Revista compendio 2017 by IEA UMSA

El Instituto de Electrónica Aplicada – IEA, se complace en presentar la revista “Innovación y Tecnología", en una edición especial, dedicada a uno de los programas del postgrado del IEA, correspondiente a la gestión 2017, el objetivo de la revista, es la difusión de los trabajos realizados por estudiantes de la Carrera de Ingeniería Electrónica, docentes y estudiantes investigadores del IEA, y un medio de difusión de los programas de postgrado y está dirigida a la comunidad universitaria y sociedad en general. En este número, que es el segundo de una serie de publicaciones que realiza el IEA, se presenta un compendio de las monografías que se realizaron en el Diplomado en Sistemas de Comunicaciones Satelitales 1ra. versión, como ser: Aplicación De Redes Vsat A Unidades Académicas De La Universidad Del Área Rural, Diseño Red Backhaul Satelital De Alta Capacidad Utilizando dSCPC, Estudio Y Análisis Del Estado De Arte De Amplificadores De Potencia Del Segmento Terrestre, Factibilidad Del Uso De Tecnologías VPN En Sistemas VSAT, Sistemas DTH Con Los Estándares H.265 (HEVC) Y DVBS2X, Viabilidad De Un Sistema DTH En Banda KA Aplicado A Televisión Interactiva. En los siguientes números se continuará con la presentación de los trabajos realizados en los programas de diplomado.

Ing. Luís Alfonso Jurado Viscarra Director a.i. Instituto de Electrónica Aplicada La opinión vertida en cada uno de los artículos es de responsabilidad de los autores, está prohibida la reproducción total o parcial por cualquier medio existente, sin la autorización del IEA y de sus autores.

ÍNDICE APLICACIÓN DE REDES VSAT A UNIDADES ACADÉMICAS DE LA UNIVERSIDAD DEL ÁREA RURAL

007

Edwin Santos Indala DISEÑO RED BACKHAUL SATELITAL DE ALTA CAPACIDAD UTILIZANDO dSCPC

083

Javier Daniel Puña Mamani ESTUDIO Y ANÁLISIS DEL ESTADO DE ARTE DE AMPLIFICADORES DE POTENCIA DEL SEGMENTO TERRESTRE

139

Freddy Waldo Alberto Mamani FACTIBILIDAD DEL USO DE TECNOLOGÍAS VPN EN SISTEMAS VSAT

183

Rolando Reynaldo Rojas Camino SISTEMAS DTH CON LOS ESTÁNDARES H.265 (HEVC) Y DVBS2X

231

Cristóbal Avalos Quispe VIABILIDAD DE UN SISTEMA DTH EN BANDA KA APLICADO A TELEVISIÓN INTERACTIVA Kelly Allison Meneses Pabon

303

APLICACIÓN DE REDES VSAT A UNIDADES ACADÉMICAS DE LA UNIVERSIDAD DEL ÁREA RURAL Edwin Santos Indala

RESUMEN El trabajo presenta el diseño de una red de comunicación satelital para integrar de manera remota las unidades académicas desconcentradas en el área rural con la administración central de la Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca a través de la tecnología de redes VSAT (Very Small Aperture Terminals) con capacidad de provisión de Internet, telefonía y aplicaciones académicas en un enlace bidireccional vía satélite, estas redes se caracterizan por establecer enlaces entre una o varias estaciones remotas equipadas con VSAT’s mediante una estación central llamada Hub, para tal efecto se realizará el dimensionamiento de los servicios, de las estaciones remotas y del Hub, así mismo para el cálculo de los parámetros de enlace satelital se aplicará como herramienta de apoyo el software Satmaster Pro, la red VSAT tendrá características de Operador de Red Virtual que permita la administración, gestión y monitoreo de formaremota.

Palabras-clave: VSAT. Satélite. VNO. Ru

Introducción Las redes VSAT (Very Small Aperture Terminal) es un sistema de comunicación que ofrece mayores posibilidades dentro el campo de las telecomunicaciones, permitiendo conexiones punto a punto o punto a multipunto conectados a través de enlaces de radiofrecuencia (RF) portador modulado que transporta información vía satélite, las redes VSAT se caracterizan por el reducido tamaño de las antenas, el bajo costo relativo de sus terminales remotas y de fácil instalación, el satélite recibe portadoras de enlace ascendente desde la estación remota, este lo refleja y es enviada mediante portadoras de enlace descendente desde el satélite hacia una estación remota dentro de la cobertura del satélite (G.MARAL,2003). El satélite y las redes VSAT, es una de las tecnologías de comunicación más factibles para la conectividad global y llevar diferentes tipos de servicios a las zonas rurales más aisladas y de difícil acceso o que no dispongan de una infraestructura de red terrestre tal como fibra óptica o microondas. Las redes VSAT dentro el ámbito de los sistemas de comunicación satelital se divide en segmento espacial y segmento terrestre, el primero hace referencia al satélite ubicado en la órbita geoestacionario (GEO) que sin él no se llevaría a cabo ninguna comunicación entre las terminales VSAT-Hub y Hub-VSAT, y el segundo tales como la estación central o Hub y las estaciones VSAT o terminales remotas. La aplicación de las redes VSAT está en función a las necesidades de los usuarios, estas pueden ser aplicaciones civiles y aplicaciones militares en función al ámbito de trabajo (G.MARAL,2003). La comunicación se realiza según la configuración del tipo de red sea unidireccional, bidireccional o corporativa aplicando diferentes tipos de métodos de acceso FDMA, TDMA y CDMA en un enlace inbound o de retorno y TMD o FDM en un enlace

outbound o saliente ya sea en banda C, Ku y Ka; y según el tipo de topología a ser aplicado sea malla o estrella.

Descripción del problema La Universidad de San Francisco Xavier cuenta con la Dirección de Tecnologías de Información y Comunicación (DTIC) el mismo dispone de un centro de datos, red de fibra óptica y microondas para la provisión de servicios de internet, telefonía, registro y actualización de datos de orden académico y administrativo a todas las unidades académicas del área urbana. El área rural, no cuenta con un enlace de red para la provisión de servicios, cada unidad académica y/o sede tiene su propio servidor (computadora) para el registro de datos académicos y posterior vaciado al centro de datos, el registro y la actualización de datos administrativos se lo realiza en la ciudad de Sucre. Por tanto, los datos académicos y administrativos no se tienen actualizados oportunamente, esto genera retrasos en trámites académicos y administrativos, así como la falta de comunicación con la administración central de la Universidad.

Justificación La aplicación de las redes VSAT a las unidades académicas ubicadas en el área rural, permitirá acortar la brecha digital área urbano-rural. Así, todas las unidades académicas del área desconcentrada, podrán integrarse a la red universitaria del área urbana con acceso al centro de datos de la DTIC y con capacidad de provisión servicios de internet, telefonía y aplicaciones académicas; permitiendo registrar y mantener actualizado la información académica y administrativa de manera oportuna, como también mantener comunicados con la administración central.

La red VSAT estará conformada por once estaciones remotas y optará la característica de VNO a nivel de software permitiendo administrar, gestionar y monitorear el segmento alquilado en el satélite (transpondedor) de forma remota, así mismo los estudiantes podrán hacer su práctica de pasantía en el área de comunicaciones satelitales y optar una formación práctica y competitiva.

Objetivo general Diseñar una red VSAT para provisión de servicios de internet, telefonía y aplicaciones académicas y administrativas a las unidades desconcentradas de la Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier en el área rural de Chuquisaca, con características de Operador de Red Virtual.

Objetivos específicos Los objetivos específicos para el diseño de la red VSAT son los siguientes: -

Realizar el estudio de las redes VSAT que permita comprender su aplicación tecnología actual de telecomunicaciones.

Realizar el estudio de sitio para el dimensionamiento de la red VSAT correspondiente a cada una de las estaciones remotas a ser instaladas.

Dimensionar el ancho de banda para los servicios de Internet, telefonía y aplicaciones académicas para el enlace Outbound de salida (Hub-Satélite) y enlace Inbound de retorno (VSAT’s-Satélite)

Caracterizar el Operador de Red Virtual.

Revisión de la literatura Red VSAT El mercado de las telecomunicaciones satelitales bidireccionales de voz y datos está prácticamente copado en Hispanoamérica por una única tecnología VSAT, son redes de comunicación de datos vía satélite para el intercambio de información punto-punto, o punto-multipunto (difusión o interactiva). El componente principal de este sistema es el Hub, que es la estación central terrestre de la red. Éste permite realizar la comunicación entre dos terminales VSAT, es decir, que todo intercambio de información tiene que pasar por el Hub. Esta estructura de red logra que las estaciones terminales sean simples, baratas y fáciles de instalar. Con esta tecnología se consiguen diseñar redes muy densas con altas velocidades de transmisión si hay pocos usuarios conectados simultáneamente, permitiendo la transferencia de voz, datos y vídeo. Normalmente se contratan enlaces asimétricos, con mayor capacidad en el enlace de bajada para el usuario (GTR-PUCP, 2011).

2.1.1. Configuración de la red VSAT Las redes VSAT de transmisión vía satélite entran a competir con sistemas de transmisión digital terrestres así como la red conmutada de paquetes o redes de fibra óptica. La rentabilidad de esta tecnología es a menudo que aumenta el número de nodos o VSAT’s en la red (M.Casado).

Figura 2.1: Configuración red VSAT

Fuente: adaptada de G.MARAL M.BOUSQUET (2009).

En un sistema de comunicación de redes VSAT vía satelital existen dos tipos de enlaces, el primero es el enlace que va de la terminal remota hacia el satélite llamado enlace ascendente (uplink), el segundo es el enlace desde el satélite hacia la terminal remota conocido como enlace descendente (downlink).

2.1.1.1. Segmento espacial Este segmento hace referencia al espectro espacial a uno o más satélites geoestacionarios ver Fig. 2.1 y es vital para el enlace de una red VSAT aplicando bandas de frecuencia específicas y diferentes componentes tecnológicos ya, que es el único medio para que se realice el enlace de comunicación. El proveedor de servicio fijo satelital, proporciona un cierto número y tipo de canales en el transpondedor según la capacidad y ancho de banda disponible en el satélite. El ancho de banda en el transpondedor del satélite se divide en dos: a) Inbound (canal de retorno): enlace desde la estación remota VSAT al Hub. Los posibles técnicas de acceso al medio más aplicadas son: •

FDMA: cuando las remotas disponen cada uno de una banda de frecuencia;

•

TDMA: todos los terminales VSAT comparten el mismo enlace de subida, la información de cada remota viaja multiplexada en el tiempo junto con la de los restantes VSAT’s, en una única portadora;

b) Outbound (canal de salida): enlace desde la terminal central o Hub hacia las terminales VSAT. Las técnicas de acceso al medio más aplicadas son: •

FDM: la banda es multiplexada en frecuencia por el Hub;

•

TDM: la información que viaja de la Hub a las remotas es multiplexada en tiempo.

Actualmente, encontramos diferentes tipos de satélites con procesamiento a bordo y satélites transparentes, se clasifican según su órbita de operación. Satélites geoestacionarios: Son satélites que orbitan a una altura de 36,000 km, están ubicados sobre la línea del Ecuador con una inclinación de cero grados y cubren una tercera parte de la superficie terrestre. La mayoría de estos satélites en

servicio se limitan a hacer de repetidores (satélites transparentes), recibiendo señales en una frecuencia y retransmitiéndolas a la Tierra en otras. Estos satélites son aptos para la implementación de redes VSAT (G.MARAL,2009).

2.1.1.2. Segmento terrestre Dentro de los aspectos técnicos de las redes VSAT debemos conocer los elementos de los que compone, la estación central o Hub y las estaciones terminales o remotas VSAT. a) Estación central o Hub El Hub es la estación central de una red VSAT, se encarga de organizar el tráfico entre las terminales remotas de la red VSAT y de optimizar el acceso a la capacidad del satélite, habitualmente el HUB está situado en la sede central de la empresa que usa la red (llamado estación terrena). La gestión de la red VSAT se lo realiza a través del sistema de gestión de red (Network Management System NMS). Se caracterizan por tener antenas de mayor

diámetro del orden de los 15 metros y mayor potencia de emisión. La estación central se puede clasificar en Hub dedicado, Hub compartido y mini Hub.

