Fundamentos de Comunicaciones por Satélite: Acceso, Enlace y Navegación

Acceso Múltiple en Comunicaciones por Satélite

La estación terrena dispone de un dispositivo de tratamiento de señal, transmisor y modulador que accede en el trayecto ascendente. En el descendente, el acceso suele ser por difusión, y cada estación extrae la señal destinada a ella. El satélite realiza traslación de frecuencia, amplificación y filtrado. Las señales se unen en el OMUX. Existen dos técnicas principales de acceso múltiple:

1. FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia): Se distribuye el ancho de banda entre las estaciones. Se utilizan portadoras diferentes y bandas de guarda para minimizar la interferencia mutua. El transpondedor del satélite realiza la conversión de frecuencias y amplifica la señal, lo que puede generar ruido de intermodulación en el amplificador. En el satélite, toda la banda se difunde.
2. TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo): La información es digital. Es crucial regular el acceso para evitar colisiones, utilizando tiempos de guarda. Este método se aplica principalmente en el sentido ascendente. El satélite recibe las tramas y las transmite en forma de señal multiplexada en TDM. Generalmente, una o dos estaciones no cursan tráfico, dedicándose al control de acceso y sincronización.

Balance de Enlace Satelital

El balance de enlace es el cálculo de potencias necesario para determinar la calidad de un enlace de comunicación satelital. Se realiza en dos pasos:

1. Cálculo de la potencia de señal en la entrada de los receptores.
2. Verificación de que la calidad requerida del enlace se cumple.

Redes VSAT: Terminales de Muy Pequeña Apertura

Las Redes VSAT (Very Small Aperture Terminals) son redes de satélites que proporcionan servicios FSS (Servicio Fijo por Satélite) y utilizan estaciones terminales de muy pequeña apertura. Estas redes establecen conexiones entre terminales remotos y una estación central (HUB). Sus principales ventajas incluyen:

• Gran calidad y disponibilidad del servicio.
• Menores costes operativos.
• Elevada accesibilidad.
• Excelente adaptación a diferentes tipos de tráfico.

Existen dos configuraciones principales para las redes VSAT:

1. Configuración en Malla: Permite enlaces directos entre terminales VSAT, aunque suelen operar con baja potencia.
2. Configuración en Estrella: Utiliza satélites geosíncronos, y los enlaces directos entre VSAT no son posibles, requiriendo el paso por la estación HUB.

Navegación por Satélite

La navegación por satélite se clasifica en dos tipos principales:

1. Sistemas de Radiodeterminación: Los receptores obtienen su posición a partir de las señales recibidas de los satélites (ejemplos: GPS, GLONASS, Galileo).
2. Sistemas de Comunicación Bidireccional: Las centrales preguntan a los usuarios su posición (ejemplos: Sistemas RDSS). También pueden transmitir información adicional.

Sistema de Posicionamiento Global (GPS)

El GPS es un sistema de navegación por satélite ampliamente utilizado, compuesto por tres segmentos principales:

• Segmento Espacial: Compuesto por 24 satélites NAVSTAR en órbitas circulares, distribuidos en 6 planos orbitales, con un periodo orbital de 12 horas.
• Segmento de Control: Incluye una estación maestra de control ubicada en Colorado Springs y 5 estaciones monitoras distribuidas globalmente.
• Segmento de Usuarios: Consiste en receptores capaces de sintonizar la señal emitida por los satélites, medir los retardos y/o diferencias de fase, y realizar los cálculos necesarios para extraer los datos de posición requeridos.

Las distancias se determinan midiendo el retardo que sufren las señales emitidas por los satélites. Para ello, sus portadoras, todas de la misma frecuencia, son moduladas en fase (BPSK) mediante diferentes códigos pseudoaleatorios (PN). El receptor establece la correlación entre los códigos recibidos y el código almacenado en su memoria correspondiente a un satélite específico, lo que le permite separar la emisión de ese satélite del resto y determinar el retardo.

Frecuencias y Modulación del GPS

Cada satélite GPS emite sobre dos portadoras principales, obtenidas a partir de relojes atómicos de alta precisión:

• Ambas portadoras se modulan en BPSK (Binary Phase Shift Keying) con el mensaje de navegación (datos) y los códigos PN.
• El mensaje de navegación se transmite a 50 bps y tarda aproximadamente 12.5 minutos en transmitirse completamente.
• Se logran precisiones de entre 0 y 15 metros gracias a la recepción simultánea de señales de varios satélites.

Espectro Ensanchado

El Espectro Ensanchado es una técnica de transformación de una señal en la que su energía se dispersa en una banda de frecuencias mucho mayor que la banda mínima necesaria para transmitir la información. En el receptor, se invierte este proceso para recuperar la señal original. Esta técnica se realiza mediante secuencias pseudoaleatorias (PN), y la señal solo puede recuperarse si se conoce la secuencia PN correcta.