Comunicaciones vía Satélite
Historia y desarrollo:
Los primeros satélites de comunicación estaban diseñados para funcionar en modo pasivo. En vez de transmitir las señales de radio de una forma activa, se limitaban a reflejar las emitidas desde las estaciones terrestres. Las señales se enviaban en todas las direcciones para que pudieran captarse en cualquier punto del mundo. El Echo 1, lanzado por los Estados Unidos en 1960, era un globo de plástico aluminizado de 30 m de diámetro. El Echo 2, que se lanzó en 1964, tenía 41 m de diámetro. La capacidad de estos sistemas se veía seriamente limitada por la necesidad de utilizar emisoras muy potentes y enormes antenas.
Las comunicaciones actuales vía satélite únicamente utilizan sistemas activos, en los que cada satélite artificial lleva su propio equipo de recepción y emisión. Score, lanzado por Estados Unidos en 1958, fue el primer satélite activo de comunicaciones y uno de los primeros adelantos significativos en la exploración del espacio. Iba equipado con una grabadora de cinta que almace-naba los mensajes recibidos al pasar sobre una estación emisora terrestre, para volverlos a retransmitir al sobrevolar una estación receptora. El Telstar 1, lanzado por la American Telephone and Telegraph Company en 1962, hizo posible la transmisión directa de televisión entre Estados Unidos, Europa y Japón y era capaz de repetir varios cientos de canales de voz. Lanzado con una órbita elíptica de 45° respecto del plano ecuatorial, Telstar sólo podía repetir señales entre dos estaciones terrestres durante el breve espacio de tiempo durante cada revolución en el que ambas estaciones estuvieran visibles.
Actualmente hay cientos de satélites activos de comunicaciones en órbita. Reciben las señales de una estación terrestre, las amplifican y las retransmiten con una frecuencia distinta a otra estación. Cada banda de frecuencias utilizada, de un ancho de 500 MHz, se divide en canales repetidores de diferentes anchos de banda (ubicados en 6 GHz para las transmisiones ascendentes y en 4 GHz para las descendentes). También se utiliza mucho la banda de 14 GHz (ascendente) y 11 o 12 GHz (descendente), sobre todo en el caso de las estaciones fijas (no móviles). En el caso de las estaciones pequeñas móviles (barcos, vehículos y aviones) se utiliza una banda de 80 MHz de anchura en los 1,5 GHz (ascendente y descendente). Las baterías solares montadas en los grandes paneles de los satélites proporcionan la energía necesaria para la recepción y la transmisión.
Órbitas geoestacionarias y geosíncronas:
Un satélite en órbita geoestacionaria describe una trayectoria circular por encima del ecuador a una altitud de 35.800 km, completando la órbita en 24 horas, el tiempo necesario para que la Tierra describa un giro completo. Al moverse en la misma dirección que la Tierra, el satélite permanece en una posición fija sobre un punto del ecuador, proporcionando un contacto ininterrumpido entre las estaciones de tierra visibles. El primer satélite de comunicaciones que se puso en este tipo de órbita fue el Syncom 3, lanzado por la National Aeronautics and Space Administration (NASA) en 1964. La mayoría de los satélites posteriores también se hallan en órbita geoestacionaria.
La diferencia entre los satélites geoestacionarios y los geosíncronos es que el plano de la órbita de estos últimos no coincide con el del ecuador, sino que adopta una determinada inclinación respecto a él. El primer satélite en órbita geosíncrona, lanzado por la NASA en 1963, fue el Syncom 2.
Satélite de comunicaciones
El satélite de comunicaciones Syncom 4 se puso en órbita desde la lanzadera espacial Discovery. Los modernos satélites de comunicaciones reciben, amplifican y retransmiten la información a la Tierra, y proporcionan enlaces de televisión, telefax, teléfono, radio y datos digitales alrededor del mundo. El Syncom 4 está en órbita geoestacionaria, es decir, gira en órbita a la misma velocidad que la Tierra, de modo que se mantiene en una posición fija respecto a ésta. Este tipo de órbita permite la comunicación ininterrumpida entre las estaciones terrestres.
Satélites comerciales de comunicaciones:
El despliegue y la explotación comercial de los satélites de comunicaciones se inició con la creación de la Communications Satellite Corporation (COMSAT) en 1963. Al formarse la International Telecommunications Satellite Organization (INTELSAT) en 1964, la COMSAT se convirtió en su miembro norteamericano. Con sede en Washington, D.C., INTELSAT es propiedad de más de 120 países. El Intelsat 1, también conocido como Early Bird, lanzado en 1965, proporcionaba 2.400 circuitos de voz o un canal bidireccional de televisión entre Estados Unidos y Europa. Durante los años sesenta y setenta, la capacidad de mensajes y la potencia de transmisión de las sucesivas generaciones del Intelsat 2, 3 y 4 fueron aumentando progresivamente al limitar la emisión sólo hacia tierra y segmentar el espectro de emisión en unidades del respondedor de una determinada anchura de banda. El primero de los Intelsat 4, puesto en órbita en 1971, proprorcionaba 4.000 circuitos de voz.
Con la serie Intelsat 5 (1980), se introdujo la tecnología de haces múltiples que aportó un incremento adicional de la capacidad. Esto permitió concentrar la potencia del satélite en pequeñas zonas de la Tierra, favoreciendo las estaciones de menor apertura y coste económico. Un satélite Intelsat 5 puede soportar unos 12.000 circuitos de voz. Los satélites Intelsat 6, que entraron en servicio 1989, pueden llevar 24.000 circuitos y permiten la conmutación dinámica a bordo de la capacidad telefónica entre seis haces, utilizando la técnica denominada SS-TDMA (Satellite-Switched Time Division Multiple Access).
A principios de los años noventa, INTELSAT tenía 15 satélites en órbita y constituía el sistema de telecomunicaciones más extenso en el mundo. Hay otros sistemas que ofrecen servicios internacionales en competencia con INTELSAT. Para el año 1997 habrán desaparecido todas las restricciones legales a este tipo de competencia. El crecimiento de los sistemas internacionales ha ido paralelo al de los sistemas nacionales y regionales, como los programas Eutalsat y Telecom en Europa y Telstar, Galaxy y Spacenet en Estados Unidos.
España se ha incorporado, al iniciarse la década de 1990, al club de los países con sistemas propios, al lanzar al espacio los satélites Hispasat, que cuentan con 5 canales de TV y las señales de sonido asociadas, y una cobertura perfectamente adaptada al territorio español. Ofrece el más amplio número de canales en español vía satélite y contiene las últimas innovaciones tecnológicas, como la televisión digital y la televisión de alta definición. Permite tanto la recepción individual como la colectiva y la recepción mediante redes de cable (CATV).
En la actualidad, gracias a la posición de 30º Oeste en que está situado, cuenta con la cobertura de dos grandes espacios, el servicio fijo Europa y el servicio América, que cubre la totalidad del continente americano. Hispasat ofrece un cuadro de servicios muy amplio, que incluye el alquiler de transpondores a largo plazo, servicios digitales mediante sistemas de redes abiertas y cerradas, así como el alquiler de transpondores completos a tiempo parcial.