El Hub está conformada por dos subsistemas: terminal de radiofrecuencia y unidad interior (G.MARAL,2003).

Figura 2.2: Composición estación maestra o Hub

Fuente: adaptada de G.MARAL,2003.

Unidad interior: consta de un ordenador que cumple las funciones de procesador de acceso satelital para cada estación remota de la red, interface de banda base, asimismo está equipado con un software especializado para el sistema de gestión de red (NMS) siendo esta la más importante dentro la red VSAT y monitores, utilizados para las funciones operativas y administrativas; El ordenador está conectada con cada VSAT en la red por medio de circuitos virtuales permanentes. Los mensajes de gestión se intercambian constantemente entre el NMS y los VSAT, estos compiten con el tráfico normal de los recursos de red.

Unidad terminal de radiofrecuencia: se encarga de trasmitir y recibir señales desde y hacia el satélite.

b) Estaciones remotas VSAT o terminales Son estaciones mucho más sencillas que el Hub para su configuración se debe tomar en cuenta varios factores: -

Lugar de situación de la antena

El tipo de red al que va a pertenecer

El tráfico que va a generar

Las estaciones remotas VSAT se dividen en dos subsistemas: unidad interior y unidad exterior (G.MARAL,2003).

Figura 2.3: Composición estación remota VSAT

Fuente: adaptada de G.MARAL,2003.

Unidad exterior: la unidad exterior es la interfaz VSAT del satélite. Básicamente está compuesto de una antena, componentes electrónicos como amplificador de potencia, amplificador de bajo ruido, convertidores de subida y bajada, finalmente el sintetizador de frecuencia.

Unidad interior: la unidad interior es la interfaz de los terminales del cliente o de la red de área local (LAN). Está compuesto de componentes electrónicos con características técnicas especializadas.

Las TIC en la formación académica Las TIC no implican de por sí una mejora en la calidad de la formación académica, la revolución no radica en ellas, sino en la forma de utilizarlas para que contribuyan efectivamente a la innovación pedagógica. Sólo bajo ese enfoque se las puede llegar a considerar una verdadera herramienta de apoyo a la docencia, superando su

condición

aderezo

cosmético

una

metodología

tradicional

(A.GUTIERREZ,2003). La asociación de las TIC´s a la educación proporciona un gran potencial para fortalecer y transformar aspectos en el quehacer educativo, la incorporación de recursos didácticos con tecnología ha roto esquemas de enseñanza y aprendizaje. En Bolivia, el 9,45% de la población total tiene acceso a internet, se evidencia que la brecha digital aun es mayor, los sistemas de comunicación satelital brindan una solución para disminuir este problema tecnológico (INE,2012).

VSAT, una realidad operativa de última generación en la educación rural Los sistemas VSAT basados en la tecnología satelital, han terminado su aislamiento del sueño sobre la vinculación de las unidades académicas del área rural hacia una tecnología emergente. Los avances logrados en el área de telecomunicaciones ha permitido que el hombre se desempeñe de una manera más eficiente, así, los sistemas VSAT y satélites han integrado la pedagogía, la comunicación y las TIC’s para promover formas innovadoras de enseñanza y aprendizaje en escuelas primarias, secundarias, de grado y posgrado en espacios rurales y urbanos. Los VSAT han sido utilizados típicamente para facilitar el acceso a los servicios de internet a comunidades remotas, convirtiéndose en la primera alternativa de forma eficiente y rentable de distribución fiable de datos, imágenes y/o sonido. Mediante el uso de los servicios de Internet, los docentes y estudiantes podrán afilar sus habilidades de investigación y comunicación, familiarizándose con enfoques científicos y optando oportunidades de realizar más actividades prácticas de manera individual y en grupo formando redes de educación virtual (P. SÁENZ).

Internet por satélite Es un método de conexión a internet utilizando como medio de enlace un satélite, que involucra la transmisión y recepción de datos, se convierte en una solución ideal en lugares donde no llega el cable o la telefonía, así como las zonas rurales (Wikipedia). El acceso de banda ancha a Internet por satélite proporciona a los usuarios otra alternativa inalámbrica al servicio DSL y CM, es ideal para empresas y usuarios que

no se pueden suscribir a otros métodos de acceso de banda ancha a Internet, como son las personas que viven en áreas rurales y/o remotas. Su mayor ventaja es su capacidad de llegar a áreas donde otras alternativas no pueden alcanzar. La velocidad de descarga del acceso a Internet por satélite depende de varios factores, como por ejemplo, el proveedor de servicio de Internet por satélite, la línea visual de consumidor al satélite que está en órbita, el paquete de servicio adquirido y el clima. El costo del equipo de enlace al satélite y su instalación es más alto que las otras alternativas, existen proveedores que subvencionan el coste de instalación. Al comunicarse a través del aire está haciendo uso del espectro radioeléctrico, por lo que también es un factor que nos limitará. Debido a las conexiones de larga distancia a través del satélite, el retraso en la transmisión puede ser mayor que con las otras opciones (500 ms aproximadamente), lo que no debe causar ningún problema con las aplicaciones actuales de Internet, las cuales son principalmente de datos (A. Arroyo S.).

Telefonía VoIP sobre satélite Esta tecnología transforma la voz en paquetes de información manejables por una red IP, los enlaces por satélite ya son utilizados actualmente para proporcionar servicios de datos basados en IP, especialmente a zonas remotas cuya infraestructura terrestre es limitada. La convergencia de voz y datos cobra sentido también en redes por satélite, ya que los satélites tradicionales se utilizan como simples repetidores de información entre lugares fijos. La gran ventaja que supone la voz sobre la red de datos se quiere explotar al máximo y se intenta adaptar a las últimas novedades tecnológicas, una de ellas es

la implementación de internet sobre redes satelitales, lo que nos proporciona comunicación telefónica en cualquier punto de la Tierra (A. Arroyo S.). La voz puede llegar a la red de varias formas, a través de un teléfono de VoIP, que se podrá enganchar directamente al ruter de la red, pero también se podrán utilizar los terminales ya existentes para telefonía tradicional, conectándolos a una pasarela que convierta la voz analógica a paquetes de información según el estándar VoIP. Una última forma es a través de la computadora, con lo que se denominan Softphones, o programas que crean un interfaz de comunicación con la red conmutada.

Figura 2.4: Telefonía VoIP por satélite

Fuente: adaptada de A. Arroyo Sánchez

Operador de red virtual El Operador de Red Virtual (VNO), permite operar una red VSAT sin la necesidad de invertir en infraestructura de telepuerto ni de componentes de capacidad satelital, a través de esta plataforma se puede proporcionar una amplia gama de aplicaciones backhaul celular, ISP, telefonía rural, comunicaciones móviles, gestión de desastres, educación a distancia, telemedicina, televisión satelital, etc. Son diseñadas para satisfacer las cambiantes necesidades de recursos de los negocios emergentes actuales, que permite su administración, gestión y monitoreo de un segmento de la red VSAT de forma remota. El operador de red virtual se clasifica en: a) Operador red virtual de hardware (VNO) Este modelo para proveedores de servicios sobre satélites, crea una red separada en la parte superior del Operador de Red Host (HNO) en los activos de la red del operador HUB con una ruta de datos con absoluta independencia, autonomía y actualización del más alto nivel de escalabilidad, bajo este modelo el cliente opera su propio recurso satelital (INSAT,2014). Proporciona acceso completo y sin restricciones a sus propios recursos de hardware utilizando componentes de transmisión y recepción dedicados, permitiendo gestionar toda la red, configurando las portadoras de outbound (salida) e inbound (retorno) para que se adapten a los requisitos de sus usuarios finales con capacidad en MHz (Idirect,2012). b) Operado red virtual de software El modelo de servicio de software VNO, es una solución ideal para operadores de servicios compartidos individuales que necesitan más control

y visibilidad de su red VSAT, sin la necesidad de invertir en hardware o asumir gastos de capital inicial (CAPEX1). VNO de software, puede acceder al portal VNO para gestionar su capacidad dedicada de hardware compartido por su proveedor de capacidad satelital. Esta opción, permite múltiples VNO’s de diferentes tamaños pequeños y medianos para funcionar en la misma infraestructura de hardware con una ruta de datos lógicamente independientes y separados en la parte superior de los activos del HNO. Cada software VNO incluye una licencia única para un operador de red virtual en un único sistema de administración de red (NMS) con capacidad en Mbps en outbound e inbound. Dado que la Licencia VNO comienza con una licencia de software, múltiples VNO’s utilizan el mismo equipo a través de un entorno compartido. A medida que las redes VNO experimentan una mayor demanda de red, pueden migrar a un paquete VNO de hardware (Idirect,2012). c) Cliente Observador de Red (CNO): Esta opción presenta una solución de interface visual para clientes que quieren ver la red VSAT, pero no quieren asumir la responsabilidad de configurar y gestionar directamente sus sitios remotos, tienen un control muy limitado de acceso a la base de clientes. Con la opción CNO, el operador tiene la capacidad de supervisar el conjunto de las estaciones remotas de la red VSAT, incluyendo la visualización de las estadísticas de utilización en tiempo real y el estado del sitio.

CAPEX: Gastos de puesta en marcha. OPEX: Gastos de operación

Dado, que la CNO comienza con una licencia de software para acceso de sólo lectura, representa un entorno compartido entre otros CON’s similares. Cuando el operador desea proporcionar más funcionalidad a la base de clientes, está disponible para migrar a un paquete VNO hardware o software.

2.6.1. Funcionamiento del VNO Un VNO alquila la capacidad de red de un Operador de Red Host (HNO) más grande que ya tiene el recurso de infraestructura de telepuerto disponible. Esta capacidad está físicamente aislada de los recursos alquilados por otros proveedores de servicios y el HNO, puede ser configurada remotamente y manejada de la manera que el VNO considere conveniente. Esto permite que el VNO ofrezca el servicio IP de banda ancha más competitivo en cualquier lugar, sin una sustancial inversión inicial. Con un VNO, se tendrá la capacidad de controlar y ejecutar los servicios de sus clientes finales con el más alto nivel de autonomía. Las acciones incluyen los siguientes (Idirect,2012): -

El operador, controla y supervisa tus propios sitios remotos;

Proporciona a los usuarios finales velocidades de banda ancha;

Asegúrese de que su tráfico de red esté 100% físicamente separado;

Proporciona niveles y definiciones de servicio QoS personalizados;

Soporta aplicaciones como VoIP, video y redes privadas;

Pague sólo por la capacidad que necesita;

Diseñar y configurar su propio esquema de direccionamiento IP;

Expanda fácilmente su capacidad de servicio a medida que construye la demanda del cliente;

Administra la red y establece el control de acceso a sus clientes;

Supervisa y monitorea el rendimiento la red en tiempo real;

Configura el plan de servicios;

Solución/diagnóstico de problemas y administración de alarmas.

Figura 2.5: Ilustra la relación entre el HNO y los VNO apoyados por el HNO

Fuente: adaptada de http://www.hughes.com

2.6.2. Roles del HNO y VNO Los HNO generalmente tienen los siguientes roles y responsabilidades (HUGHES,2012): -

Mantener la conectividad de RF y satélite;

Distribución de la capacidad de los satélites a través de OVN;

Asignar ancho de banda contenido (outbound/inbound) a VNO;

Establezca la separaci贸n de control de acceso/configuraci贸n entre VNOs.

Cada uno de los OVN generalmente tiene los siguientes roles y responsabilidades: -

Capacidad para crear planes de servicio y configurar SLAs predefinidos;

Definir sus propios niveles de servicio (dentro del espectro asignado);

Configurar dispositivos terminales;

Monitor equipo dedicado;

Administrar/solucionar problemas de red sin la participaci贸n de HNO;

Permitir sobresuscripci贸n (dentro del rango asignado).

