recepción exitosa de un campo NCR con el tiempo de llegada de un punto de referencia (trama N+2) respecto el "símbolo de referencia" del enlace directo. Este "símbolo de referencia" es el SOF (Start Of Frame), el cual es el indicador de comienzo de N tramas DVB-S.2 de la capa física; a partir de este punto (SOF) se cuentan N+2 tramas, y en ese instante se envía el paquete NCR, que es dividido entre la trama N+2 y la trama N+3 (Figura 8).
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Figura 8. Asignación del NCR respecto al SOF.
El máximo error de retardo por tiempo de símbolo es 1/20 de duración del símbolo.
Para la sincronización de bursts lo que hace el NCC es enviar en la señalización del enlace directo un TBTP. La referencia de tiempo del TBTP es un contador que la RCST compara con el NCR que ha reconstruido.
- Sincronizacion
Existen 4 tipos de bursts, los cuales son de Trafico (TRF), adquisición (ACQ), sincronización (SYNC) y de señalización del canal (CSC).
1) Burst de tráfico (TRF)
Es usado para transportar la carga útil de una RCST hacia un Gateway o hacia otra RCST. Este puede ser de 2 tipos: células ATM o paquetes MPEG2-TS. Estos bursts van precedidos por un tiempo de guarda, el cual sirve para "apagar" la potencia transmitida y compensar los retardos de tiempo.
Los burst ATM están compuestos por un número N de células ATM, las cuales tiene una longitud de 53 bytes. El tipo MPEG2-TS es opcional, y se conforma de un número N de paquetes MPEG2 de 188 bytes. Como este tipo es opcional, el RCST debe de informar primero al NCC por medio de un burst ACQ que él soporta MPEG2 – TS.
2) Burts de adquisición (ACQ)
Los bursts de adquisición ACQ y los de sincronismo SYNC son necesarios para una ubicación exacta de la transmisión de los bursts del RCST durante el proceso de logon y después de este.
El burst ACQ es utilizado para alcanzar la sincronización de la RCST con la red satelital interactiva. La longitud del preámbulo y el contenido de este burst (incluyendo la frecuencia central) son enviados a la RCST por medio de una tabla TCT. Al igual que un TRF, va precedido de un tiempo de guarda.
3) Burst de sincronización (SYNC)
Este burst es usado por la RCST con el fin de mantener la sincronización y el envío de información de control al sistema. Los bursts SYNC están compuestos de un preámbulo para su detección (el cual es configurable e indicado a la RCST a través de tablas TCT) y un campo opcional que es el SAC (Satellite Acces Control). Este burst también va precedido de un tiempo de guarda.
4) Burst de señalización del canal (CSC)
Los bursts CSC solo son usados por un RCST para identificarse durante el logon o registro. Ellos están compuestos de un preámbulo para su detección; un campo que describe las capacidades de RCST, donde estas capacidades pueden ser soporte de DVB-S.2 con o sin ACM, el rango de frequency hopping que esta entre 20 MHz y 120 MHz, soporte de TRF de tipo ATM o de MPEG2 o de ambas, soporte de MF-TDMA dinámico o fijo, y otras opciones más; la dirección MAC del RCST; un campo frequency hopping el cual define si el RCST pude soportar frequency hopping entre time slots adyacentes o no; un campo reservado y un identificador de tipo de burst. Este burst también esta precedido de un intervalo de guarda.
- Formato de los Burst
El flujo de datos del canal de retorno debe ser organizado en bursts. En orden de obedecer las Regulaciones de Radio de la ITU y asegurar las transiciones binarias adecuadas, el flujo de datos seriales de un burst deben ser aleatorizados. Para esto se usa una secuencia seudo aleatoria binaria (Pseudo Random Binary Sequence, PRBS)
Los datos son aleatorizados usando la salida de un registro de desplazamiento lineal realimentado (LFSR) para asegurar una distribución de unos y ceros. El aleatorizador realiza una suma modulo-2 de los datos con la salida del LFSR. El aleatorizador es reiniciado a su contenido inicial antes de procesar cada burst.
- Dispersión de Energía
La codificación para la protección de errores del canal es aplicada para los datos de tráfico y control. Para la codificación se tienen 2 esquemas: Codificación Turbo y Concatenada. Un RCST debe de implementar ambos esquemas. Durante una sesión dada, un RCST usara codificación Turbo o concatenada, pero no ambas. En el caso de codificación concatenada, la codificación externa es Reed-Solomon (RS) y la codificación interna es un código no sistemático convolucional. Para ambos esquemas de codificación se puede aplicar un CRC (Cyclic Redundancy Check) en bursts tipo CSC o SYNC para la detección de errores. Si esto se va utilizar el NCC se lo informa al RCST mediante un TCT.
