Comunicacions Moviles
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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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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.