Metodología Dimensionamiento de la red VSAT Se basa en el análisis técnico previo a la implementación de un conjunto de parámetros que sean capaz de describir para garantizar el buen desempeño y máxima disponibilidad de la red VSAT, estos están basados en los recursos del segmento espacial y segmento terreno.

3.1.1. Topologías de red VSAT satelital Las redes VSAT, optan dos tipos de topologías de acuerdo al tipo de tráfico del usuario final.

3.1.1.1. Topología estrella Esta topología es la más aplicada, consta de una estación central llamada Hub siendo esta una antena de mayor diámetro, ganancia y capacidad de transmisión. Debido a sus características puede recibir todas las portadoras transmitidas por las VSAT y transmitir la información a todas las VSAT por medio de sus portadoras, así mismo realiza el control y monitoreo de la red (G.MARAL,2003). Las VSAT se comunican únicamente con el Hub, este tipo de topología se utiliza mayormente en aplicaciones con requerimientos de procesamiento de datos en forma centralizada.

En esta topología existen dos tipos de red: -

Redes bidireccionales: Los VSAT pueden transmitir y recibir, estas redes admiten el tráfico interactivo.

Redes unidireccionales: el Hub transmite a los VSAT sólo de recepción.

Figura 3.1: Topología estrella

Fuente: adaptada de G. Maral 2003. Figura 3.2: Representación de la red VSAT

Fuente: adaptada de G. Maral 2003.

3.1.1.2. Topología malla. Esta topología se aplica cuando se desea establecer un enlace directo entre dos VSAT sin pasar por la estación central o Hub, las VSAT tienen antenas de mayor diámetro y receptores de mayor sensibilidad, en este tipo de red una de las estaciones realiza las funciones de centro de control, encargándose de la administración y asignación de los canales de transmisión.

Figura 3.3: Topología malla

Fuente: G. Maral 2003. Figura 3.4: Representación de la red VSAT

Fuente: G. Maral, 2003 2003.

Este tipo de redes es adecuado para aplicaciones telefónicas y también han sido adoptadas para desarrollar enlaces punto a punto de alta velocidad, debido al menor tiempo de retardo con respecto a las redes en estrella (250ms en malla y 500 ms en estrella debido al doble salto). La propia configuración en estrella no es una limitación severa a la efectividad de una red VSAT (G.MARAL,2003).

3.1.2. Bandas de frecuencia utilizadas en redes VSAT Las bandas de frecuencia son intervalos

de frecuencias

del espectro

electromagnético asignados a diferentes usos dentro de las radiocomunicaciones, las redes VSAT por medio de los satélites geoestacionarios transmiten información a través de diferentes bandas así como se muestra en el siguiente cuadro.

Tabla 3-1: Bandas de frecuencia en comunicación satelital GEO Banda Desarrollo

Enlaces satélite

Antena

Mercado

Descendente Ascendente

típica

objetivo

1970-80

4 GHz

6 GHz

2,4 m

1980-90

11-12 GHz

14 GHz

2000-

20 GHz

30 GHz

0,6 m

Fuente: G.MARAL,2003.

Operadores de telefonía y TV Empresas, TV residencial Servicio de banda ancha

La elección de la banda depende de la cobertura del satélite y los tipos de servicios a prestar. Para el diseño de la red VSAT se utilizara la banda Ku de servicio fijo satelital.

3.1.3. Técnicas de modulación y codificación Examina las técnicas de las señales de banda base que permiten llevar a una distancia adaptando las características de las señales transmitidas a las restricciones del canal de comunicaciones por satélite. Básicamente estas limitaciones son potencia y ancho de banda. Los esquemas de modulación mejorados permiten a los usuarios aumentar el rendimiento del canal. DVB-S2 es una estructura de segunda generación para codificación de canales y sistema de modulación de radiodifusión, servicios interactivos (acceso a internet), recopilación de noticias y otras aplicaciones de satélite de banda ancha. Se ha especificado con el objetivo de lograr el mejor rendimiento de transmisión, incorporar flexibilidad y requerir niveles razonablemente bajos. DVB-S2 es un estándar muy flexible que cubre diversas aplicaciones por satélite. Los VSAT’s utilizan control de potencia de enlace ascendente adaptativo (AUPC) que se incorpora con los nuevos esquemas de modulación ACM (Adaptive Coding and Modulation), permite el uso más eficiente de las bandas de frecuencias más altas que son intrínsecamente susceptibles al desvanecimiento por lluvia (D.MONOLI, 2015).

En redes VSAT, las técnicas de modulación digital más aplicadas son: a) A nivel de outbound: -

Modulación y FEC (en tramas normales) o QPSK - 1/4,1/3,2/5,1/2,3/5,2/3,3/4,4/5,5/6,8/9,9/10 o 8PSK - 3/5,2/3,3/4,5/6, 8/9,9/10 o 16APSK - 2/3,3/4,4/5,5/6,8/9,9/10 o 32APSK - 3/4,4/5,5/6,8/9,9/10

actor roll-off de 10%

Soporta tramas cortos de 16.200 bits (2KB) y tramas normales 64,800 bits (8KB)

b) A nivel de inbound: -

Admite 2 y 4 celdas ATM , las celdas ATM se utilizan en el canal de retorno DVB vía satélite (DVB-RCS)

Modulación: QPSK, 8PSK

FEC: 1/2,2/3,3/4,4/5,6/7

Admite tasas de símbolo entre 128Ksps a 2560Ksps

Factor roll-off de 20%

La tasa de error de bit (BER) típico en sistemas VSAT es aceptable para valores menor a 110 (menos de un error en cada 100.000.000 bits) para un Eb/No de

solamente 4.8dB. Deja entender que el BER es directamente proporcional al umbral de Eb/No (ver Rec. UIT-R S.522).

FEC (Forward Error Correction) proporciona la posibilidad de que los datos transmitidos sean "autocorregibles" sin necesidad de re-transmisión.

3.1.4. Nivel de contención y tasa de información comprometida (CIR) El nivel de contención se refiere al número de abonados que están compartiendo la conexión (ancho de banda) al mismo tiempo.

Tabla 3-2: Niveles de contención No.

Contención Características

1:1

100% velocidad garantizada (costo alto) Exclusivo

1:5

Nivel Premium Navegación Rápida (costo Medio)

1:10

Nivel Standar (Básico pero Fluido)

1:20

Económico pero lento

1:40

muy económico, demasiado lento

Fuente: adaptada de VSAT equipamiento

La CIR es una parte del ancho de banda de satélite que no se comparte con nadie más, también se conoce como ancho de banda dedicado. Se utiliza para garantizar un cierto nivel de servicio a cada cliente. Los niveles de servicio estándar tienen 1:10 de CIR.

3.1.5. Tamaño de la red VAT La Universidad Mayor, Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca, tiene 81 carreras y programas a nivel Licenciatura, Técnico Superior y Técnico Medio, 59 se encuentran en el área urbana y 22 carreras y programas se encuentran desconcentradas en 11 sedes del área rural de Chuquisaca (Univ. Cifras, 2015).

Tabla 3-3: Unidades académicas del área rural Nro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

CARRERAS

GRADO

Enfermería Obstetriz Licenciatura Gestión y Gerencia de Licenciatura Negocios Ingeniería en Zootecnia Licenciatura Medicina Veterinaria y Licenciatura Zootecnia Mercadotecnia Técnico Universitario Superior Petróleo y Gas Natural Técnico Universitario Superior Metal Mecánica Técnico Universitario Superior Administración Licenciatura Agropecuaria Ingeniería Agroforestal Licenciatura Prótesis Dental Técnico Universitario Superior Administración Técnico Universitario Superior Financiera Agroindustrial Licenciatura Licenciatura en Licenciatura Enfermería Contaduría Pública Técnico Universitario Superior Gestión Pública Técnico Universitario Superior Fruticultura Técnico Universitario Medio Contaduría Pública Técnico Universitario Superior Mecánica Automotriz Técnico Universitario Superior Construcción Civil Técnico Universitario Superior Producción Agropecuaria Técnico Universitario Superior

21 Producción Agropecuaria Técnico Universitario Superior 22 Agroindustria

Carrera Carrera

SEDE

Muyupampa

Carrera Carrera Carrera Programa Carrera

Monteagudo

Carrera Programa Carrera

Camargo

Carrera Programa Carrera Carrera Programa Carrera Programa Programa Programa Programa

Técnico Universitario Superior Programa Carreras: 12 Programas: 10

Fuente: Univ. Cifras, 2015

Carrera Programa Programa

Padilla Villa Serrano San Lucas Candelaria Sopachuy Alcalá Redención Pampa Macharetí

Figura 3.5: Posición geográfico, según coordenadas

Fuente: producción del autor Tabla 3-4: Equipamiento por unidad académica y sede No. ET

Sede unidad académica

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Muyupampa Monteagudo Camargo Padilla Villa Serrano San Lucas Candelaria Sopachuy Alcalá Redención Pampa Macharetí

Equipamiento PC's 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Teléfonos Total equipos VoIP 2 22 2 22 2 22 2 22 2 22 2 22 2 22 2 22 2 22 2 22 2 22

Fuente: unidad de bienes inventarios

3.1.6. Selección del satélite Para la selección de la tecnología, se ha sometido a un análisis legal, técnico y económico a diferentes satélites que tienen cobertura en el territorio boliviano, los mismos deben cumplir las siguientes consideraciones: -

Autorización para operación de capacidad satelital en territorio boliviano emitido por la ATT;

Huella de cobertura por banda de frecuencia;

Posición orbital;

Tipos de servicios;

Costo de alquiler por ancho de banda en transpondedor;

Facturación por compra de servicios.

De acuerdo al análisis realizado, se ha seleccionado el satélite boliviano TKSAT-1 debido a que cumple con las condiciones descritas en los puntos anteriores. -

El TKSAT-1 tiene la autorización para la operación de capacidad satelital en territorio

boliviano

emitido

por

Autoridad

Transportes

Telecomunicaciones (ATT); -

El satélite tiene cobertura a nivel nacional en banda Ku servicio fijo satelital, con un alto valor de huella de PIRE;

La posición orbital de 87,2⁰W es de gran ventaja para las terminales VSAT, ya que tienen un ángulo de elevación por encina de los 54⁰ respecto al plano horizontal.

El satélite cumple con la prestación de servicios requeridos en zonas rurales con internet satelital y telefonía VoIP;

Las políticas de costo de servicio del satélite para área rural por concepto de alquiler de ancho de banda son factibles;

La Agencia Boliviana Espacial dueño del satélite TKSAT-1, proporciona factura en moneda boliviana por los servicios comprados para efectos de impuestos sobre el valor añadido (IVA) que requiere la Universidad.

Figura 3.6: Satélite Tupac Katari TKSAT-1

Fuente: Adaptada de https://www.abe.bo

3.1.7. Tasas de transmisión de datos y VoIP Dependiendo de las necesidades, el cliente puede transmitir un tipo de señal o una mezcla de diferentes señales, así, los datos y la voz se transmiten en formato digital. Los VSAT han surgido de la necesidad de transmitir datos a gran ancho de banda, con un coste razonable y un retardo mínimo de 500 ms (doble salto), las tasas ofrecidas al usuario final para datos varían desde 50 bps a 64 kbps y para voz las tasas típicas varían entre 4,8 kbps y 9,6 kbps. También se pueden combinar con comunicaciones de datos (por ejemplo, hasta 4 canales de voz pueden multiplexarse con datos o canales de facsímil en un único canal de 64 kbps) (G.maral,2015). En el siguiente cuadro se observa los parámetros de velocidad de

tráfico requeridos para inbound y outbound estableciendo enlaces asimétricos de acuerdo a las necesidades del cliente.

Tabla 3-5: Capacidad de transmisión y precios VELOCIDADES (Kbps) Enlace de subida Enlace de bajada 64 128 128 256 256 512 512 1024 1024 2048 512 512 1024 1024

PRECIO Bs./mes 790 1.300 2.320 4.365 8.445 3.365 6.445

Fuente: https://www.abe.bo/servicios/conectividad-digital-rural/

Las comunicaciones de voz son de interés sólo en las redes bidireccionales. Pueden realizarse a baja velocidad utilizando diferentes estándares de codificación de voz (vocoders). De acuerdo al estándar G.711 la velocidad de bits y códec requerido es de 64 Kbps (Voz sobre IP,2008).