- Codificación
- Modualción
La modulación se realiza utilizando Gray –coded QPSK con mapeo absoluto (no diferencial) como se ve en la constelación de la Figura 9.
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Figura 9. Bit mapping en la constelación QPSK.
- ESPECIFICACIONES DE LA CAPA FISICA DEL ENLACE DE RETORNO
El acceso al medio se realiza mediante la técnica MF-TDMA (Multi – Frequency Time Division Multiple Access). La RCST puede tener la capacidad de operar bajo MF-TDMA fijo o dinámico, lo cual se lo hace saber al NCC a través de los bursts tipo CSC.
La técnica MF-TDMA permite comunicarse a un grupo de RCST mediante el uso de un conjunto de frecuencias portadoras y a la vez estas están divididas en time slots.
En el modo MF-TDMA con slots fijos (Figura 10), el ancho de banda y la duración del tráfico sucesivo de slots usados por un RCST son fijos. En este caso todos los parámetros enviados por una tabla TCT para los bursts de una supertrama son fijos. Si el NCC pide cambios de los parámetros de los slots estos solo aplicaran para la próxima supertrama a transmitir.
Figura 10. MFTDMA con slots fijos.
En la técnica de MF-TDMA con slots dinámicos (Figura 11) se puede variar el ancho de banda y la duración de los slots asignados a un RCST. Además de cambiar la frecuencia de la portadora y la duración del burst, el RCST también puede cambiar la tasa de transmisión y la codificación entre bursts sucesivos. La ventaja de esta flexibilidad para la trasmisión es que el RCST puede tener una mejor adaptación para los variados requerimientos que pueden haber en una transmisión multimedia.
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Figura 11. FTDMA con slots dinámicos.
Para el salto en frecuencia que requiere esta técnica de acceso al medio entre los time slots, se especifica que el ancho que tendrán los saltos en frecuencia serán de 20MHz (± 10 MHz de la frecuencia central)
En una red satelital interactiva los time slots están organizados y enumerados de una manera tal que la red esta en capacidad de asignarlos a los respectivos RCST.
El enlace de retorno esta dividido en supertramas, tramas y time slots.
1) Supertrama
Una supertrama es una porción de tiempo y frecuencia del enlace de retorno.
Dentro de una red satelital interactiva, un Superframe_ID identifica los recursos del canal de retorno accedidos por un conjunto de RCST's.
Cada aparición de una supertrama en el tiempo es etiquetada con un número llamado "superframe_counter".
En la Figura 12 se puede ver un ejemplo típico de un envío de supertramas.
Figura 12. Ejemplo de supertramas.
Por cada supertrama, la asignación de time slots es comunicado al RCST mediante el envío de la tabla TBTP.
Las supertramas están compuestas de tramas, donde el máximo de tramas que puede tener es de 31.
2) Tramas
Las tramas están contenidas en una supertrama y a su vez una trama esta compuesta de time slots. La trama es un nivel intermedio entre la supertrama y los time slots que se utiliza mas que todo por razones de señalización. La numeración de las tramas va desde 0 hasta N, donde 0 equivale a la trama de menor frecuencia y de primera aparición en el tiempo, y la trama N es la de mayor frecuencia y la de última aparición en el tiempo. N debe ser igual o menor que 31.
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Figura 13. Ejemplo de composición de tramas.
Un ejemplo de un grupo de tramas es el de la Figura 13.
3) Time Slots
Un arreglo de time slots están contenidos dentro de una trama específica, donde el máximo número que pueden haber es de 2047. La forma de enumerarlos es similar como se realiza con las tramas. Los time slots poseen una numeración única para su ubicación debido a que están compuestos por un Superframe_id, Superframe_counter, Frame_number y Timeslot_number.
La ubicación de los time slots respectivos a un RCST para su transmisión de retorno viene en la tabla TBTP, y el procesamiento de la información de esta tabla desde su llegada para la próxima transmisión no debe de exceder 90 ms.
- Segmentación de la capacidad del enlace de retorno
- Peticiones de capacidad
Para el proceso de asignación de time slots se tienen 5 tipos:
1) Continuous Rate Assignment (CRA)
Esta petición es cuando el RCST pide una asignación constante de espacio al NCC en las supertramas para enviar sus datos.