En América Latina, algunos grupos empresariales con presencia internacional se han asociado a compañías estadounidenses para la utilización de sistemas de satélites propios. Tal es el caso del grupo Televisa (mexicano) que es propietario del 50% del capital de Pan Am Sat, operadora de la serie PAS. El PAS 1 opera desde 1988 sobre el océano Atlántico y el PAS 2 lo hace sobre el Pacífico a partir de 1994. En 1995 se lanzaron otros dos satélites más sobre el Atlántico y el Índico, con lo que se ha logrado alcanzar el 98% de la cobertura mundial, transmitiendo programas en español a través del canal mexicano Galavisión.
A continuación se muestra el sistema de repetición de satélites:
Los satélites han revolucionado el mundo de las comunicaciones al proporcionar enlaces telefónicos por todo el mundo y retransmisiones en directo. El satélite recibe una señal de microondas procedente de una estación en tierra (el enlace ascendente), la amplifica y la retransmite de nuevo hacia una estación receptora en tierra con una frecuencia diferente (el enlace descendente). Un satélite de comunicaciones se halla en órbita geoestacionaria, lo que significa que se desplaza con la misma velocidad de giro que la tierra. El satélite permanece en una misma posición relativa a la superficie terrestre, de forma que la estación emisora nunca pierde el contacto con el receptor.
Servicios:
Los satélites comerciales ofrecen una amplia gama de servicios de comunicaciones. Los programas de televisión se retransmiten internacionalmente, dando lugar al fenómeno conocido como aldea global. Los satélites también envían programas a sistemas de televisión por cable, así como a los hogares equipados con antenas parabólicas. Además, los terminales de muy pequeña apertura (VSAT) retransmiten señales digitales para un sinfín de servicios profesionales. Los satélites Intelsat llevan ahora 100.000 circuitos de telefonía, y utilizan cada vez más la transmisión digital. Los métodos de codificación digital han permitido reducir a una décima parte la frecuencia de transmisión necesaria para soportar un canal de voz, aumentando en consecuencia la capacidad de la tecnología existente y reduciendo el tamaño de las estaciones terrestres que proporcionan los servicios de telefonía.
La International Maritime Satellite Organization (INMARSAT), fundada en 1979, es una red móvil de telecomunicaciones que ofrece servicios de enlaces digitales de datos, telefonía y transmisión de telecopia (fax) entre barcos, instalaciones en alta mar y estaciones costeras en todo el mundo. También está ampliando los enlaces por satélite para transmisión de voz y de fax en los aviones en rutas internacionales.
Satélite meteorológico GOES
Los meteorólogos utilizan los datos de los satélites meteorológicos para predecir el clima y avisar de las tormentas cuando es necesario. Los satélites como el GOES (Satélite Ambiental Operativo Geo-estacionario) recogen informa-ción meteorológica e infrarroja sobre la atmósfera y los océanos. Una cámara del GOES apunta continuamente a la Tierra, transmitiendo imágenes de las nubes de día y de noche.
Avances técnicos recientes
Las comunicaciones por satélite han entrado en una fase de transición desde las comunicaciones por líneas masivas punto a punto entre enormes y costosos terminales terrestres hacia las comunicaciones multipunto a multipunto entre estaciones pequeñas y económicas. El desarrollo de los métodos de acceso múltiple ha servido para acelerar y facilitar esta transición. Con el TDMA, a cada estación terrestre se le asigna un intervalo de tiempo en un mismo canal para transmitir sus comunicaciones; todas las demás estaciones controlan estos intervalos y seleccionan aquellas comunicaciones que van dirigidas a ellas. Mediante la amplificación de una única frecuencia portadora en cada repetidor del satélite, TDMA garantiza la mejor utilización del suministro de energía a bordo del satélite.
La técnica, denominada reutilización de energía, permite a los satélites comunicarse con varias estaciones terrestres mediante una misma frecuencia, al transmitir en pequeños haces dirigidos a cada una de ellas. La anchura de estos haces se puede ajustar para cubrir zonas tan extensas como los Estados Unidos o tan reducidas como un país del tamaño de Bélgica. Dos estaciones lo suficientemente distantes pueden recibir mensajes diferentes transmitidos con la misma frecuencia. Las antenas de los satélites están diseñadas para transmitir varios haces en diferentes direcciones utilizando el mismo reflector.
En 1993 se experimentó un nuevo método de interconexión de estaciones terrestres al lanzar la NASA su ACTS (Advanced Communications Technology Satellite). Esta técnica combina las ventajas de la reutilización de energía, los haces puntuales y la TDMA. Mediante la concentración de la energía de la señal transmitida por el satélite, ACTS puede utilizar estaciones terrestres con antenas más pequeñas y menores necesidades de potencia.
El concepto de las comunicaciones de haz puntual múltiple quedó probado satisfactoriamente en 1991 con el lanzamiento del Italsat,construido por el Consejo de Investigaciones de Italia. Con seis haces puntuales a 30 GHz (ascendente) y 20 GHz (descendente), este satélite interconecta transmisiones TDMA entre estaciones terrestres en todas las grandes áreas empresariales de Italia. Para ello desmodula las señales ascendentes, las canaliza entre los haces ascendentes y descendentes y las combina y remodula para su transmisión descendente.
La red europea de comunicaciones por satélite incluye la red European Communications Satellite (ECS) de la European Space Agency (ESA). Cada satélite maneja 12.600 circuitos telefónicos y múltiples transmisiones de telecopia. El satélite Olympus es el mayor satélite de comunicaciones estabilizado tridimensional-mente en Europa y fue desarrollado principalmente por las compañías aerospaciales británicas.
La utilización de la tecnología láser en las comunicaciones por satélite ha sido objeto de estudio durante más de diez años. Los haces láser se pueden usar para transmitir señales entre un satélite y la estación terrestre, pero el nivel de transmisión se ve limitado a causa de la absorción y dispersión por la atmósfera. Se han utilizado láseres en la longitud de onda azul-verde, capaz de traspasar el agua, para las comunicaciones entre satélites y submarinos.
Los satélites artificiales en la actualidad
En la actualidad hay satélites de comunicaciones, navegación, militares, meteorológicos, de estudio de recursos terrestres y científicos. Estos últimos se utilizan para estudiar la alta atmósfera, el firmamento, o para probar alguna ley física.
A finales de 1986, de los más de 3.500 satélites que se han lanzado desde el Sputnik, unos 300 estaban operativos. La mayor parte de ellos son satélites de comunicación, utilizados para la comunicación telefónica y la transmisión de datos digitales e imágenes de televisión. Los satélites meteorológicos fotografían la Tierra a intervalos regulares en la luz visible y en el infrarrojo, y proporcionan datos a las estaciones meteorológicas de la Tierra, para la predicción de las condi-ciones atmosféricas de todo el mundo. Los saté-lites de navegación permi-ten determinar posiciones en el mar con un error límite de menos de 10 m, y también ayudan a la nave-gación en la localización de hielos y trazado de corrientes oceánicas. El SARSAT (Sistema de satélites de búsqueda y rescate) controla señales de socorro de barcos y aeronaves mediante una red de tres satélites estadounidenses (NOAA-9, 10, 11) y otros dos que fueron lanzados por la antigua Unión Soviética.