3.1.8. Software link Budget Satmaster El Satmaster, es una herramienta que se utiliza principalmente para preparar el presupuesto de enlace ascendente y descendente vía satélite, permite dimensionar las características para una estación remota, asimismo permita calcular los parámetros de enlace satelital.

Figura 3.7: Interface software Satmaster Pro

Fuente: Producciรณn del autor

Diseño de la red VSAT 3.2.1. Localización geográfica de las estaciones remotas en sedes de unidades académicas. Para el diseño y configuración de la red VSAT, se tomara en cuenta los 11 sedes de unidades académicas más una estación remota ubicada en la Universidad de la ciudad de Sucre, este último cumplirá las funciones de Hub de la red VSAT, quien proporcionara los servicios indicadas a las unidades académicas. El análisis y los cálculos de enlace (C/N) se realizaran en función a este entorno de estaciones remotas VSAT. Tabla 3-6: Coordenadas x,y estación VSAT-Hub Nro. 1

Ubicación estaciones VSAT Hub

Univ. San Francisco Xavier

Latitud "S" ' 02

grados

23,57 19,03988

Longitud "E" ° ' " 65

grados

Nivel Mar "m"

15 25,62 65,25712

2.805

Fuente: Producción del autor Esta estación Hub conocido también como estación de interfaz o pasarela, podrá interconectar el segmento de la red VSAT con la red terrestre de la DTIC. Tabla 3-7: Coordenadas x,y de las estaciones remotas Nro. ET 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Sede unidad académica Muyupampa Monteagudo Camargo Padilla Villa Serrano San Lucas Candelaria Sopachuy Alcalá Redención Pampa Macharetí

° 19 19 20 19 19 20 19 19 19 18 20

Latitud "S" ' " 53 46,4 48 28,1 38 28,7 18 31,7 7 23,3 6 8,9 17 51,1 29 28,8 28 20,6 49 46,8 48 56,3

grados 19,89623 19,80779 20,64131 19,30881 19,12314 20,10248 19,29753 19,49133 19,47239 18,82968 20,81565

Longitud "E" ° ' " 63 45 8,88 63 57 26,1 65 12 25,1 64 18 11,1 64 19 33,9 65 7 60,0 64 47 13,6 64 28 26,1 64 29 14,1 64 37 4,8 63 21 35,6

Fuente: Producción del autor

grados 63,75247 63,95724 65,20698 64,30309 64,32609 65,13333 64,78711 64,47391 64,48725 64,61773 63,35989

Nivel Mar "m" 1.177 1.133 2.415 2.094 2.110 3.051 2.967 2.097 2.240 2.468 653

3.2.2. Diseño gráfico red la red VSAT.

Figura 3.8: Diagrama general de la red VSAT

Fuente: Producción del autor

Figura 3.9: Diagrama estaciones remotas VSAT

Fuente: Producciรณn del autor

Figura 3.10: Diagrama estación terrena VSAT Hub

Fuente: Producción del autor Las estaciones remotas VSAT permiten al cliente (unidades académicas) acceder directamente al segmento espacial.

3.2.3. Componentes básicos de las VSAT 3.2.3.1. Unidad exterior (ODU) Una antena parabólica consta de los siguientes elementos principales:

Figura 3.11: Partes de una antena VSAT

Fuente: adaptada de http://www.gilat.com

a) Bloque amplificador de bajo ruido (LNB) Amplifica y convierte las señales recibidas del satélite de alta frecuencia en señales de baja frecuencia. LNB=LNA+ Down converter

Amplificador de bajo ruido (LNA), recibe las señales procedentes del satélite. Down converter, convierte bandas de frecuencia (GHz) a frecuencias inferiores (IF); b) Filtro de recepción Filtra las señales transmitidas para que sólo las señales recibidas del satélite entren en el LNB; c) Alimentador (feeder) Captura señales del reflector y transmite energía al reflector; d) Transductor ortomodo (OMT) Separa las señales transmitidas de las señales recibidas, que tienen polarización y frecuencia diferentes; e) Convertidor bloque de estado sólido y amplificador de potencia (HPA) Amplifica y convierte las señales de baja frecuencia del IDU (IF) en señales de alta frecuencia (GHz) para la transmisión a través del plato. Upconverter, convierte la frecuencia de banda inferior (IF) a frecuencias altas (GHz); Bloque Upconveretr (BUC)=HPA+Upconverter f) Plato o reflector parabólico y soportes Es el elemento principal de una antena parabólica para recibir y transmitir la señal proveniente del satélite, es la superficie cóncava del plato que enfoca la energía recibida desde el satélite a la bocina de alimentación y transfiere

la energía transmitida por la bocina de alimentación al satélite. El tipo de antena que se utilizara para la red objetivo es de tipo Offset. Los soportes sirven para sujetar la base del LNB, el BUC (Bloque Convertidor de Subida), el alimentador y mantener la distancia que existe entre el punto focal del LNB y el centro del plato de la antena; g) Cable coaxial Conecta la antena con el modem, se puede utilizar a largas distancias, con velocidades de transmisión superiores y menos interferencias.

3.2.3.2. Unidad interior (IDU) a) Modem satelital Es un ruteador diseñado para acceder a internet e intranet satelital de banda ancha desde sitios remotos, existen dos tipos de modem las unidireccionales (sat-modem) de solo recepción de datos y las bidireccionales (astromodem) que permite recibir y transmitir datos. Soportan aplicaciones de internet, VoIp, video y otras implementaciones de redes VSAT basadas en Internet. Figura 3.12: Modem satelital SkyEdge II WebEnhance de Gilat

Fuente: Producción autor y adaptada de http://www.gilat.com

Para el diseño de la red, se va utilizar el modem SkyEdge II WebEnhance de Gilat. Tiene capacidad de manejo de estándares DVB S2 – ACM para la comunicación de Hub a VSAT y DVB – RCS de VSAT a Hub, para mayor información de especificaciones técnicas ver anexo A; b) Codificador de voz Se conecta a un dispositivo existente de banda ancha (modem satelital), y establece una vía de comunicación con la red de proveedores de servicios a través de su conexión IP de enlace ascendente. Figura 3.13: Codificador de Voz (VoIP)

Fuente: Producción del autor y adaptada de http://www.audiocodes.com/products/ El adaptador AudioCodes MP-202 incluye capacidades de enrutamiento y demás características, ideal para servicios de voz sobre banda ancha, permitiendo conectar a 2 o 4 teléfonos IP. Para mayor información de especificaciones técnicas ver anexo A;

c) Router o switch El dispositivo se conecta al modem satelital de banda ancha con servicio de Internet, y establece comunicación con la red del proveedor del servicio, permitiendo conectar a una red LAN WIFI para servicio de internet al usuario final.

Figura 3.14: Ruter inalámbrico

Fuente: adaptada de http://www.cisco.com

3.2.4. Dimensionamiento segmento terrestre Para el dimensionamiento del segmento terrestre ya sean las estaciones remotas o la estación Hub de la red VSAT implica conocer y aplicar correctamente los parámetros que permitan calcular el enlace total ( ⁄  ) y que sea capaz de

describir el desempeño del enlace entre la estación remota y satélite; así como el satélite y la estación Hub, estos parámetros se describen en la tabla 3-8:

Tabla 3-8: Parámetros de enlace Hub y remota Nombre ITEM

Estación Hub

Antena parabólica Diámetro antena Amplificador de potencia HPA Ganancia antena Perdidas en guías de onda o acoplamiento Perdidas por desapuntamiento Otras perdidas de enlace Margen de sistema Traking

Estaciones remotas

Tipo reflector cassegrain 4 m.

Tipo reflector simple offset 1.8 m.

9,5 w

2,5 w

53,76 dBi

46,82 dBi

0,1 dB

0,5 dB

0,5 dB 1 dB no

Fuente: producción de autor

Además, se debe conocer los parámetros de la señal portadora del enlace descritos en la tabla 3-9, el tipo de modem que satisfaga las necesidades de red. Tabla 3-9: Parámetros de portadora Nombre ITEM MODCOD FEC Frecuencia Polarización Roll-off Tasa de información Eb/no Es/No requerido Contención Numero de portadoras

Estación Hub DVB-S2 16APSK 4/5 13.9 GHz. Up. Vertical 10 % 12,39 Mbps 5,51 dB 11,03 dB 1:10 1

Estaciones remotas DVB-S2 8PSK 8/9 11.6 GHz. Dn Horizontal 20 % 1,05 Mbps 6,76 dB 10,69 dB 1:10 1

Fuente: producción de autor

Todas las estaciones remotas tendrán las mismas características técnicas mostradas en los cuadros anteriores.

3.2.5. Parámetros de satélite Una vez seleccionado el satélite, es conveniente conocer los parámetros tales que se describe en la tabla 3:10 y aplicar los mismos para el cálculo del enlace de la red.

Tabla 3-10: Datos referenciales del satélite Característica

Dato

Satélite TKSAT1 Satélite de comunicación GEO Posición orbital: longitud del satélite 87,2⁰W Figura de mérito G/T 6,2 dB/K Densidad de flujo de saturación efectivo SFD -85,40 dBw/m2 PIRE en saturación 50,7 dBW Frecuencia up/dn 14/12 GHz C/IM (portadora a intermodulación) 19,36 dB Fuente: producción de autor Así miso, existen otros parámetros propios del satélite a ser considerados durante el cálculo de enlace tales como el Input Back Off (IBO) y el Output Back Off (OBO).

3.2.6. Ecuaciones para cálculos de enlace ascendente y descendente 3.2.6.1. Angulo de elevación El ángulo de elevación θ se define como el ángulo formado entre el plano horizontal local y la línea de vista entre la estación terrena y el satélite. Donde: l = latitud de la estación terrena ∆L= Longitud del satélite – Longitud de la estación terrena R  = radio de la Tierra = 6, 378 Km h= radio de la órbita = 42,164 Km

 ℎ  θ =    (  ) ( )() −

(3.1)

3.2.6.2. Angulo de azimut

El ángulo de azimut φ es la proyección horizontal local de la línea de máxima radiación de la antena con el norte geográfico, medido en el sentido de las manecillas del reloj. φ = arctang 

    cos 

(3.2)

φ= 360ᵒ- φ’ estación terrena en el hemisferio sur y al este del satélite.

3.2.6.3. Distancia estación terrena – satélite θ ′ = arccoscos  cos 

 = 35.7861,4199 − 0,4199 cos θ ′ [Km]

(3.3)

3.2.6.4. Potencia isotrópica radiada efectiva (PIRE) Es el producto de potencia ( ) que se entrega a una antena transmisora por la ganancia  .

 =  ∗  [W] 

  = 10 log(   ) + 10 log  [dBW]

(3.4) (3.5)

Longitud de onda λ =  m/Hz

Velocidad de la luz  = 310 m/s

Eficiencia de la antena  = 55% a 75%  = η 

  



[dBi]

(3.6)

En el cálculo se debe considerar las siguientes pérdidas por acoplamiento o guías de onda, perdida por desapuntamiento y otras perdidas.

3.2.6.5. Calculo de figura de mérito o factor de calidad G/T  = temperatura de sistema de la estación terrena

 = ganancia máxima de la antena receptora 



  = 

( ) 

 −  [dB/k]

  =  () − 10 log( ) [dB/k]

(3.7) (3.8)

Lrx: perdidas por desapuntamiento, conectores en Rx.

3.2.6.6. Calculo de temperatura de ruido del sistema Ts   = temperatura de la antena a cielo claro  = atenuación debido a lluvia

 = 280 K temperatura media para lluvia

 = temperatura equivalente en recepción K  =

  

+  1 − 





 +  [db/K]

(3.9)

3.2.6.7. Pérdidas por propagación La atenuación de la señal por el espacio libre y efectos atmosféricos tanto en el enlace de subida y bajada son las mismas y afecta de igual forma. Los cálculos se realizan de acuerdo a los parámetros de enlace de subida y bajada.

a) Perdida de espacio libre Esta pérdida es debido a la distancia entre la estación terrena – satélite – estación terrena y la frecuencia a la que se transmite; Distancia estación terrena y satélite=r en Km Frecuencia de transmisión= f en GHz ..