2) Rate Based Dynamic Capacity (RBDC)
La capacidad RBDC debe ser proveída en respuesta peticiones explicitas del RCST al NCC, estas peticiones deben de ser absolutas (es decir que al hacer esta petición invalida las anteriores).Esta petición esta sujeta a un time-out, el cual puede ser configurado para estar entre 1 y 15 supertramas. Este tipo de petición se debe de usar en conjunto con CRA, donde CRA provee una capacidad mínima fija dentro de una supertrama y RBDC es la variación dinámica de esta capacidad mínima hasta un máximo por supertrama.
3) Volume Based Dynamic Capacity (VBDC)
La petición VBDC es asignada por peticiones explícitas del RCST al NCC, siendo estas acumulativas. El total acumulado por un RCST es reducido por la capacidad que se le haya asignado por supertrama.
4) Absolute Based Dynamic Capacity (AVBDC)
La petición AVBDC es similar a la VBDC, la diferencia es que no es acumulativa sino absoluta y se pide cuando el RCST no recibe respuesta por las peticiones VBDC enviadas.
5) Fixed Capacity Assignment
La petición de capacidad FCA se le asignará a los RCST’s para que aprovechen la capacidad sobrante de la red que de otra forma seria inutilizada. Esta asignación de capacidad es automática y no involucra señalización del RCST al NCC, o sea que esta petición es originada por el NCC.
- ACCESO AL MEDIO
Para el inicio de una sesión (la sesión es el tiempo entre un logon y un logoff) de un RCST con la red, se deben de realizar varios procedimientos, principalmente de sincronización.
Para que el RCST se encuentre dentro del sistema, se deben de realizar 4 pasos (2 son opcionales), pero antes de estos 4 procedimientos el RCST se debe de encontrar en el estado de Sincronización recibida (Receive Synchronization state), el cual es alcanzado mediante el proceso de sincronización inicial (Initial Synchronization procedure).
1) Initial Synchronization procedure:
Las primeras acciones que realiza el RCST es el de construir su reloj interno a partir del NCR transmitido en el enlace directo.
El RCST calculará el retardo de propagación que tendrán sus transmisiones y las del satélite conociendo la posición del satélite que a sido enviada en la tabla de Posición del Satélite (SPT), además de conocer su propia ubicación (latitud, longitud y altura sobre el nivel del mar).
El RCST continuará recibiendo el NCR a lo largo de la sesión. En caso de que la sincronización del NCR se pierda, el RCST detiene la transmisión y re-empezará el procedimiento de sincronización inicial. De igual forma, cualquier fracaso del RCST durante uno de los procedimientos para iniciar la sesión lo devuelve al procedimiento inicial de sincronización
El RCST recibirá la tabla TBTP que es transmitida por el NCC a intervalos regulares. Además de esto el RCST deberá de recibir el TIM (Terminal Information Message), el cual es un mensaje enviado por el NCC a un RCST o a un grupo de estos, dependiendo de si la dirección MAC que utilice para el direccionamiento sea unicast o broadcast. El mensaje enviado en el TIM es información fija o semi fija sobre el enlace directo. Este mensaje también puede ser usado para facilitar el hand-over de un RCST a otro grupo de RCST's o a otra red.
Después de realizar estas acciones satisfactoriamente el RCST deberá de encontrarse en el estado Receive sync.
De aquí siguen los procedimientos de logon, coarse synchronization (opcional), fine synchronization (opcional) y Synchronization maintenance procedure.
2) Logon procedure:
Después de que el RCST ha recibido todas las tablas SI relacionadas con la estructura de la red satelital interactiva este se encuentra listo para iniciar su logon para ser admitido al sistema y estar ya en la capacidad de manejar trafico.
Para el proceso de logon el RCST envía una petición en un burst CSC, el cual se envía usando el acceso aleatorio Slotted-Aloha. Esta petición contiene la dirección MAC del RCST y un campo que indica las capacidades de la terminal. Si el NCC no contesta a esta petición, el RCST asumirá que hubo una colisión entre las peticiones simultáneas de múltiples terminales y reintentará después de un intervalo de tiempo aleatorio. Si se recibió correctamente la petición de logon, el NCC verifica que los recursos de transmisión están disponibles (bursts tipo ACQ y SYNC) y verifica que los aspectos administrativos estén bien (por ejemplo que la cuenta sea válida, la cuenta este pagada, etc.). Si todas las condiciones se reúnen, el NCC envía un mensaje TIM al RCST como un acknowledgement, es decir la aprobación de logon.