Los instrumentos astronómicos colocados a bordo de los satélites se utilizan para llevar a cabo observaciones imposibles de realizar desde la Tierra debido a la absorción de radiación de la atmósfera. Con el empleo de detectores y telescopios de rayos X se han descubierto un gran número de fuentes de rayos X. También es posible la observación de la radiación ultravioleta y la detección de los rayos gamma emitidos por los objetos celestes. En 1983, con el satélite IRAS de astronomía infrarroja, los astrónomos hicieron las primeras observaciones detalladas del núcleo de nuestra galaxia.
Los satélites artificiales se alimentan mediante células solares, mediante baterías que se cargan con las células solares y, en algunos casos, mediante generadores nucleares, en los que el calor producido por la desintegración de los radioisótopos se convierte en energía eléctrica. Los satélites están equipados con transmisores de radio para enviar datos, con radiorreceptores y circuitos electrónicos de almacenamiento de datos, y con equipos de control como sistemas de radar y de guía para el seguimiento de estrellas.
Los satélites se colocan en órbita mediante cohetes de etapas múltiples, también denominados lanzadores. Para ello, la NASA desarrolló el proyecto Lanzadera Espacial y la Agencia Espacial Europea el cohete Ariane. En los últimos tiempos la República Popular de China ha desarrollado el lanzador Larga Marcha, mucho más barato que cualquiera de los anteriores; el tiempo dará cuenta de su fiabilidad.
Cuando se trata de satélites de comunicaciones, la porción del espectro radioeléctrico que utilizarán lo determina prácticamente todo: la capacidad del sistema, la potencia y el precio. Por eso, vamos a hacer un estudio de las principales bandas de frecuencias utilizadas en sistemas de satélites, para más adelante concretar un poco en el caso particular de Teledesic. La información disponible sobre este aspecto no es muy detallada y diariamente aparecen nuevas noticias. Para conocer los últimos detalles consultar nuestro apartado de buscadores, o la Web de la World Radio Conference
ESTUDIO DE LAS BANDAS DE FRECUENCIAS
Las longitudes de onda diferentes poseen propiedades diferentes. Las longitudes de onda largas pueden recorrer grandes distancias y atravesar obstáculos. Las grandes longitudes de onda pueden rodear edificios o atravesar montañas, pero cuanto mayor sea la frecuencia (y por tanto, menor la longitud de onda), más fácilmente pueden detenerse las ondas.
Cuando las frecuencias son lo suficientemente altas (hablamos de decenas de gigahertzios), las ondas pueden ser detenidas por objetos como las hojas o las gotas de lluvia, provocando el fenómeno denominado "rain fade". Para superar este fenómeno se necesita bastante más potencia, lo que implica transmisores más potentes o antenas más enfocadas, que provocan que el precio del satélite aumente.
La ventaja de las frecuencias elevadas (las bandas Ku y Ka) es que permiten a los transmisores enviar más información por segundo. Esto es debido a que la información se deposita generalmente en cierta parte de la onda: la cresta, el valle, el principio o el fin. El compromiso de las altas frecuencias es que pueden transportar más información, pero necesitan más potencia para evitar los bloqueos, mayores antenas y equipos más caros.
Concretamente, las bandas más utilizadas en los sistemas de satélites son:
Banda L.
Rango de frecuencias: 1.53-2.7 GHz.
Ventajas: grandes longitudes de onda pueden penetrar a través de las estructuras terrestres; precisan transmisores de menor potencia.
Inconvenientes: poca capacidad de transmisión de datos.
Banda Ku.
Rango de frecuencias: en recepción 11.7-12.7 GHz, y en transmisión 14-17.8 GHz.
Ventajas: longitudes de onda medianas que traspasan la mayoría de los obstáculos y transportan una gran cantidad de datos.
Inconvenientes: la mayoría de las ubicaciones están adjudicadas.
Banda Ka.
Rango de frecuencias: 18-31 GHz.
Ventajas: amplio espectro de ubicaciones disponible; las longitudes de onda transportan grandes cantidades de datos.
Inconvenientes: son necesarios transmisores muy potentes; sensible a interferencias ambientales.
Para ver con más detalle los nombres de las distintas bandas de frecuencia, consulte la siguiente tabla:
FRECUENCIAS DE TELEDESIC
La banda de frecuencias más baja con ancho espectral suficiente para satisfacer el servicio de banda ancha proporcionado por Teledesic, así como sus objetivos de calidad y capacidad es la banda Ka. Los enlaces de comunicación entre terminal y satélite operan dentro de la porción de la banda Ka que ha sido identificada internacionalmente para servicio fijo en satélites no geoestacionarios, y cuya licencia se ha concedido en EEUU para su uso en Teledesic.
Los enlaces descendentes operan entre 18.8 GHz y 19.3 GHz, y los ascendentes operan entre 28.6 GHz y 29.1 GHz. Por otra parte, los enlaces entre satélites se producen en la banda de los 40-50 GHz.
Existe poca información pública sobre los subsistemas del satélite, así como de los protocolos de red que se están desarrollando para el sistema Teledesic, sin embargo se pueden exponer generalidades de este tipo de sistemas. Primero se expondrán las características que presenta un entorno de red de este tipo, por el hecho de que los nodos son satélites y de que los enlaces, de miles de kilómetros, son vía radio. Seguidamente se verán los requerimientos que se imponen a los protocolos para poder adaptarse a las características anteriores.
CARACTERÍSTICAS DEL ENTORNO
Limitaciones debidas al satélite
Las características de un satélite imponen una serie de limitaciones que afectan a los protocolos de comunicación que pueden usarse.
Recursos de computación
Los vehículos espaciales están limitados en volumen, peso y, sobre todo, potencia, por tanto su capacidad de procesamiento y memoria están limitados. En general, disponen sólo de 0.15 a 4 MIPS y de 0.15 a 4 Mbytes. Posiblemente las futuras restricciones en potencia, volumen y peso serán menos severas, pero la capacidad de proceso y la memoria continuarán siendo más limitadas en un vehículo espacial que en los sistemas terrestres. La capacidad de proceso se espera que alcance como mucho los 8 MIPS y, la memoria como mucho los 8 Mbytes.
Potencia de transmisión
Actualmente, la potencia de transmisión es relativamente pequeña, dando como resultado una velocidad de transmisión media-baja.
Entorno de red
Las características de un entorno de red en el espacio tienen un impacto en los protocolos de comunicación que puedan dar soporte a las aplicaciones espaciales.
Conectividad
Mientras que a los vehículos espaciales geoestacionarios se puede acceder continuamente desde el mismo punto de la Tierra, los LEO son accesibles, normalmente, de forma periódica sólo durante unos pocos minutos desde el mismo punto de la Tierra. Además, los sistemas consistentes únicamente en satélites LEO tienen una conectividad con la Tierra variable en el tiempo (cada modelo de conectividad dura únicamente unos pocos minutos), donde cada modelo específico de conectividad se repite periódicamente.
Retardos
Los retardos debidos a la propagación son típicamente de 0.125 segundos como máximo, en el enlace descendente.
Errores
Los errores en transmisión son debidos a la congestión, distorsión de la señal, o pérdidas de la conexión. Los errores debidos a la distorsión, pueden ser aleatorios o en ráfagas. La tasa de errores aleatorios observada desde la capa de red, suele fluctuar entre 10^-9 y 10^-5. La tasa de errores a ráfagas puede estar entre 10^-5 y 10^-4. Se espera mejorar estas tasas en el futuro en un orden de magnitud.