4πrf  =  

(3.10)



.. = 20 log   [dB]

(3.11)

b) Perdidas por efectos atmosféricos Las pérdidas por efectos atmosféricas que sufren las señales portadoras de radiofrecuencia son debido al carácter gaseoso de la troposfera, la lluvia, la nieve, las nubes y la ionosfera, que producen el fenómeno de absorción provocando grandes atenuaciones, están siempre presentes condicionados a cielo despejado o con lluvia y banda de transmisión en un enlace de subida y bajada. Método de cálculo según recomendación P.676‐10 de la UIT‐R aplicando el método aproximado; c) Perdidas por lluvia Método de cálculos según recomendación UIT‐R P.618 aplicado a diseño de sistemas de telecomunicaciones Tierra-espacio;

d) Centelleo troposférico El método de cálculo utilizado es la recomendación UIT- R P.618.

3.2.6.8. Calculo de enlace ascendente La Fig. 3.15 muestra el enlace ascendente desde una estación terrena hacia el satélite, así mismo se visualiza la ecuación que permita calcular la relación de potencia de la señal portadora a densidad de potencia de ruido (C/No).

Figura 3.15: Enlace de subida estación terrena-satélite Satélite

Borde de cobertura

Estación terrena (s)

Fuente: adaptada de G.Maral,2009.

K= constante de Boltzmann 

  





=  −  . +  

Estación terrena [dBW]

[dB]



[dB/K] (dato)

− 10 log() [dB] 228,6 [dBW/HzK]

(3.12)

3.2.6.9. Calculo de enlace descendente La siguiente figura muestra el enlace de descendente del satélite hacia las estaciones terrenas encargadas de la recepción de la señal.

Figura 3.16: Enlace de bajada satélite-estación terrena

Satélite Estación terrena (s) Borde de cobertura

Fuente: adaptada de G.Maral,2009. K= constante de Boltzmann 

  





=  −  . +  

Del satélite, dato según el contorno que pasa por la E.T. receptora [dBW]

[dB]

.

[dB/K]

− 10 log() [dB]

(3.13)

228,6 [dBW/HzK]

3.2.6.10.

Calculo de enlace total

 ( ⁄ ) 

  )

= (⁄ 

  )

+ (⁄

[dB]

 =   − 10 log(ℎ   ) [dB] 

(3.14)

(3.15)

Es el valor total del enlace que se requiere a la entrada del receptor para que se efectué el enlace de la red.

3.2.6.11. 



Calculo de potencia de portadora a densidad de ruido requerido

(dB) requerido

Tasa de información requerido (Rb) Mbps 

  



3.2.6.12.



=  () + 10 log(()) [dB] 

Calculo de energía por bit

ℎ  ()   =  + log  . . ()  

(3.16)

(3.17)

3.2.6.13.

Calculo de ancho de banda

La implementación de una red VSAT, requiere de una serie de consideraciones a tomar en cuenta para calcular el ancho de banda en el transpondedor del satélite, este se divide en dos partes una para el enlace outbound y otra para el inbound. Los aspectos a considerar son: número de computadoras en los gabinetes de internet y unidad administrativa, número de teléfonos VoIP, velocidad mínima de bajada y subida, cantidad de estaciones remotas, factor de contención permitido, MODCOD, etc. El enlace será evaluado para el caso más crítico, considerando que todas las remotas tengan acceso simultáneo para garantizar la calidad de servicio.

Figura 3.17: Ancho de banda inbound y outbound en el transpondedor

Banda de transponder utilizada

Fuente: G.MARAL,2003. Red en forma de estrella que utiliza un esquema inbound combinado FDMA-TDMA, donde cada grupo comparte la misma banda de frecuencia (FDMA), y un esquema de outbound donde los canales del Hub se multiplexan en el tiempo.

Ancho de banda: BA Tasa de información: Rb Tasa de símbolos: Ts  =

 (ó ∗ )

 =  ∗ (1 +  − )

(3.18) (3.19)

Muchas características de transmisión están basadas en los parámetros técnicos de los satélites y las estaciones terrenas, así como el PIRE, G/T, IBO, OBO, etc.

Discusión y resultados Es fundamental realizar la validación de los procedimientos y conceptos descritos en los capítulos anteriores como idea central que sustenta el desarrollo de esta sección y poder comprender de manera más técnica cada momento de las redes VSAT. Para ello se ha tomado datos de la estación terrena VSAT Hub y la primera estación remota según tabla 3-4.

Desempeño de los parámetros de enlace de la red VSAT El cálculo del enlace de subida y bajada se ha realizado con el apoyo del software Satmaster Pro, una vez configurado los parámetros de cálculo de enlace de la red VSAT los resultados se presentan en las tablas 4-1 y 4-2.

4.1.1. Estación terrena VSAT Hub. El comportamiento de los datos del Hub como la ubicación geográfica, ángulos de elevación y azimuth, perdidas de propagación, ruido de sistema, G/T, PIRE, ancho de banda, frecuencia, etc. no varían en función a la ubicación de las estaciones remotas, los parámetros de la portadora como el MODCOD, C/No, C/N, Eb/No y Es/No su variación está en función a características de propagación y la ubicación de la estación remota. Es muy importante resaltar que la estación terrena VSAT Hub consume igual ancho de banda y potencia de 11,96 % del transpondedor, se tiene un margen de exceso de enlace que alcanza a 1,51 dB en subida y 0,21 dB en bajada, este dato nos indica que el enlace se garantiza aun perdiendo dicha cantidad para una disponibilidad total de 99,8 %, cuando el margen tiende a cero el enlace se produce en su valor

mínimo de potencia para su máxima disponibilidad y si el margen es negativo el enlace se cae y se debe volver a analizar los parámetros de las estaciones terrenas y de la señal portadora hasta alcanzar un margen de exceso mayor o igual a cero para obtener el enlace. El enlace debe estar limitado por ancho de banda, el cual se alquila en el transpondedor del satélite. Tabla 4-1: Parámetros de enlace calculado estación terrena VSAT Hub-satéliteestación remota Nombre parámetro

Valor

Angulo elevación

56,47⁰

Angulo azimuth

308,98⁰

Distancia satélite

36.698,02 Km

PIRE de transmisión

63,46 dBw Up

Perdidas de espacio libre

206,60 dB Up – 205,05 dB Dn

Total atenuación: Absorción atmosférica, lluvia, 3,07 dB Up – 2,71 dB Dn nubes y centelleo Ruido de sistema

207,73 K Dn

Figura de mérito G/T en recepción

21,98 dB/K

Portadora/densidad de ruido C/No total

79,20 dB

Portadora/potencia de ruido C/N total

13.28 dB

Es/No calculado

13,60 dB

Margen de exceso

1,51 dB Up – 0,21 dB Dn

Disponibilidad de la red

99,8

Ancho de banda ocupado

4,3 MHz

Porcentaje de ancho de banda usado en el 11,96 % transpondedor Porcentaje de potencia usado en el transpondedor

11,96 %

Enlace limitado por

Ancho de banda

Uso de ancho de banda equivalente de potencia

4,3 MHz

Fuente: Producción del autor de reportes de enlace.

Para propósitos de planificación y dimensionamiento de la red VSAT se debe considerar el peor de los casos, quiere decir, se debe considerar todas las atenuaciones a la señal portadora del enlace con la finalidad de alcanzar el objetivo del porcentaje de disponibilidad de la red. Los datos considerados para el análisis y su evaluación de enlace, son aquellos valores atenuados por lluvia, para mayor información ver Apéndice A Fig. A-1 y A-2.

4.1.2. Estación remota Las estaciones remotas se ubican en función a las necesidades del cliente, en este caso en 11 sedes del área rural de Chuquisaca, sus ubicaciones geográficas, ángulos de elevación, azimuth, ruido de sistema, G/T, ancho de banda son distintas para cada uno, los parámetros técnicos descritos en la 3.2.4 son considerados para todas las remotas, el comportamiento de los parámetros de la portadora son variables para cada estación remota en función a la ubicación geográfica y características de propagación. La estación terrena remota ocupa igual ancho de banda y potencia de 0,65 % del transpondedor limitado por ancho de banda, el margen de exceso a considerar en el enlace alcanza a 2,05 dB en subida y 3,96 dB en baja para una disponibilidad total de 99,9 % y de acuerdo a datos se tiene un margen de exceso positivo permitiendo cerrar el enlace en condiciones críticas de atenuación.

Tabla 4-2: Parámetros de enlace calculado estación remota Nombre parámetro

Valor

Angulo elevación

54,60⁰

Angulo azimuth

308,11⁰

Distancia satélite

36.801,48 Km

PIRE de transmisión

50,86 dBw Up

Perdidas de espacio libre

206,63 dB Up – 205,03 dB Dn

Total atenuación: Absorción atmosférica, lluvia, 5,62 dB Up – 2,73 dB Dn nubes y centelleo Ruido de sistema

207,33 K Dn

Figura de mérito G/T en recepción

28,92 dB/K

Portadora/densidad de ruido C/No total

67,09 dB

Portadora/potencia de ruido C/N total

13,84 dB

Es/No calculado

10,9 dB

Margen de exceso

2,05 dB Up – 3,96 dB Dw

Disponibilidad de la red

99,9

Ancho de banda ocupado

0,2328 MHz

Porcentaje de ancho de banda usado en el 0,65 % transpondedor Porcentaje

potencia

usado

el 0,65 %

transpondedor Enlace limitado por

Ancho de banda

Uso de ancho de banda equivalente de 0,2329 MHz potencia

Fuente: Producción del autor de reportes de enlace.

Ancho de banda utilizado por la red VSAT En este apartado se realiza el cálculo del ancho de banda requerido en el transpondedor del satélite para un enlace asimétrico de inbound (IB) y outbound (OB) para los servicios de internet y aplicaciones de software (datos) y telefonía VoIP o telefonía por internet. Se analizaran de acuerdo a los requerimientos de cada unidad académica o sede expuestos en la tabla 3-4. Para dicho cálculo se aplicaran las ecuaciones 3.17 y 3.18.

Tabla 4-3: Ancho de banda requerido outbound Outbound

No. ET 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Sede unidad académica Muyupampa Monteagudo Camargo Padilla Villa Serrano San Lucas Candelaria Sopachuy Alcalá Redención Pampa Macharetí

tasa de bit Ancho de (Rb) Banda Total tasa Mbps con tasa de MHz de bits contención bits Kbps Kbps 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37 512 11.264 1,13 0,37

Fuente: Producción del autor

En función a los datos de la tabla 4-3, el Hub para transmitir una tasa de bits de 11.264 Mbps con una contención de 1:10 de 1,13 Mbps en outbound a una tasa de velocidad de 512 Kbps (bajada para la remota) requiere un ancho de banda de 0,37 Mhz en el transpondedor del satélite para cada estación remota, implica el 1,03 % en el transpondedor de 36 MHz.