3) Acquisition coarse synchronization procedure:
En una red dónde todos los RCST's están sincronizados por el NCR del enlace directo, el NCC puede corregir todos los errores de frecuencia y tiempo cuando la posición del satélite y la terminal son conocidas, entonces el NCC se puede encargar de todos los errores de la recepción sin necesidad que el RCST realice el proceso de coarse synchronization. En este caso el TIM no contendrá una asignación para ACQ, y el RCST entrará directamente en el estado " Ready for fine synchronization". Si no es así, el RCST deberá realizar el proceso de coarse synchronization, el cual empieza después de realizar con éxito el proceso de logon y es donde se realiza el procedimiento para alcanzar la sincronización de frecuencia y de tiempo, además del ajuste de la potencia de transmisión. Al RCST se le asignan bursts ACQ mediante el TIM, el cual los envía por time slots reservados. El NCC mide el error de tiempo, frecuencia y potencia de los bursts ACQ respecto a la referencia del sistema y envía esta información de regreso por medio de la tabla CMT. El RCST reajusta sus parámetros de transmisión y retransmite. Este proceso continúa hasta que la transmisión esté dentro de los umbrales de sincronización, lo cual es indicado al RCST por medio de un burst ACQ. Este mismo ACQ le indica al RCST el máximo número de intentos para lograr la sincronización que tiene permitido.
4) Fine synchronization procedure:
Este procedimiento es bastante similar al de coarse synchronization, la diferencia es que este usa bursts tipo SYNC en vez de ACQ. Este procedimiento sólo se realiza si los errores indicados en el último mensaje de corrección (el cual puede ir en el TIM o en la tabla CMT) son más grandes que los limites de la fine synchronization indicados en el proceso de logon.
5) Synchronization maintenance procedure:
Después de alcanzar la fine synchronization, al RCST se le permite transmitir los bursts tipo TRF. Paralelamente al envío de tráfico debe de mantener la sincronización, la cual se realiza mediante el envío de bursts tipo SYNC. Este procedimiento se lleva continuamente durante toda la sesión.
6) Log – off
El procedimiento de logoff del RCST solo ocurre cuando este se encuentra en el estado de fine synchronization. Cuando el RCST logs-off, cesará toda transmisión y su dirección lógica y los time slots asignados para bursts SYNC son removidos de la lista de terminales activas del NCC y se los asignara a otra terminal que desee pertenecer a la red. El procedimiento del logoff es iniciado como el resultado de una terminación de la sesión (normal) o de un fallo (anormal).
Un logoff normal puede iniciarse automáticamente o manualmente por el usuario al final de una sesión. Para un RCST que inicia el logoff, la petición es enviada al NCC por medio de un mensaje M&C (Monitoring and Control). Si es el NCC que empieza el logoff, la petición la envía por medio de un mensaje TIM direccionado al RCST.
En el caso anormal el RCST entrará al logoff debido a la pérdida de la sincronización, la cual se puede deber a que el NCR no se recibió durante varios segundos consecutivos o que la tabla CMT no se reciba después del RCST haber enviado muchos bursts SYNC.
- ESTABLECIMIENTO DE UNA SESION
Son varias las empresas que ofrecen servicios de plataformas satelitales de 2 vías, como Gilat, Hughes, EMS Satellite Networks, Jaba Networks communications, ViaSat, Radyne, etc. Las aplicaciones que estas empresas le dan a las plataformas satelitales de2 vías son las siguientes:
– Acceso a Internet de banda ancha
– Telefonía VoIP (Voice over IP)
– Videoconferencia
– Educación interactiva a distancia
– Aplicaciones VPN (Virtual Private Networks)
– Aplicaciones Multicast sobre IP
– Telemedicina
– Backup terrestre
Una de las más importantes es Gilat, la cual ofrece gran variedad de productos satelitales de 2 vías como SkyEdge Family, Skystar Advantage, Skystar 360E, DialAw@y IP, Faraway y SkyBlaster 360. Cada uno de sus productos presentan soluciones para las distintas necesidades que tienen sus clientes.
Uno de sus productos es SkyEdge DVB-RCS, el cual tiene las siguientes características técnicas:
1) Forward Carrier:
Standard: DVB-S
Carrier bit rate: Up to 45 Mbps
Modulation: QPSK or 8PSK (optional)
Coding: Concatenated Reed Solomon and convolution FEC (Turbo optional)
FEC rate: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8
2) Return Carrier:
Access Scheme: Standard DVB-RCS
Bit rate: up to 2Mbps
Modulation: GMSK
Coding: Turbo coding
3) Outdoor Unit:
Antenna Size (typical): Ku-Band: 0.55m to 1.2m C-Band: 1.2m to 1.8m
Operating Temperature: -40 to +60 C
Humidity: Up to 100%
Transmitter ODU: 1W or 2W Ku-band, 2W C or Ext C band
4) Indoor Unit:
RF Input/Output: Two F connectors, 75 Ω female
Data Interface: 100BaseT, Async Rs-232 (optional)
Expansion slots: 3
Plug-in cards (Optional): Quad LAN, voice, Serial, Mesh
Operating Voltage: AC: Wide range 100-240V
or DC: 12V
Size: 235mm x 290mm x 95mm
5) Environmental Conditions:
Operating Temperature: -5 to +50 C
Storage Temperature: -40 to +70 C
Relative Humidity: Up to 90%
La arquitectura que este producto ofrece es la siguiente:
Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
Figura 14. Arquitectura de SkyEdge DVB-RCS.