Ocupación del enlace
Actualmente la ocupación del enlace es media-baja en funciones de telemetría y enlaces de control, y media-alta en misiones de transmisión de datos y transporte de tráfico de comunicaciones entre puntos de la tierra. En el futuro se espera que la ocupación de los enlaces permanezca igual, pues el aumento del tráfico será previsiblemente proporcional al incremento de las tasas de transmisión de datos.
REQUERIMIENTOS
Hay cuatro requerimientos básicos impuestos por las características de los satélites, para estos protocolos:
Deben contener programas pequeños. Las implementaciones deben ocupar tan poco código como sea posible y usar los buffers de memoria eficientemente para reducir las necesidades de memoria durante su funcionamiento.
Deben permitir programas no muy complejos.Una máquina de estados finitos simple reducirá la complejidad de procesamiento.
Deben imponer pequeñas cabeceras y pequeñas colas a los paquetes
Deben proporcionar comunicaciones extremo a extremo.Sería necesario un direccionamiento individual para cada sistema destinatario en cada vehículo espacial, para lograr comunicaciones extremo a extremo.
Además por las características del entorno de esta red se imponen otros requerimientos adicionales:
Deben proporcionar comunicaciones extremo a extremo.Sería necesario un direccionamiento individual para cada sistema destinatario en cada vehículo espacial, para lograr comunicaciones extremo a extremo.
Deben proporcionar algoritmos de encaminamiento que manejen eficientemente cambios dinámicos en la conectividad, así como maximizar la probabilidad de alcanzar el destino deseado dentro del tiempo requerido.
Deben proporcionar mecanismos para manejar eficientemente la combinación de grandes retardos con altas tasas de error.
Deben proporcionar mecanismos de suspensión, reenganche y terminación de transmisiones largas en situaciones de contactos periódicos cortos, separados por periodos de desconexión bastante largos.
ACCESO MÚLTIPLE
Los recursos del canal asociados a cada célula son compartidos entre los terminales de dicha célula, asignando la capacidad bajo demanda para satisfacer los requerimientos de cada uno. Esta flexibilidad permite a Teledesic manejar eficientemente una amplia variedad de servicios: Uso ocasional o permanente, a ráfagas o aplicaciones de tasa constante de bits, en áreas de baja densidad de usuarios hasta de relativamente alta densidad.
Se implementa un sistema de acceso múltiple entre los terminales y el satélite, permitiendo a la célula controlar la compartición de los recursos del canal entre los terminales. Dentro de una célula, la compartición del canal es lograda de la siguiente forma:
Enlace ascendente: MF-TDMA (Multi-Frequency Time Division Múltiple Access ó Acceso Múltiple por División en el Tiempo Multi Frecuencia).
Enlace descendente: ATDMA (Asynchronous Time Division Multiplexing Access ó Acceso Asíncrono por Multiplexación por División en el Tiempo).
CONMUTACIÓN DE PAQUETES
Desde el punto de vista de una red de comunicación, cada satélite constituye un nodo de una red de "conmutación rápida de paquetes", existiendo enlaces de comunicación entre satélites de la misma órbita, o entre satélites de órbitas adyacentes. Este tipo de interconexión da lugar a una red de mallado no jerárquico, robusta y capaz de responder ante errores y situaciones de congestión local.
La comunicación en el interior de la red espacial se gestiona como un flujo de paquetes cortos y de longitud fija. Cada paquete contiene una cabecera que incluye la dirección de destino y el número de secuencia de la información, una sección de control de errores para verificar la integridad de la cabecera, y una zona de datos donde se transporta la información de usuario codificada digitalmente. El encapsulamiento de la información en paquetes se realiza en los terminales del extremo de la red.
ENCAMINAMIENTO
La topología de una red basada en una constelación de satélites LEO es dinámica. La red debe adaptarse continuamente a estas condiciones cambiantes para alcanzar las conexiones óptimas entre terminales, entendiendo por óptimas las de menor retardo. La red Teledesic usa un algoritmo de encaminamiento de paquetes distribuido y adaptativo para conseguir un bajo retardo y una varianza también baja de dicho retardo. Cada paquete lleva la dirección de red del terminal de destino, y cada nodo selecciona independientemente el camino de retardo mínimo hacia dicho destino. De esta forma, paquetes de una misma sesión pueden atravesar distintos caminos a través de la red. El terminal de destino almacena los paquetes entrantes en una cola, y si es necesario, los reordena para hacer transparentes los efectos de los diferentes retardos.
ROBUSTEZ DEL SISTEMA
Una topología de red con una densidad de enlaces tan grande, junto con los algoritmos de encaminamiento comentados anteriormente permite un sistema robusto, tolerante a los fallos, y con capacidad de adaptarse a los cambios en la topología y a nodos y enlaces congestionados o averiados. Para conseguir un sistema de gran capacidad y una alta densidad de canales, es necesario que cada satélite sea capaz de concentrar una gran capacidad en su relativamente pequeña área de cobertura. La superposición entre áreas de cobertura, junto con la posibilidad de usar satélites de repuesto en órbita, permiten la reparación rápida de la red cuándo se produce el fallo de un satélite. En conclusión, la fiabilidad del sistema se basa más en la constelación como conjunto que en la robustez de un satélite.
COMPATIBILIDAD CON TCP/IP
Por todos es sabido la necesidad de todo nuevo producto que se comercializa en el mundo de las telecomunicaciones de ser compatible con los estándares previos. En el aspecto de la interconexión de redes los protocolos estándar son TCP e IP, que dan soporte a la World Wide Web, la aplicación de las redes de más rápido crecimiento e implantación. Debido al problema del retardo, ni TCP/IP ni la WWW funcionan correctamente sobre enlaces geoestacionarios.
TCP, protocolo de transporte de los terminales conectados a Internet, emplea una ventana de transmisión de paquetes transmitidos, que no actualiza hasta que no ha recibido la confirmación de todos los paquetes que hay en ella. TCP/IP fue diseñada para funcionar aceptablemente bien en redes terrestres, con un retardo bajo. Los problemas surgen cuando se emplea en redes con elevado retardo, como los enlaces geoestacionarios. La ventana de transmisión suele ser de tamaño no muy elevado, ya que el mecanismo de retransmisión de TCP es del tipo Go-Back-N, pero en un enlace con un gran retardo, sólo el número de bits de la ventana pueden estar en tránsito y en espera de reconocimiento en cada momento. Por tanto, no importa cuántos bits pueda transmitir el canal teóricamente, porque se tarda como mínimo medio segundo en recibir el reconocimiento de los bits de la ventana, sin el cual no se puede comenzar a transmitir los bits siguientes, con lo que tenemos impuesto un throughput bastante limitado, y además en caso de error, las prestaciones bajan mucho más que en un enlace de bajo retardo.
Otros inconvenientes adicionales se observan cuando se estudia el comportamiento de una aplicación de red soportada por TCP/IP, concretamente la WWW. Para cada parte de una página Web (cada dibujo, el texto, los sonidos, etc...), se establece una transacción TCP distinta, lo cual requiere al menos dos tiempos de retardo para establecer la conexión.