Tabla 4-4: Ancho de banda requerido inbound Indbound No. ET

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Sede unidad académica

Muyupampa Monteagudo Camargo Padilla Villa Serrano San Lucas Candelaria Sopachuy Alcalá Redención Pampa Macharetí

256 256 256 256 256 256 256 256 256

Total tasa de bits Kbps 5.632 5.632 5.632 5.632 5.632 5.632 5.632 5.632 5.632

256

5.632

256

5.632

tasa de bits Kbps

tasa de tasa de bit No. de símbolo ancho de tasa de (Rb) canales ajustado banda símbolos Mbps con por al rango requerido Msps contención grupo superior MHz Msps

ancho de banda por canal MHz

Tipo de canal

0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56

0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213 0,213

2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2

0,256 0,256 0,256 0,256 0,256 0,256 0,256 0,256 0,256

0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31

0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14

CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 CT8 CT9

0,56

0,213

2,2

0,256

0,31

0,14

CT10

0,56

0,213

2,2

0,256

0,31

0,14

CT11

Fuente: Producción del autor

De acuerdo a datos de la tabla 4-4, una estación remota debe transmitir 5.632 Kbps de tráfico generado por 20 PC’s y 2 teléfonos, aplicando una contención de 1:10 se tiene 0,56 Mbps para una tasa de velocidad de 256 Kbps (subida para la remota), se requiere un ancho de banda de 0,31 MHz que corresponde al 0,86% del transpondedor. Cada estación terrena requiere 2,2 canales con 0,14 MHz de ancho de banda para transmitir la información requerida. Tabla 4-5: Total ancho de banda requerido Tipo

Detalle tasa de bit (Rb) con contención Mbps OBO tasa de símbolos Msps ancho de banda MHz tasa de bit (Rb) con contención Mbps IBO tasa de símbolos Msps ancho de banda MHz Total ancho de banda requerido en tramspondedor MHz

Fuente: Producción del autor

Valor 12,39 3,73 4,11 6,20 2,32 3,38 7,48

Para el buen desempeña de la red VSAT, se debe alquilar un ancho de banda de 4,11 MHz para outbound y 3,38 MHz para inbound haciendo un total de 7,48 MHz de ancho de banda en el transpondedor del satélite, en la siguiente figura se puede observar la configuración de la distribución de ancha de banda.

Figura 4.1: Portadoras inbound por estación terrena y outbound del Hub

Fuente: Producción del autor Para el enlace desde la estación terrena VSAT Hub al satélite se requiere una portadora de 4,11 MHz de ancho de banda y para atender a los clientes de cada estación remota, cada tipo de canal (TC) requiere 2.2 canales cada uno con 0,14 MHz de ancho de banda y 0,31 MHz de ancho de banda para la estación remota, y para cubrir todo el enlace inbound se requiere 24 canales y un ancho de banda de

3,38 MHz, finalmente se necesita alquilar un ancho de banda total de 7,48 MHz, haciendo uso del 20.7% del ancho de banda de un transpondedor de 36 MHz. De acuerdo a un análisis del crecimiento vegetativo estudiantil, se ha verificado que en un lapso de 5 años habrá un crecimiento de un 20% aproximadamente, que tiene una incidencia directa con el dimensionamiento de la red VSAT respecto a ancho de banda OB y IB. Ver apéndice A tablas A 1, A 2 y A 3.

Conclusiones A lo largo de la historia, se tenía la necesidad de transmitir información a largas distancias así como zonas rurales de difícil acceso. A la conclusión del presente trabajo de investigación se ha arribado a las siguientes conclusiones: -

La tecnología de redes VSAT y satelital ha roto esquemas de inaccesibilidad, aislamiento tecnológico, brecha digital, etc. con la presencia de las telecomunicaciones (servicio de internet, telefonía, etc.) en zonas rurales del territorio boliviano a través de la cobertura del satélite TKSAT-1;

Para su aplicación de la red VSAT, se ha realizado un estudio al usuario final, análisis técnico, dimensionamiento de la red y descripción del procedimiento;

Las unidades académicas en estudio, podrán contar con los servicios de internet, acceso a aplicaciones de software y telefonía para este propósito se ha realizado el cálculo de ancho de banda requerido a ser alquilado, el dimensionamiento de las estaciones remotas y la estación Hub de la red VSAT, basado en los aspectos técnicos del satélite, de las estaciones terrenas y tipo de servicio;

Para el cálculo del enlace total C/N, Eb/No y margen de exceso esperado, es de vital importancia considerar los parámetros de entrada del satélite, estaciones remotas y Hub, portadora en IB y OB así como las pérdidas de propagación;

La red VSAT, tiene autonomía de gestión sobre todas las estaciones remotas y tipos de servicio por las características VNO optadas para proveer calidad de servicio al usuario final.

La implementación de los servicios satelitales descritos, se ha validado a través de una prueba de enlace tomando en cuenta las características de la red VSAT.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS G.MARAL,2003. VSAT NETWORKS, segunda edición G.MARAL M.BOUSQUET, 2009. SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEMS. Systems, Techniques and Technology. Fifth Edition D.MONOLI, 2015. INNOVATIONS IN SATELLITE COMMUNICATIONS AND SATELLITE TECHNOLOGY. The Industry Implications of DVB-S2X, High Throughput Satellites, Ultra HD, M2M, and IP. 2015 GTR-PUCP, 2011. REDES INALÁMBRICAS PARA ZONAS RURALES, Segunda Edición, Grupo de Telecomunicaciones Rurales. Pontificia Universidad Católica del Perú. (M.Casado).

Redes

VSAT

(Terminal

Apertura

Muy

Pequeña)

http://mecg.es/archivos/redesVSAT.pdf (Agurtzane Celestino Gutiérrez, Olatz Echegaray Legarreta, Galder Guenaga Garai.,2003). INTEGRACIÓN DE LAS TIC EN LA EDUCACIÓN SUPERIOR. http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=36802103 By Pedro Sáenz, Norma García and Laurence Wolff. VSATs and Rural Education: AN OPERATIONAL REALITY AT LAST. www.TechKnowLogia.org A.

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para

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Idirect,2012. Virtual Network Operator (VNO) Program Technology Brief. http://www.satcomservices.com/iDirect/pdf/SPEC_SHEET_Virtual_Network_Operator_VON.pdf HUGHES,2012.

System

Virtual

Network

Operator

Capabilities.

http://www.hughes.com/ VSAT equipamiento. SISTELMEDIA C.A. COMUNICACIONES EN INTERNET, TV Y TELEFONÍA, SOLUCIONES VÍA SATÉLITE O INALÁMBRICAS. https://advancesatellitesystems.jimdo.com/vsat-internet-satelital/ Univ. Cifras, 2015, Boletín estadístico Universidad en cifras, Universidad San Francisco Xavier Voz

sobre

IP,2008.

Consumo

ancho

banda

por

llamada.

http://www.cisco.com/cisco/web/support/LA/7/73/73295_bwidth_consume.html

APร NDICE A: A.1 Figuras Figura A 1: Calculo enlace estaciรณn remota Muyupampa-Hub VSAT

Continua

Fuente: Producciรณn del autor

Figura A 2: Calculo enlace Hub VSAT- estaciรณn remota Muyupampa

Continua

Fuente: Producciรณn del autor

PRUEBAS DE INSTALACIÓN Figura A 3: Estación VSAT de 1.8m

Fuente: Producción del autor Figura A 4: Captura de potencia de señal del satélite

Fuente: Producción del autor

Figura A 5: Instalaci贸n del modem GILAT, router CISCO y codificador de voz

Fuente: Producci贸n del autor Figura A 6: Configuraci贸n del modem

Fuente: Producci贸n del autor

A.2 Tablas Tabla A 1: Total equipamiento y tasa de bits proyectada OBO No. ET 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Sede unidad académica Muyupampa Monteagudo Camargo Padilla Villa Serrano San Lucas Candelaria Sopachuy Alcalá Redención Pampa Macharetí

Outbound tasa de Total bits tasa de Kbps bits Kbps 512 13.312 512 13.312 512 13.312 512 13.312 512 13.312 512 13.312 512 13.312 512 13.312 512 13.312 512 512

tasa de bit (Rb) Mbps con contención 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33

13.312 13.312

0,401 0,401 0,401 0,401 0,401 0,401 0,401 0,401 0,401

Ancho de Banda MHz 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44 0,44

0,401 0,401

0,44 0,44

tasa de símbolos Msps

1,33 1,33

Fuente: producción del autor

Tabla A 2: Total equipamiento y tasa de bits proyectada IBO

No.

Sede unidad académica

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Muyupampa Monteagudo Camargo Padilla Villa Serrano San Lucas Candelaria Sopachuy Alcalá Redención Pampa Macharetí

Indbound tasa de bits Kbps 256 256 256 256 256 256 256 256 256 256 256

Total tasa de bits Kbps 6.656 6.656 6.656 6.656 6.656 6.656 6.656 6.656 6.656 6.656 6.656

Fuente: producción del autor

tasa de bit (Rb) Mbps con contención

ancho de banda ajustado MHz

0,67 0,67 0,67 0,67 0,67 0,67 0,67 0,67 0,67 0,67 0,67

0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31

Tabla A 3: Total ancho de banda proyectada Tipo

Fuente: producción del autor

Valor 14,64 4,41 4,85 7,32 2,75 3,38 8,23

ANEXO A: Figura A 7: Características técnicas modem GILAT

El SkyEdge II WebEnhance es un VSAT compacto diseñado únicamente para permitir servicios IP de banda ancha de alto rendimiento. WebEnhance VSAT es ideal para soportar servicios de varios equipos que proporcionan acceso a aplicaciones de Internet, VoIP y multimedia. Con puertos LAN duales y compatibilidad con ocho VLANs, WebEnhance proporciona flexibilidad adicional para proporcionar múltiples servicios a través de un único VSAT. El WebEnhance es miembro poderoso de la familia de VSATs de Gilat SkyEdge II, apoyando

DVB-S2 ACM, DVB-RCS, y un rico conjunto de características incluyendo aceleración TCP y HTTP, caché DNS, compresión, QoS, VLANs / VRFs, BGP, DHCP, VoIP y RTP.

Figura A 8: Características técnicas codificador de voz

DISEÑO RED BACKHAUL SATELITAL DE ALTA CAPACIDAD UTILIZANDO dSCPC Javier Daniel Puña Mamani RESUMEN Este trabajo contempla el análisis de un caso de estudio donde se realiza una comparación técnica de los métodos de acceso al transporte satelital TDMASCPC-dSCPC concluyendo que el último método de acceso descrito es la respuesta para ser considerado como el medio de transporte satelital de respaldo para brindar una solución alternativa y rápida para proporcionar el transporte de throughput de los servicios de 3G y LTE en las poblaciones de Cobija, Guayaramerin y Riberalta donde actualmente se tiene como medio de transporte la fibra óptica. El objetivo del presente estudio y análisis es contemplar una solución efectiva para minimizar el outage (tiempo fuera de servicio) de los servicios móviles en estas poblaciones ya que los tiempos de respuesta para solucionar los cortes de fibra óptica en el tramo del trayecto de las remotas hacia los elementos de core son muy prolongados debido a que los tramos del cableado de fibra son muy extensos, los mismos atraviesan por los países de Brasil y Perú, antes de llegar a la ciudad de La Paz. Adicionalmente se hace el análisis de trafico real de la tecnología 3G de acceso móvil e incluye comparaciones de las ventajas técnicas del método de acceso satelital plasmado en los cálculos de enlace satelital de estas poblaciones hacia el hub ubicado en la ciudad de La Paz. Palabras-clave: Throughput. dSCPC. Riberalta.

1 INTRODUCCION 1.1 ANTECEDENTES El

avance

vertiginoso

las

comunicaciones

permite

explotar

ampliamente las posibilidades de la universalización de los servicios de telecomunicación tanto en áreas urbanas como rurales, más aun cuando se trata de expandir los servicios de telefonía móvil de última generación como 3G y LTE (Long Term Evolution) en lugares donde la accesibilidad de transmisión por medios convencionales es muy costoso, en comparación a un despliegue de transmisión satelital, debido a su alto costo de implementación o a su alto costo de inversión en OPEX. 1 Con la llegada y puesta en funcionamiento del satélite TKSAT-1 se tiene un abanico de posibilidades técnicas que contemplan soluciones diversas para brindar transporte a los distintos servicios en los lugares más recónditos, donde el despliegue del transporte convencional ya sea mediante MW (Micro Wave) o fibra óptica muestran desventajas en la continuidad de su funcionamiento debido a fallas y características implícitas, como cortes en el cable y tiempos de respuesta para la restitución del servicio final. Se adopta como caso de estudio en esta monografía el análisis de una solución alternativa que brindara el transporte backhaul de enlaces satelitales a tres poblaciones rurales Cobija, Riberalta y Guayaramerín donde se brinda servicios de última generación como LTE y 3G (Operador Nuevatel) tal como se detallan en las gráficas a continuación.