- FABRICANTES
Actualmente son muchas las empresas que pueden ofrecer servicios a el país, debido a que por ser una tecnología de tan amplia cobertura sin necesidad de conexiones físicas entre los clientes y la empresa, cualquier empresa ubicada en Latinoamérica u otra parte que tenga satélites operando en la zona del país puede brindar servicio, como es el ejemplo de Jaba Networks Communications, empresa que tiene sus oficinas principales en México.
Uno de los servicios ofrecidos es el de Internet satelital de banda ancha a través de terminales Direcway DW6000 (Hughes). El equipo DW6000 puede descargar velocidades de hasta 2 Mbps y enviar como máximo 128 kbps. dependiendo el plan que se contrate.
Los equipos Hughes DW6000 en Latinoamérica son conectados al satélite Satmex5 en banda Ku, contando así con una cobertura exclusiva para Latinoamérica en lugares donde no se encuentra ningún servicio de Internet, zonas rurales, islas, puertos, embarques, sitios marítimos, vehículos móviles y en cualquier lugar de Sudamérica.
El costo de los equipos que ofrece Jaba Networks Communications para Suramérica son los siguientes:
TABLA 1: Costos de equipos.
Modem
Antena
Precio (USD)
DW6000
1.2 m 1 Watt
3.950
DW6000
1.2 m 2 Watt
4.350
DW6000
1.8 m 1 Watt
4.750
DW6000
1.8 m 2 Watt
5.150
El precio de los servicios de Internet satelital para Suramérica son los siguientes:
TABLA 2: Costos de los servicios.
Uplink
Downlink
Precio (USD)
Through put
IP
99 kbps
400 kbps
175
169 MB
no
99 kbps
400 kbps
300
500 MB
si
99 kbps
750 kbps
550
800 MB
si
128 kbps
128 kbps
800
Dedicado
si
- OPERADORES PARA COLOMBIA
- CONCLUSIONES
Las plataformas satelitales de 2 vías se presentan actualmente como una de las mejores soluciones de acceso de última milla en lo que se refiere a limitaciones geográficas. En estos sistemas se encuentran tecnologías de punta, con el fin de ofrecer la mejor calidad y servicio, en términos de QoS y velocidades. Uno de los problemas que presentan en servicios de tiempo real es el gran retardo que hay desde la terminal al satélite y desde el satélite al NCC, donde es de aproximadamente de 500 ms (250 ms de uplink y 250 ms de downlink), lo cual no la hace la mejor solución en lo que se refiere a telefonía, video conferencia, etc., pero es aun así se utiliza para este tipo de servicios en lugares donde no legan cableado terrestre ni enlaces de microondas.
Esta tecnología sin lugar a dudas es la mejor opción para ofrecer la mejor cobertura global y será una de las soluciones mas prometedoras a medida que los estudios y desarrollos permitan tener dominio sobre frecuencias mas altas (banda Ka y superiores) y sobre los principales problemas que esto trae consigo (atenuación por la lluvia, los problemas de retardo, costos de los equipos, etc.).
Se concluye además que esta tecnología esta en constante evolución como se puede constatar con los diversos estándares los cuales son muy recientes y siguen surgiendo hoy en día.
[1] Digital Video Broadcasting (DVB); Interaction channel for Satellite Distribution Systems, ETSI standard EN 301 790 V1.4.1, Abril 2005.
[2] Digital video Broadcasting (DVB); Interaction channel for Satellite Distribution System; Guidelines for the use of EN 301 790; ETSI TR 101 790 V1.2.1; Enero 2003.
[3]
Digital Video Broadcasting (DVB); Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications; ETSI standard EN 302 307 V1.1.1; Junio 2004.
[4]
Digital Video Broadcasting (DVB); Specification for Service Information (SI) in DVB systems; ETSI standard EN 300 468 V1.5.1; Enero 2003.
[8] http://www.jabanetworks.us
[9] http://www.broadbandreports.com
Sebastian Medina Serna