Los problemas expuestos anteriormente no se presentarían en un sistema como Teledesic, ya que gracias a las ventajas de la órbita baja, los retardos no difieren sustancialmente de los sistemas terrestres, siendo ésta una de las grandes bazas con las que cuenta Teledesic ante sus más directos competidores, los sistemas GEO, los cuales, por otra parte han desarrollado alternativas al TCP/IP, como el IETF RFC 1323, que emplea grandes ventanas de transmisión, o variaciones sobre TCP/IP, como TCP-LW (Large Window), también de ventana mayor, ó TCP-SACK (Selective ACKnowledge), que emplea reconocimiento selectivo.
COMPATIBILIDAD CON FUTUROS SISTEMAS
Una de las tendencias de las redes es el desarrollo de la capacidad de alterar dinámicamente sus características según el tráfico y las aplicaciones demandadas, por ejemplo, el uso de las pausas entre frases en conversaciones telefónicas en Intrernet, para servicios ABR (Avaliable Bit Rate ó Tasa de Bits Residual) , como e-mail. Pero esta multiplexación estadística (permitiendo a varios usuarios compartir la red) sólo es posible si ambos terminales transmisores pueden negociar dinámicamente las demandas de ancho de banda en la red. Es precisamente éste proceso de negociación el que se ve afectado por los retardos elevados.
Otra de las tendencias futuras es la aplicación de códigos adaptativos que permita conmutar a diferentes algoritmos FEC (Forward Error Control ó Control Previo de Errores), de forma que los códigos redundantes empleados para la recuperación de errores en la transmisión, se adapten dinámicamente para optimizar el uso del espectro radioeléctrico. Nuevamente los retardos elevados impiden que el proceso de adaptación dinámico se ajuste eficientemente.
Con esto se muestra una ventaja estratégica adicional con que cuenta Teledesic, que trata de anticiparse a las tendencias futuras en Internet, apostando por un sistema de gran ancho de banda por satélite con bajo retardo.
En los siguientes apartados se dará una descripción de los detalles técnicos que se conocen hasta el momento del sistema Teledesic. Se han establecidos seis apartados principales: Sistemas de Satélites, El Satélite y su lanzamiento, La Constelación ,El Segmento Terrestre, Las Frecuencias y Los Protocolos.
Una manera sencilla de diferenciar los diversos sistemas de satélites es por la altura a la que se encuentran. También es un factor clave para determinar cuantos satélites necesita un sistema para conseguir una cobertura mundial y la potencia que debe tener. Dado cierto ancho de haz de la antena del satélite, el área de cobertura del mismo será mucho menor estando en una órbita de poca altura que estando en otra de mayor altura. Sin embargo, la potencia necesaria para emitir desde un órbita baja es muy inferior a la necesitada en casos de mayor altura de la órbita.
TIPOS DE ÓRBITAS
Los expertos en satélites utilizan cuatro términos básicos para describir las diversas altitudes, que son los que son : GEO, MEO, LEO y HALE .
GEO
Abreviatura de Órbita Terrestre Geosíncrona. Los satélites GEO orbitan a 35848 kilómetros sobre el ecuador terrestre. A esta altitud, el periodo de rotación del satélite es exactamente 24 horas y, por lo tanto, parece estar siempre sobre el mismo lugar de la superficie del planeta. La mayoría de los satélites actuales son GEO, así como los futuros sistemas Spaceway, de Hughes, y Cyberstar, de Loral. Esta órbita se conoce como órbita de Clarke, en honor al escritor Arthur C. Clarke, que escribió por primera vez en 1945 acerca de esta posibilidad.
Los GEO precisan menos satélites para cubrir la totalidad de la superficie terrestre. Sin embargo adolecen de un retraso (latencia) de 0.24 segundos, debido a la distancia que debe recorrer la señal desde la tierra al satélite y del satélite a la tierra. Así mismo, los GEO necesitan obtener unas posiciones orbitales específicas alrededor del ecuador para mantenerse lo suficientemente alejados unos de otros (unos 1600 kilómetros o dos grados). La ITU y la FCC (en los Estados Unidos) administran estas posiciones.
MEO
Los satélites de órbita terrestre media se encuentran a una altura de entre 10075 y 20150 kilómetros. A diferencia de los GEO, su posición relativa respecto a la superficie no es fija. Al estar a una altitud menor, se necesita un número mayor de satélites para obtener cobertura mundial, pero la latencia se reduce substancialmente. En la actualidad no existen muchos satélites MEO, y se utilizan para posicionamiento.
LEO
Las órbitas terrestres de baja altura prometen un ancho de banda extraordinario y una latencia reducida. Existen planes para lanzar enjambres de cientos de satélites que abarcarán todo el planeta. Los LEO orbitan generalmente por debajo de los 5035 kilómetros, y la mayoría de ellos se encuentran mucho más abajo, entre los 600 y los 1600 kilómetros. A tan baja altura, la latencia adquiere valores casi despreciables de unas pocas centésimas de segundo.
Tres tipos de LEO manejan diferentes cantidades de ancho de banda. Los LEO pequeños están destinados a aplicaciones de bajo ancho de banda (de decenas a centenares de Kbps), como los buscapersonas, e incluyen a sistemas como OrbComm. Los grandes LEO pueden manejar buscapersonas, servicios de telefonía móvil y algo de transmisión de datos (de cientos a miles de Kbps). Los LEO de banda ancha (también denominados megaLEO) operan en la franja de los Mbps y entre ellos se encuentran Teledesic, Celestri y SkyBridge.
HALE
Las plataformas de gran altitud y resistencia son básicamente aeroplanos alimentados por energía solar o más ligeros que el aire, que se sostienen inmóviles sobre un punto de la superficie terrestre a unos 21 kilómetros de altura. No se habla mucho de ellos y en la actualidad constituyen fundamentalmente un proyecto de investigación. Un ejemplo de HALE que utiliza globos estacionarios es Skystation.
SATÉLITES LEO VS GEO
De los cuatro tipos mencionados anteriormente, los dos más utilizados y de mayor importancia son los LEO y los GEO.
Como ya hemos dicho, los satélites geoestacionarios se encuentran a una altitud de unos 36000 Kilómetros sobre el ecuador, siendo la única órbita que permite que el satélite mantenga una posición fija con relación a la tierra. A esta altura, las comunicaciones a través de un GEO perpetúan una latencia mínima de transmisión de ida y retorno (un retardo de extremo a extremo) de por lo menos medio segundo, incluyendo los retardos provocados por las diversas pasarelas y conversiones que deben sufrir los datos. Esto significa que los GEO nunca podrán proveer demoras similares a las fibras ópticas. Esta latencia de GEO es la fuente de demora fastidiosa en muchas de las llamadas internacionales, impidiendo que se pueda entender la conversación y deformando el matiz personal de la voz. Lo que puede ser una incomodidad en una conversación telefónica, sin embargo, puede ser insostenible para aplicaciones en tiempo real, tales como videoconferencias, como también para muchos protocolos estándares de datos, aún para los protocolos subyacentes de Internet.
Evolución de satélites GEO a satélites LEO.
La evolución de los satélites geoestacionarios a satélites de órbita terrestre baja (LEO) ha dado lugar a numerosos sistemas propuestos de satélites globales, los cuales pueden ser agrupados en 3 tipos distintos. Estos sistemas LEO pueden distinguirse mejor haciendo referencia a sus complementos terrestres: mensajería personal, celular y fibra óptica.