Gasto operativo-de funcionamiento y mantenimiento de una red.

Figura 1.1 - Radiobase 2G-3G-LTE Cobija.

Fotografía de la radiobase 3G-LTE Cobija con sus diferentes subsistemas Fuente: Área de Operaciones e ingeniería Nuevatel (2017).

Figura 1.2 - Radiobase 2G-3G Guayaramerin.

Fotografía de la radiobase 3G Guayaramerin con sus diferentes subsistemas Fuente: Área de Operaciones e ingeniería Nuevatel (2017).

Figura 1.3 - Radiobase 2G-3G Riberalta.

Fotografía de la radiobase 2g y 3G Riberalta con sus diferentes subsistemas Fuente: Área de Operaciones e ingeniería Nuevatel (2017).

1. 2 PROBLEMÁTICA Actualmente el transporte de tráfico de estas poblaciones es de alta capacidad, ya que en cada población existe un concentrador (router) que distribuye el trafico a todas las estaciones mediante enlaces de fibra optica, desde este router se conecta hacia La Paz mediante fibra óptica, la misma pasa por dos países Brasil y Perú antes de llegar a los elementos de core (Elementos de red central de núcleo) en la ciudad de La Paz, cuando existe un corte de fibra óptica los tiempos de respuesta del personal técnico pueden superan las 5 horas debido al tramo extenso del cable de fibra óptica, provocando una afectación prolongada en los servicios en estas poblaciones. Como una solución de transporte alternativo ante estos cortes se diseñará una red Backhaul VSAT (very small aperture terminal) y se propone la utilización del método dSCPC (dynamic single channel per carrier) método que permite acceder mediante un enlace satelital de alta capacidad en cada población cuya asignación de ancho de banda es dinámico, para interconectar el router de cada población con el core. Considerar que el router en cada población interconecta una serie de estaciones 3G y LTE y permitirá una expansión fácil y rápida a nivel de BTSs cuando se requiera incrementar la cantidad de estaciones 3G yo LTE expandiendo solo el BW del segmento satelital y no así de equipamiento para la transmisión satelital. Considerando la problemática planteada la monografía considerará para los cálculos de enlace (link budget) al satélite TKSAT-1 (Tupac Katari-1) como caso de estudio.

1. 3 JUSTIFICACIÓN Y ALCANCE El presente estudio permite brindar una alternativa de solución eficaz mediante la transmisión Backhaul satelital de alta capacidad ante una problemática latente.

El alcance de la presente monografía está basado en el diseño de los elemento de red para una transmisión satelital de alta capacidad considerando los parámetros y características técnicas de diseño como ser potencia, ancho de banda, velocidad, modulación, FEC, etc. El diseño contempla un enlace satelital desde el router de cada población que concentra varias estaciones 3G y LTE hacia el core. El presente estudio no contemplara el costo de los equipos, alquiler de anchos de banda, costos de implementación e integración, OPEX, CAPEX 2.

1. 4 OBJETIVOS El presente estudio contempla los siguientes objetivos: 1. 4.1 OBJETIVO GENERAL El objetivo principal es el de elaborar un documento basado en un análisis técnico que refleje una alternativa eficaz de solución para el transporte satelital redundante en 3 poblaciones rurales, minimizando los tiempos de respuesta ante cortes de fibra óptica que afectan los servicios 3G y LTE. 1. 4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Los objetivos específicos son: 9 Analizar las técnicas de acceso satelital TDMA-SCPC y dSCPC para canalizar la elección de un método. 9 Elaborar cálculos de enlace con la ayuda del software SatMaster Pro, para brindar información técnica de diseño final.

Gasto de implementación de un proyecto.

9 Dimensionar equipamiento final según los resultados de cálculo, considerando requerimiento técnico como ser potencia, ancho de banda, velocidad, modulación , FEC, etc. 1.5 METODOLOGÍA La metodología a seguir será la experimental-investigativa donde analizada una problemática se realizará el análisis de las alternativas de acceso satelital convencionales comparando las ventajas y considerando el trafico real en tres poblaciones del norte de Bolivia para presentar una solución alternativa de transporte satelital, diseñando una red de transporte redundante backhaul de alta capacidad, manipulando las variables de diseño como potencia, ancho de banda, modulación y FEC en los cálculos de enlace satelital.

2 DESARROLLO 2.1 ANTECEDENTES Considerando la actual red de servicios móviles en las poblaciones de Cobija, Guayaramerin y Riberalta se tiene un subconjunto de estaciones 2G, 3G y LTE que brindan servicios de internet móvil a dichas poblaciones, la red singular en estas poblaciones tiene la particularidad de una topología de red de despliegue de fibra óptica, para todas sus estaciones El diagrama del despliegue de fibra óptica se detalla a continuación:

Figura 2.1 - Diagrama esquemático de red de fibra óptica. Guayaramerin Riberalta-Cobija y La Paz.

Esquema de red de distribución de fibra óptica de las poblaciones de Guayaramerin y Riberalta y Cobija. Fuente: Área de Transmisión Nuevatel (2017).

3 TECNOLOGIAS DE ACCESO La presenta monografía se basa en el análisis y comparación de dos sistemas de acceso satelital como medio de transporte para satisfacer el requerimiento de la transmisión para los servicios de 3G y LTE en las estaciones remotas rurales de Cobija, Guayaramerin y Riberalta, estas tecnologías son: 9 Método de acceso TDMA. 9 Método de acceso SCPC-dSCPC. 3.1 METODO DE ACCESO TDMA Los sistemas VSAT son redes de comunicación por satélite que permiten el establecimiento de de comunicación mediante enlaces satelitales entre un gran número de estaciones remotas con antenas de pequeño tamaño VSAT’s con una estación central llamada Hub. La comunicación se realiza a través del satélite, es decir, la información saliente del Hub a las VSAT’s etapa Outbound, es enviada al satélite y éste la refleja retransmitiendo para que cada terminal VSAT la reciba. El satélite es elemento repetidor, también se debe considerar al canal de retorno como la etapa Inbound donde la señal de transmisión va de las estaciones remotas hacia el hub. Las redes VSAT son redes privadas diseñadas a medida de la compañía que la contrata, ya que esta tecnología tiene un elevado precio para un usuario medio. Permiten la integración de diversos servicios, los cuales pueden estar accesibles mediante las antenas remotas típicamente menores a 2.4m. Estas estaciones no soportan elevadas capacidades, pero son muy baratas y fáciles de instalar si lo comparamos con las redes terrestres, en las cuales tendremos que cablear hasta el domicilio del usuario. Con esto conseguimos que los usuarios del servicio estén conectados a la plataforma del servicio, evitando el uso de las redes públicas. El desarrollo de las aplicaciones en telecomunicaciones para los servicios de backhaul satelital móvil 2G y hasta 3G son diseñados utilizando el

método acceso TDMA (Acceso Múltiple por División en el Tiempo). Esto significa que las estaciones acceden a la portadora durante ciertos intervalos de tiempo, predeterminados con respecto a la referencia de la trama. En el caso de que el tráfico generado por los terminales sea bajo se utiliza un acceso aleatorio con control de colisión. Para determinados servicios puede ser necesario que una estación VSAT se comunique con otra. Cuando se trata de unir varios nodos jerárquicamente iguales y proporcionar servicios digitales avanzados, la utilización del segmento espacial es más eficiente que la de circuitos terrenos ya que el dimensionamiento del tráfico se efectúa sobre el conjunto total del trafico cursante, lo que es notablemente más eficiente que hacerlo sobre cada uno de ellos. Todos los nodos van a ser jerárquicamente iguales, pero uno de los nodos tendrá que actuar como hub que controla la red. El método TDMA puede adoptar diferentes topologías de configuración como ser estrella, malla según la aplicación requerida. El trafico se divide en dos segmentos, Inbound cuyo método de acceso al medio es TDMA y Oubound que utiliza TDM como se detalla a continuación.

Figura 3.1.1 - Diagrama de transmisión satelital.

Diagrama de transmisión Outbound-Inbound Fuente: http://materias.fi.uba.ar/6679/apuntes/Redes_Satelitales_v2.pdf

En la tecnología TDMA cada estación dispone totalmente del ancho de banda del transpondedor pero sólo en un de terminado intervalo de tiempo . Sólo existe una portadora en el sistema a la vez, elimina los productos de intermodulación y permite al amplificador trabajar en el punto de saturación.

100

Figura 3.1.2 - Diagrama de acceso TDMA.

Diagrama del método de acceso TDMA entre elementos Emisores y Receptores Fuente: http://ocw.upm.es/teoria-de-la-senal-y-comunicaciones1/radiocomunicacion/contenidos/presentaciones/satelites-07.pdf

Bajo esta técnica de acceso, las transmisiones de las distintas estaciones terrenas no son continuas, si no que se efectúan por ráfagas de corta duración del orden de los milisegundos con repeticiones periódicas a intervalos de duración regular denominados "tramas" representados en la grafica como los grupos de datos A, B y C. 3.1.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL TDMA Existen varias ventajas del TDMA, la primera y probablemente la más importante es que con TDMA la portadora de una estación terrena está presente en el segmento alquilado del transponder satelital reduciendo así la distorsión por intermodulación y permitiendo funcionar próximo al nivel de saturación, aprovechando de modo eficiente la energía que dispone el satélite. Otra segunda ventaja es que con TDMA se puede alcanzar a transmitir y recibir una multitud de frecuencias logrando tener un rápido despliegue y

101

tener una facilidad en las expansiones de redes Vsat, adicionalmente TDMA es mucho más apropiado para la transmisión de información digital. Las señales digitales se adaptan en forma más natural al almacenaje, conversiones de velocidad y procedimientos de dominio del tiempo que sus contrapartes analógicas. La desventaja principal del TDMA radica en que requiere de una sincronización precisa, las transmisiones de cada estación deben ocurrir durante una ranura de tiempo exacta. La desventaja más determinante cuando se implementa una de estas redes radica en una limitación en Hardware en el canal de retorno (Inbound) ya que todos los fabricantes tienen tasas de velocidad menores a 8 Mbps tal como detallamos en las especificaciones técnicas (datasheet) de los módems mas comerciales . Figura 3.1.1.1 - Especificaciones técnicas tecnología Gilat.

102

Especificaciones técnicas remarcado rojo capacidad del canal de retorno. Fuente:http://www.gilat.com/dynimages/t_brochures/files/SkyEdge%20II-cTaurus-110815-FINAL-COM_B_029%28E%29.pdf

Figura 3.1.1.2 - Especificaciones técnicas tecnología Elbit-Shiron.

Especificaciones técnicas remarcado rojo capacidad del canal de retorno. Fuente:https://sky2netsatcom.files.wordpress.com/2012/02/shiron-irg-

4g.pdf

103

Figura 3.1.1.3 - Especificaciones técnicas tecnología Hughes.

Especificaciones técnicas remarcado rojo capacidad del canal de retorno. Fuente:http://www.aicox.com/wp-content/uploads/2015/08/HUGHES_HX200.pdf

104

Figura 3.1.1.4 - Especificaciones técnicas Tecnología I-direct.

Especificaciones técnicas remarcado rojo capacidad del canal de retorno. Fuente:http://www.idirect.net/~/media/Files/Spec%20Sheets/July%202011/iDi_Pr odSht_Series_3000_2pg_Jul11.pdf

3.2 METODO DE ACCESO SCPC El método de acceso SCPC (Single Channel Per Channel) denominado así al sistema en el que únicamente tenemos un canal de comunicaciones por cada portadora contrapuesto a los sistemas en que múltiples canales multiplexados en frecuencia usan una portadora común. Los sistemas satelitales SCPC representan enlaces que operan bajo modalidad punto-a-punto en los que se transmite una señal digital en una frecuencia fija, llamada portadora y es exclusiva a cada canal de

105

transmisión. La mayoría de las veces, esto se utiliza en los satélites de transmisión para indicar que las estaciones de radio no son multiplexadas como sub-portadoras, sino que de forma independiente comparten un transpondedor, como se muestra en la siguiente figura. Figura 3.2.1 - Diagrama de acceso SCPC

Diagrama de acceso mediante el método SCPC portadoras definidas en el segmento outbound-inbound. Fuente: Documento técnico Comtech "Performance Challenge of 3G over Satellite.pdf"

3.3 METODO DE ACCESO dSCPC El método de acceso dSCPC (dynamic Single Channel Per Channel) son enlaces punto a punto de alta capacidad con la característica esencial que el BW asignado a cada enlace es gestionado dinámicamente. Tienen una frecuencia de Tx (Transmisión) y una de Rx (Recepción) fija, establecida por la empresa prestataria. En este tipo de enlaces las comunicaciones no pasan necesariamente por el telepuerto principal del sistema o Hub, pueden conectarse dos estaciones remotas entre sí, estableciéndose entre ellas la comunicación directa con un solo salto satelital. Son ideales para servicios en los cuales se deban transmitir gran cantidad de información entre pocas estaciones remotas.

