Redes VSAT: Funcionamiento, Configuraciones y Tecnologías de Acceso Satelital

Redes VSAT

Las redes VSAT (Very Small Aperture Terminals) son redes de comunicaciones por satélite que proporcionan servicios FSS (Servicio Fijo por Satélite) y utilizan estaciones de apertura muy pequeña en las instalaciones del usuario.

Esencialmente, proporcionan conexiones entre terminales remotos y una estación central denominada HUB.

Principales Ventajas de VSAT

• Accesibilidad a todos los puntos geográficos.
• Gran calidad y disponibilidad del servicio.
• Facilidad de instalación y crecimiento de la red.
• Adaptación flexible al tipo de tráfico requerido.
• Menores costes de realización y explotación de la red en comparación con otras alternativas terrestres en ciertas áreas.

Configuraciones de Red VSAT

La elección de la configuración de red depende de factores como la necesidad de información bidireccional o difusión, el retardo de transmisión tolerable y la capacidad y calidad requeridas.

• Retardo de transmisión: Sin HUB (comunicación directa en malla) aproximadamente 0.25 segundos; con HUB (estrella) aproximadamente 0.5 segundos.

Red en Estrella

• Utiliza un satélite geoestacionario como punto central.
• No son posibles los enlaces directos entre terminales VSAT, puesto que la atenuación por doble salto sería muy elevada (aproximadamente 200 dB) y las prestaciones de las estaciones VSAT (potencia, tamaño de antena) suelen ser limitadas para este tipo de enlace directo. Todo el tráfico pasa por el HUB.

Red en Malla

• Permite enlaces directos entre terminales VSAT, ya que los requerimientos de potencia y las características de las estaciones pueden diseñarse para ello, aunque esto suele implicar terminales más complejos y costosos que en una red en estrella.

Acceso Múltiple en Redes VSAT

El acceso múltiple se refiere a cómo múltiples estaciones terrenas comparten los recursos del satélite.

• Cada estación terrena dispone de un terminal de tratamiento de señal, un modulador y un transmisor, que accede al satélite individualmente en el trayecto ascendente.
• En el trayecto descendente, la transmisión desde el satélite suele ser por difusión (broadcast), y cada estación terrena receptora extrae la señal que le está destinada (requiere recepción de banda ancha y capacidad de selección y extracción de la señal específica).
• El satélite actúa como un repetidor: realiza traslación de frecuencias, amplificación y filtrado de las señales. Las señales de diferentes usuarios se reúnen en un combinador (OMUX) antes de ser retransmitidas hacia la Tierra.

Existen principalmente dos técnicas de acceso múltiple utilizadas en aplicaciones comerciales:

• FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia)
• TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo)

Comparación de Técnicas de Acceso Múltiple: FDMA vs. TDMA

FDMA (Acceso Múltiple por División de Frecuencia)

• Ventajas: Es de realización relativamente sencilla (especialmente con modulación de frecuencia) y no requiere una temporización estricta entre las estaciones.
• Desventajas: Es susceptible al ruido de intermodulación (interferencia que se produce cuando múltiples portadoras pasan simultáneamente por un amplificador no lineal, como el del satélite). Esto obliga a reducir el punto de trabajo del amplificador (aplicar back-off), disminuyendo la eficiencia en el uso de la potencia del satélite.

TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo)

• Ventajas: Permite utilizar toda la potencia disponible del amplificador del satélite, ya que solo una portadora lo atraviesa en cada instante de tiempo. Permite un ajuste dinámico de los intervalos de tiempo asignados a cada estación, lo que lo hace muy flexible ante la variabilidad del tráfico. Al ser intrínsecamente digital, facilita la implementación de control de errores y el uso de modulaciones digitales eficientes.
• Desventajas: Requiere una temporización muy estricta y sincronización precisa entre todas las estaciones de la red. Introduce un retardo adicional debido a su carácter discontinuo (transmisión por ráfagas). Para señales analógicas (como la telefonía tradicional), requiere conversiones Analógico/Digital (A/D) y Digital/Analógico (D/A).

Acceso Múltiple Aleatorio (ALOHA)

• Se puede considerar como una variante de TDMA no coordinada, donde las estaciones transmiten cuando tienen datos, sin una asignación fija de tiempo.
• Existen mecanismos para gestionar las colisiones que ocurren cuando dos o más estaciones transmiten simultáneamente.
• Es una técnica muy utilizada en redes VSAT, especialmente para tráfico esporádico o de baja intensidad.

Comparativa de Órbitas: GEO vs. LEO

Para los sistemas de comunicaciones por satélite, existen principalmente dos familias de órbitas: geoestacionaria (GEO) y no geoestacionarias (como LEO - Órbita Baja Terrestre, MEO - Órbita Media Terrestre, HEO - Órbita Altamente Elíptica).

Satélites GEO (Órbita Geoestacionaria)

Los satélites GEO se sitúan a aproximadamente 36,000 km sobre el ecuador y permanecen fijos respecto a un punto en la Tierra. Cubren grandes áreas y permiten el uso de antenas fijas en tierra.

Sin embargo, presentan ciertas desventajas:

• Requieren potencias de transmisión más altas debido a la gran distancia, lo que implica mayor atenuación de la señal.
• Necesitan antenas de mayor apertura (tamaño) en tierra para una comunicación eficiente.
• No proporcionan una buena cobertura de las regiones polares (latitudes elevadas).
• Introducen un retardo considerable en la comunicación (aproximadamente 0.25 segundos por salto, 0.5 segundos ida y vuelta) debido a la distancia.
• Requieren lanzadores potentes y de alto coste para alcanzar la órbita geoestacionaria.

Satélites No GEO (LEO, MEO, HEO)

Las órbitas no estacionarias, como las LEO (altitudes de cientos a 2,000 km), se plantean como alternativa para superar algunas limitaciones de los GEO:

• Menor distancia implica menor atenuación y menor retardo en la comunicación.
• Permiten el uso de terminales de menor potencia y tamaño.
• Pueden ofrecer cobertura global, incluyendo regiones polares (mediante constelaciones de satélites).
• Los costes de lanzamiento por satélite suelen ser menores.
• Desventajas: Requieren constelaciones de múltiples satélites para asegurar cobertura continua, las antenas en tierra pueden necesitar sistemas de seguimiento (aunque para algunas aplicaciones LEO se diseñan antenas omnidireccionales o con haces amplios), y la gestión de la red es más compleja.