Los LEO grandes, por ejemplo, proveen servicio telefónico móvil de banda ancha a un precio alto, mientras que Teledesic provee principalmente conexiones fijas de banda ancha a tarifas comparables con un servicio urbano de comunicaciones por línea alámbrica. Así como los servicios de celular y fibra óptica no se consideran competitivos, la única cosa que Teledesic tiene en común con los LEO grandes es el uso de satélites de órbita terrestre baja.
PROBLEMAS DE LOS SATÉLITES LEO
Saturación de las órbitas.
En algunos sectores se ha mostrado cierta preocupación por la gran cantidad de satélites que podrían juntarse en una porción relativamente pequeña del espacio, ya que son numerosos los sistemas de satélites LEO proyectados. La zona de órbitas de baja altura (LEO), parte de la atmósfera terrestre hasta una zona de alta radiación conocida como el "cinturón de Van Allen". Son 900 Kilómetros de distancia que pueden albergar una cantidad inmensa de recorridos. El proyecto de Teledesic no ocuparía más de 10 Km. Allí podrían colocarse más de 60.000 satélites sin problemas, según George Gilder, ácido analista de la revolución de la información, quien califica como absurdo siquiera pensar en la posibilidad de una superpoblación de satélites.
Chatarra espacial.
Una vez que los LEO se encuentren en órbita, se presenta todo un nuevo conjunto de dificultades. En primer ligar existe el problema de la llamada "chatarra espacial", que consiste en restos de las anteriores misiones espaciales de todos los tamaños, velocidades y peligrosidades.
Pérdida y sustitución de satélites.
Aunque los satélites no resulten alcanzados por los escombros espaciales, cabe la posibilidad de que caigan a la atmósfera. A diferencia de los GEO, que cuando acaban su vida útil se desplazan a una órbita de estacionamiento unos pocos kilómetros más alejada de lo normal, los LEO se desintegrarán en la atmósfera. Aunque la vida de un satélite oscila entre los 10 y 12 años, con los LEO debe tenerse en cuenta una política de sustitución de satélites.
Visibilidad del satélite.
Suponiendo que estas dificultades se hayan superado queda, por ejemplo, el asunto de seguir la pista y enlazar con estos satélites tan veloces. Un satélite LEO resulta visible durante 18-20 minutos antes de que desaparezca en el horizonte. Esto complica en gran medida el posicionamiento de la antena y el trabajo para mantener activo el enlace.
El problema de la antena lo resuelve una tecnología denominada antena de array en fase. A diferencia de una antena parabólica normal, que sigue mecánicamente el rastro del satélite, las antenas de array en fase son dispositivos autodirigidos que contiene diversas antenas más pequeñas que pueden seguir a varios satélites sin moverse físicamente, por medio de señales levemente diferentes recibidas por el conjunto de antenas, reduciendo así el desgaste, entre otras ventajas. El problema de mantener un enlace activo cuando el satélite desaparece cada media hora se soluciona manteniendo como mínimo dos satélites a la vista en todo momento (muchos LEO pretenden mantener constantemente tres satélites a la vista). El conjunto de antenas es consciente de la posición de todos los satélites e inicia un nuevo enlace antes de cortar el existente con el satélite de poniente. En la jerga de los satélites, a esto se le llama "make before break".
Direccionamiento mediante enlaces intersatélite.
Otro problema interesante es el del direccionamiento de la señal entre dos puntos alejados de la superficie terrestre. Una posibilidad es la de realizarlo a través de estaciones terrenas, pero eso nos lleva a perder la ventaja de la latencia reducida. La otra posibilidad, que es la que utiliza Teledesic, es la de utilizar un direccionamiento de satélite a satélite. La constelación Teledesic se comunica en la banda de los 40-50 GHz. La desventaja de este método es, evidentemente, que cada satélite debe disponer de más hardware de comunicaciones y seguimiento (mas inteligencia) y, por lo tanto, su precio será más elevado que en el caso de utilizar estaciones terrenas.
Cada satélite de Teledesic pesará unos 700 Kg. y tendrá una vida útil de 10 años. Un panel solar apuntará de forma constante hacia el sol, en busca de energía. El lanzamiento está previsto para los años 1999-2000.
El aspecto del satélite de Teledesic es el siguiente:
Se estima que unas 20 compañías participarán en el envío de los satélites hacia el cielo,siendo el socio principal en este aspecto, la compañía norteamericana Boeing. Las transmisiones se iniciarán en el 2001.
El coste de cada uno de los 288 satélites de Teledesic rondará los 3.000 millones de pesetas, lo cual significa un desembolso de 864.000 millones de pesetas sólo en satélites, a lo cual deben añadirse los costes de lanzamiento y los seguros que, en el caso de algunos sistemas de satélites, igualan al coste del propio satélite.
LANZAMIENTO DE LOS SATÉLITES
En cuanto a la puesta en órbita de los satélites, no hay nada definido, ya que la posibilidad de utilizar misiles norteamericanos esta vedada por una ley federal que prohibe su uso comercial. Es por esto, que Bill Gates ha mantenido conversaciones con compañías rusas. A principios del mes de octubre, el director de la Agencia Espacial Rusa (RKA) , Yuri Koptev, confirmó que Rusia y Ucrania (las dos mayores repúblicas de la extinta URSS que producían los SS-18) se proponen crear una empresa conjunta encargada de adaptar estos cohetes para el lanzamiento de satélites. Los misiles estratégicos intercontinentales SS-18 (conocidos durante la guerra fría como "Satán"), que Rusia se ha comprometido a destruir de acuerdo con el tratado de desarme nuclear ruso - estadounidense START II (todavía no ratificado por Moscú), constan de dos segmentos y deben ser dotados de una tercera etapa para poder poner en órbita pequeños aparatos espaciales. Según el diario ruso Kommersant Daily, la reconstrucción y el lanzamiento de un misil con un satélite costará unos 15 millones de dólares, y el interés de Gates por los SS-18 se debe al altísimo nivel de seguridad de los lanzamientos (97 por ciento).
Entre las posibles alternativas de cohetes para poner en órbita los satélites están:
SUBSISTEMAS DEL SATÉLITE
Existe poca información pública sobre los subsistemas del satélite, pero se pueden exponer generalidades de este tipo de sistemas, con las que se pueden apreciar los retos que se afrontan al abordar un proyecto de esta envergadura.
El vehículo espacial : Las características de un vehículo espacial imponen una serie de limitaciones que afectan a los protocolos de comunicación que pueden usarse.
Recursos de computación :
Los vehículos espaciales están limitados en volumen, peso y, sobre todo, potencia, por lo que su capacidad de procesamiento y memoria están limitados. En general, disponen sólo de 0.15 a 4 MIPS y de 0.15 a 4 Mbytes. Posiblemente las futuras restricciones en potencia, volumen y peso serán menos severas, pero la capacidad de proceso y la memoria continuarán siendo más limitados en un vehículo espacial que en los sistemas terrestres. La capacidad de proceso se espera que alcance como mucho los 8 MIPS y la memoria, como mucho los 8 Mbytes.
Potencia de transmisión :
Actualmente, la potencia de transmisión es relativamente pequeña, dado que para transmitir en banda Ka hace falta más potencia para compensar las mayores atenuaciones que se producen.
Entorno de red : Las características del entorno de la red espacial tienen un impacto en los protocolos de comunicación que puedan dar soporte alas aplicaciones espaciales.
Conectividad :
Mientras que a los vehículos espaciales geoestacionarios se puede acceder continuamente desde el mismo punto de la Tierra, los LEO son accesibles, normalmente, de forma periódica sólo durante unos pocos minutos desde el mismo punto de la Tierra. Además, los sistemas consistentes únicamente en satélites LEO tienen una conectividad con la tierra variable con el tiempo (cada modelo de conectividad dura únicamente unos pocos minutos), donde cada modelo especifico de conectividad se repite periódicamente.
Retardos :
Los retardos van a ser variables en función del número de enlaces intersatélite que se necesiten utilizar para alcanzar el destino. Por lo general estos retardos van a ser muy pequeños, de forma que garanticen aplicaciones en tiempo real de gran ancho de banda. La órbita LEO favorece este comportamiento al reducir consuderablemente el tiempo de latencia con respecto al de los satélites GEO, que es de alredor de 0.5s (enlace ascendente + enlace descendente)
Errores :
Los errores en transmisión son debidos a la congestión, distorsión de la señal, o pérdidas de la conexión. Los errores debidos a la distorsión, pueden ser aleatorios o en ráfagas. La tasa de errores aleatorios observada desde la capa de red, suele fluctuar entre 10-9 y 10-5. La tasa de errores a ráfagas puede estar entre 10-5 y 10-4. Se espera mejorar estas tasas en el futuro en un orden de magnitud.
Aprovechamiento del enlace :
Actualmente el aprovechamiento del enlace es medio-bajo en funciones de telemetría y enlaces de control, y medio-alto en misiones de transmisión de datos y transporte de tráfico de comunicaciones entre puntos de la tierra. En el futuro se espera que el aprovechamiento de los enlaces permanezca igual, pues el aumento del tráfico será previsiblemente proporcional al incremento de las tasas de transmisión de datos.
Cada satélite de la constelación es el equivalente a un nodo de una red de conmutación de paquetes de alta velocidad, y tiene enlaces (comunicación inter-satélite), con ocho satélites adyacentes. Cada satélite está enlazado con cuatro satélites dentro del mismo plano (dos delante y dos detrás), y uno en cada uno de los planos adyacentes en ambos lados. Este tipo de interconexión forma un mallado no jerárquico y proporciona una robusta configuración de red que tolera errores y congestiones locales. La red combina las ventajas de una red de conmutación de circuitos (bajos retardos mediante "caminos digitales") y de una red de conmutación de paquetes (manejo eficiente de la multi-velocidad y de las ráfagas de datos).
TOPOLOGÍA DE LA RED
La topología de las redes basadas en satélites LEO es dinámica. Cada satélite guarda la misma posición relativa a otros satélites en su plano orbital, mientras que su posición y retardo de propagación relativo a la Tierra y a otros satélites cambia continuamente y en forma predecible. En resumen, los cambios en la topología de la red, en cuanto al flujo de datos a través de la red, se traducen en colas de paquetes acumulados en los satélites y cambios del tiempo de espera para transmitir al siguiente satélite. Todos estos factores afectan al encaminamiento de paquetes y se producen continuamente dentro de cada nodo usando un algoritmo de encaminamiento distribuido y adaptativo.
Desde el punto de vista de la red, una gran constelación de nodos de conmutación entrelazados ofrece un gran número de ventajas en términos de calidad de servicio, seguridad y capacidad. La malla fuertemente interconectada proporciona un robusto diseño que tolera fallos y que, automáticamente, se adapta a cambios de topología y a nodos y enlaces congestionados o averiados.
Una representación esquemática de la topología de la red puede verse en la siguiente figura:
Topología para el proyecto inicial de 840 satélites
Si lo desea también puede ver una comparación con otros sistemas conocidos, así como una animación del movimiento de los satélites al pasar por el polo norte.
Para lograr un sistema de alta capacidad y alta densidad de canal, cada satélite puede concentrarse en su relativamente pequeña área de cobertura. El solapamiento de las áreas de cobertura, además del uso de satélites de reserva en órbita, permite la rápida reparación de la red siempre que un satélite falla y se provoca un vacío en la cobertura. En esencia, la seguridad del sistema se basa en la constelación como un conjunto, de forma que no es vulnerable al fallo de un sólo satélite.
COBERTURA DEL SISTEMA
Teledesic cubrirá el 95% de la superficie seca de la Tierra, y casi el 100% de la superficie habitada, dando acceso a comunicaciones interactivas de gran ancho de banda a todas las zonas de la Tierra, incluyendo aquellas en las que de momento no resulta rentable.
El mapa de la superficie de la Tierra, para el sistema Teledesic, se compone de unas 20.000 superceldas, consistente cada una en 9 celdas simples. Cada supercelda es un cuadrado de 160 Km. de lado. Las superceldas están dispuestas en bandas paralelas al ecuador. Hay aproximadamente 250 superceldas en la banda del ecuador, y el número de éstas por banda va decreciendo conforme incrementa la latitud. Dado que el número de superceldas por banda no es constante, las fronteras que unen el norte y el sur de cada una no están alineadas.
La huella o sombra de un satélite comprende un máximo de 64 superceldas, o 576 celdas. El número actual de celdas de las que un satélite es responsable varía según la posición orbital del satélite y su distancia a los satélites adyacentes. En general, el satélite más cercano al centro de una supercelda tiene la responsabilidad de darle cobertura. Cuando un satélite pasa por encima, dirige su haz a unas celdas fijas dentro de su sombra. Este direccionamiento del haz compensa, tanto el movimiento del satélite, como la rotación de la tierra.
Los recursos del canal (frecuencias y slots de tiempo) están asociados a cada celda y son gestionados por el satélite correspondiente en cada momento. Mientras un terminal esté dentro de la misma celda, mantiene el mismo canal asignado durante todo el tiempo de duración de la llamada, independientemente de cuantos satélites y haces estén implicados. Las reasignaciones de canal son raras excepciones que se salen de la norma, por lo que se elimina gran parte de la gestión de frecuencias y de los hand-over.
Una base de datos contiene el tipo de servicio que cada satélite puede ofrecer en una determinada celda. Las pequeñas celdas permiten a Teledesic evitar interferencias a otras áreas geográficas y respetar los límites nacionales. Esto sería muy difícil de conseguir con celdas más grandes o celdas que se moviesen con el satélite.
Aquí podemos ver una imagen del mapa de cobertura del sistema:
Mapa de cobertura para el proyecto inicial de 840 satélites
Como se puede observar, las celdas de cobertura son bastante pequeñas debido al elevado número de satélites en comparación con otros sistemas parecidos.
Una ventaja de la pequeña zona de cobertura de cada satélite es que cada uno de ellos puede ofrecer la totalidad de su capacidad a un área, con una alta ganancia en los haces de sus antenas. Las pequeñas células permiten un eficiente uso del espectro mediante reutilización de frecuencias, así como la utilización de terminales de baja potencia. Sin embargo, este tamaño de la célula permite barrer la superficie de la tierra a la velocidad del satélite (aproximadamente 25000 Km./h), con lo que un terminal estaría servido por la misma célula durante unos pocos segundos antes de que sea necesario realizar un "hand-off" a un canal de la siguiente célula. Como en el caso de los sistemas celulares terrestres, frecuentes hand-off resultan en una ineficiente utilización del canal, alto coste de proceso y baja capacidad del sistema. La red Teledesic usa un diseño de células fijas en tierra para minimizar este problema.
Una persona parada en cualquier lugar del mundo, a cualquier hora, será cubierta por dos satélites de Teledesic, cobertura que será respaldada por la operación de estaciones en tierra. Como ya hemos dicho, Teledesic usa pequeñas celdas para una utilización eficiente del espectro, así como por respeto a las fronteras nacionales. Dentro de una celda de 53 Kilómetros x 53 Kilómetros, la red podrá soportar más de 1800 canales de voz simultáneos de 16 Kbps, 14 canales simultáneos full-duplex E-1 (2 Mbps), o cualquier otra combinación de canales y anchos de banda. Esto representa una capacidad realmente significativa, equivalente a 20000 líneas E-1 simultáneas, con potencial de crecimiento hacia capacidades más altas. La red también ofrece canales de gran ancho de banda bajo demanda a través de terminales de usuario estándar. Los anchos de banda de los canales son asignados dinámicamente y simétricamente en un rango de entre 16 Kbps a 2 Mbps en el enlace ascendente y a 28 Mbps en el descendente. Teledesic provee además de un pequeño número de canales de alta velocidad desde 155 Mbps a 1.2 GHz para necesidades especiales. La baja órbita y la alta frecuencia (30 GHz en enlace ascendente y 20 GHz en el descendente) permite el uso de terminales de poca potencia y antenas pequeñas, con un tamaño y coste comparable al de cualquier ordenador portátil.
ÁNGULO DE ELEVACIÓN
La red de Teledesic está diseñada de modo que siempre pueda verse un satélite de Teledesic prácticamente en línea recta, desde cualquier lugar de la tierra. Esto se asegura por medio de un ángulo de elevación de 40 grados o mayor en todo momento y en todos los lugares.
El ángulo de elevación de 40 grados de Teledesic permite a los usuarios colocar terminales en la mayoría de las oficinas, escuelas y hogares, con una visión casi sin obstrucciones del suelo en todas las direcciones.
Un ángulo de elevación más bajo aumenta de manera dramática la posibilidad de obstrucción por la cercanía de edificios, árboles o imperfecciones del terreno, impidiendo el servicio, especialmente a las altas frecuencias que maneja el sistema. En muchas áreas, un ángulo de elevación bajo puede hacer que cualquier tipo de servicio resulte poco práctico o sencillamente imposible. Así mismo, las señales a altas frecuencias, también pueden ser bloqueadas por la lluvia, especialmente cuando se envían a un ángulo de elevación menor, ya que en este caso la distancia recorrida bajo el efecto de la lluvia aumenta considerablemente.
El ángulo de elevación de 40 grados de Teledesic resulta esencial para cumplir con las metas de la compañía de brindar una alta calidad de servicio con una disponibilidad comparable a aquella de las redes terrestres. También reduce el tamaño y el costo del terminal de usuario, mejorando al mismo tiempo, la facilidad de coordinar el uso de radiofrecuencias con otros sistemas y servicios.
La Red Teledesic consta tanto de un segmento espacial (la red conmutada basada en la constelación de satélites que proporcionan los enlaces de comunicación entre los terminales), como de un segmento terrestre (terminales, pasarelas de red y sistemas de control y operaciones de red). Los terminales son el extremo de la Red Teledesic y proporcionan el interfaz entre la red de satélites y las redes y usuarios terrestres. Éstos realizan la conversión entre los protocolos internos de la Red Teledesic y los protocolos estándar de los sistemas terrestres.
TERMINALES
Los terminales Teledesic se comunican directamente con la red de satélites y soportan un amplio rango de velocidades de transmisión. Aunque la Red Teledesic está optimizada para terminales fijos, es también capaz de dar servicio a terminales transportables y móviles, como los empleados en aplicaciones marítimas y aeronáuticas. No se tienen muchos detalles técnicos sobre el funcionamiento de los terminales. Sin embargo sí se conocen algunas de las funciones que llevarán a cabo, que pasan a describirse a continuación:
Permitirán implementar algoritmos de encriptación y desencriptación.
Conversión a formato de paquetes de datos, realizando la interfaz con un amplio rango de protocolos estándar de red (IP, ISDN, ATM ...).
Deben imponer pequeñas cabeceras y pequeñas colas a los paquetes
Control de potencia en transmisión en el enlace ascendente usará, de manera que se use la mínima potencia necesaria para llevar a cabo la transmisión. La mínima potencia de transmisión se usará en casos de cielo claro y despejado, mientras que conforme empeoren las condiciones climatológicas (la lluvia) se producirá un incremento de la potencia.
Permitir que las configuraciones fijas y las transportables o móviles operen desde los múltiplos de 16 Kbps del canal básico hasta los 2.048 Mbps (equivalente a 128 canales básicos).
Estos terminales podrán usar antenas con diámetros desde 16 cm hasta 1.8 m que vendrán determinados por la máxima velocidad de transmisión en el canal, la región climática, y requerimientos de disponibilidad. El rango de potencias de transmisión variará desde 0.01 W hasta 4.7 W, dependiendo del diámetro de la antena, la velocidad de transmisión y las condiciones climáticas. Todas las velocidades de datos hasta los 2.048 Mbps dpueden ser soportadas con una potencia media transmitida de 0.3 W con una conveniente elección del tamaño de la antena.
Esta capacidad de manejo de múltiples velocidades de tansmisión, protocolos y prioridades de servicio, proporciona la flexibilidad para soportar un ámplio rango de aplicaciones, incluyendo Internet, intranets corporativas, comunicación multimedia, interconexión de LANs, wireless backhaul, etc. De hecho la flexibilidad es un punto clave, ya que gran cantidad de las aplicaciones y protocolos que proporcionará Teledesic no han sido concebidos todavía.
GIGALINKS
La red también soporta un pequeño número de terminales fijos para GigaLinks, que operarán a la velocidad OC-3 (155.52 Mbps) y múltiplos de esa velocidad, hasta OC-24 (1.2 Gbps). Las antenas de estos terminales estarán en el rango de 28 cm a 1.6 m, y su potencia de transmisión entre 1 W y 49 W. Además, las antenas utilizarán diversidad en espacio para reducir la probabilidad de error por fading de lluvia.
Los terminales de los GigaLinks proveerán conexiones a las redes públicas y a bases de datos y servicios Teledesic, así como puntos de interconexión para el Centro de Control de Operaciones de la Constelación de la Red Teledesic (COCC), y para el Centro de Control de Operaciones de Red (NOCC).El COCC coordina el posicionamiento inicial de los satélites, diagnóstico de fallos, reparaciones, y salida de órbita. El NOCC incluye una gran variedad de funciones de administración y control sobre redes distribuidas, tales como bases de datos de red, monitorización de red y sistemas de cobro.
Los terminales Gigalinks proporcionarán también conexiones a otras redes privadas y terminales de alta velocidad. Un satélite podrá soportar hasta 16 terminales GigaLinks dentro de su área de servicio.