106

El método dSCPC tiene una mayor eficiencia en términos de compresión de cabecera y carga útil, así como el rendimiento de RF y la capacidad de paquetes por segundo, este método ofrecen más rendimiento al segmento satelital por Mbps que el TDMA tradicional. Con la baja fluctuación de fase y latencia de dSCPC y con todo lo demás igual, el rendimiento de los servicios 3G y LTE puede mejorarse significativamente en comparación con un sistema TDMA. Las aplicaciones funcionan mejor con menos retransmisiones, lo que mejora la calidad de la experiencia para los usuarios finales y se traduce en un mayor uso. Además, un mayor tráfico generador de ingresos puede atravesar la red en un Mbps dado, aumentando los márgenes y los ingresos para los operadores de redes móviles. Figura 3.3.1 - Diagrama de acceso dSCPC

Diagrama de acceso dSCPC portadoras dinámicas outbound-inbound Fuente: Documento técnico Comtech "Performance Challenge of 3G over Satellite.pdf"

El método de acceso dSCPC ofrece un canal de salida compartido recibido por todos los controladores remotos y portadores dinámicos de las estaciones remotas. Esta arquitectura saca lo mejor de SCPC mientras soporta el ancho de banda dinámico en ambas direcciones. La

107

fluctuación de fase y la latencia se mantienen al mínimo mientras se soporta una amplia gama de esquemas de modulación y codificación, además de la codificación y modulación adaptativa (ACM) en ambas direcciones. Esta topología se presta particularmente para los operadores de redes móviles con un alto grado de tráfico de datos 3G y requisitos de asignación de ancho de banda. Las características del dSCPC puede pueden adoptar mejoras asociadas a la velocidad (Speed), Eficiencia (Efficiency), Flexibilidad (Flexibility) y Rentabilidad (Profitability) como se detalla a continuación.

Tabla 3.3.1 - Características dSCPC

Tabla de características del método de acceso dSCPC Fuente: Documento técnico Comtech "Heights Networking Plataform.pdfAgostos 2016"

Este método de acceso puede incluir estándares de mejora en el rendimiento basado en el VersaFEC-2 con alto rendimiento en el canal de retorno que incluye LDPC comprobación de paridad de baja densidad (Low Density Parity Check). El VersaFEC-2 es una optimización que utiliza LDPC para maximizar la ganancia de código con una mínima latencia, la mejora del VersaFEC-2 viene con el VF-2 HR cuyo rendimiento en la codificación es una mejora al

108

DVB-S2 con un 80 a 90 % de menor latencia, esta mejora incluye un rolloff del 5%, y puede alcanzar en el canal de retorno una optimización de 4.2 bps/Hz, las mejoras de la latencia del versaFEC-2 con relación al DVB-S2X se detallan en la siguiente tabla:

Tabla 3.3.2 - Características VersaFEC vs. DVB-S2X

Tabla de características de latencia del VersaFEC-2 vs. DVB-S2X en dSCPC Fuente: Documento técnico Comtech "Heights Networking Plataform.pdfAgostos 2016"

El SCPC dinámico permite a los terminales remotos compartir una o más agrupaciones de ancho de banda. Las terminales solicitan el ancho de banda según sea necesario, La conmutación de carga es ideal para aplicaciones que pueden aprovechar el ancho de banda disponible. El requerimiento de las terminales solicita un ancho de banda basado en el nivel de tráfico. La conmutación del tipo de servicio (ToS Switching) es ideal para aplicaciones como video y voz que requieren ancho de banda fijo Las terminales solicitan anchos de banda basados en valores predefinidos El ancho de banda no utilizado se devuelve a la agrupación y está disponible para otros usuarios.

109

A diferencia del TDMA, el dSCPC requiere que el BUC elemento de transmisión

(Block

Converter)

necesidades de tráfico del sitio.

110

sea

dimensionado

según

las

4 DISEÑO DE LA RED BACKHAUL Para iniciar el análisis para el diseño inicialmente debemos conocer información relevante y requerimiento que debe cumplir la redundancia de transmisión mediante el dSCPC para realizar los cálculos. 4.1 RECOPILACIÓN DE INFORMACION

La información inicial y necesaria para los cálculos las detallamos a continuación:

Estaciones maestra 1:

Hub

Estaciones remota 1:

Cobija

Estaciones remota 2:

Riberalta

Estaciones remota 3:

Guayaramerin

Ubicación en coordenadas: Cobija:

Latitud 11° 1'25.31"S, Longitud 68°45'34.65"O

Riberalta:

Latitud 11° 0'25.35"S, Longitud 66° 3'21.80"O

Guayaramerin:

Latitud 10°49'12.36"S, Longitud 65°21'33.08"O

Throughput actual mediante fibra óptica :

111

Figura 4.1.1 - Throughput Cobija 3G

Estadística throughput radiobase 3G Cobija del 02 al 08 de marzo 2017 Fuente: Área de Operaciones e ingeniería Nuevatel (2017).

Figura 4.1.2 - Throughput Guayaramerin 3G

Estadística throughput radiobase 3G Guayaramerin del 02 al 08 de marzo 2017 Fuente: Área de Operaciones e ingeniería Nuevatel (2017).

112

Figura 4.1.3 - Throughput Riberalta 3G

Estadística throughput radiobase 3G Riberalta del 02 al 08 de marzo 2017 Fuente: Área de Operaciones e ingeniería Nuevatel (2017).

4.2 CALCULOS DE ENLACE Los datos y requerimientos para los cálculos de enlace son los siguientes: Satélite:

TKSAT-1

Banda de frecuencia:

Ku FSS

Disponibilidad Outbound:

99.85%

Disponibilidad Inbound:

99.85%

Antena Hub:

4.9 m (Se reutilizara la antena existente)

Antenas Remotas:

2.4 m (Se reutilizaran las antenas

existentes) Roll Off Outbound:

10%

Roll Off Inbound:

Se consideró un roll off de 10 % en outbopund y 5% en inbound para equilibrar el ancho de banda ocupado con el PEB (Power equivalet bandwidth).

113

Para la realización de cálculos se debe considerar que en la etapa outbound la estación que cuenta con un tráfico máximo se encuentra en Riberalta cuyo trafico según el Gráfico 4.1.3 - Throughput Riberalta 3G, es de 37.77 Mbps. ante este valor el cálculo del enlace solo se realizará con esta estación ya que las otras 2 estaciones sus tráficos son menores a la de Riberalta. Se utilizara la siguiente tabla para los datos de Modulación y FEC en los cálculos de enlace satelital. Tabla 4.2.1 - Modulación y FEC

Tabla de ModCod vs. eficiencia espectral características del dSCPC Fuente: Documento Comtech "Heights Networking Plataform.pdf- Agostos 2016"

Los cálculos se encuentran en el anexo A con el siguiente detalle:

114

Calculo Outbound Hub - Riberalta

--> Anexo A1

Calculo Inbound Riberalta - Hub

--> Anexo A2

Calculo Inbound Guayaramerin - Hub

--> Anexo A3

Calculo Inbound Cobija - Hub

--> Anexo A4

115

5 RESULTADOS DEL DISEÑO DE LA RED Según los cálculos del enlace satelital en la etapa outbound como en la inbound los elementos de red RF resultan ser dimensionados tanto en el hub como en las estaciones remotas según los requisitos de data rate considerados según el throughput inicial.

5.1 DIAGRAMA DE RED FINAL Figura 5.1.1 - Diagrama de red Backhaul dSCPC final

Diagrama final de la red dSCPC Hub-Cobija-Riberalta-Guyaramerin Fuente: Adaptación grafico del documento Comtech "Heights Networking Plataform.pdf- Agostos 2016"

5.2 CARACTERISTICAS DE LOS EQUIPOS Según las prestaciones que implica el método de acceso dSCPC, consideraremos según el equipamiento desarrollado por el fabricante

116

Comtech, ya que las técnicas innovadores presentes en el dSCPC fueron plasmadas en una variedad de equipos cuyas soluciones representan capacidades de throughput requeridas según el trafico detalladas en el requerimiento. Tabla 5.2.1 - Equipos Comtech

Tabla de equipamiento según capacidades Comtech Fuente: Documento técnico Comtech "Heights Networking Plataform.pdfAgostos 2016"

Tabla 5.2.2 - Características técnicas equipos Comtech

Tabla de características del equipamiento Comtech Fuente: Documento técnico Comtech "Heights Networking Plataform.pdfAgostos 2016"

117

5.3 TABLA DE INFORMACION FINAL Según los resultados del cálculo de enlace tenemos:

Tabla 5.3.1 - Datos finales de anchos de banda

Data Rate

Simbol Rate

Roll Off

Ancho de banda Asignado

Outbound

30 Mbps

12.2951 Msps

10%

13.525 MHz

Entry Channel

64 Kbps

132 Ksps

35%

180 KHz

Inbound Riberalta

5 Mbps

1.7053 Msps

1.791 MHz

Inbound Cobija

5 Mbps

1.7053 Msps

1.791 MHz

Inbound Guayaramerin

5 Mbps

1.7053 Msps

1.791 MHz

Portadora

Total

19.078 MHz

Tabla de datos finales y asignación de BW Fuente: Elaboración propia, según cálculos de enlace

Tabla 5.3.2 - Datos de diseño RF - Equipos

LNB

BUC

Equipos

Antena diámetro

Hub la Paz

FSS Ku Band

37.2 a 40 W

Hub Comtech

4.9 m

Riberalta

FSS Ku Band

13.1857 a 16 W

H16 Comtech

2.4 m

Cobija

FSS Ku Band

13.6471 a 16 W

H16 Comtech

2.4 m

Guayaramerin

FSS Ku Band

13.2134 a 16 W

H16 Comtech

2.4 m

Estación

Tabla de datos finales de diseño RF Fuente: Elaboración propia, según cálculos de enlace

118

6 CONCLUSIONES Según el análisis realizado de los métodos de acceso TDMA-SCPC y dSCPC, es concluyente que según requerimiento el diseño de la red Backhaul como caso de estudio es realizado con el método dSCPC método que muestra avances en la tecnología y mejoras significativas en la asignación dinámica reduciendo la latencia y empleando técnicas de modulación y codificación como el versaFEC-2 HD, con la ayuda de los cálculos de enlace satelital el diseño final incluye equipamiento, datos sobre ancho de banda y elementos de RF.

119

ANEXO A - CALCULOS DE ENLACE SATELITAL A.1 CALCULO OUTBOUND HUB - RIBERALTA

120

121

122

123

A.2 CALCULO INBOUND RIBERALTA - HUB

124

125

126

127

A.3 CALCULO INBOUND GUAYARAMERIN - HUB

128

129

130

131

132

A.4 CALCULO INBOUND COBIJA - HUB

133

134

135

136

137

138

ESTUDIO Y ANÁLISIS DEL ESTADO DE ARTE DE AMPLIFICADORES DE POTENCIA DEL SEGMENTO TERRESTRE Freddy Waldo Alberto Mamani RESUMEN Desde mitad de los años cincuenta hasta la actualidad, el número y variedad de dispositivos semiconductores para microondas ha aumentado de gran manera, al aplicarse nuevas técnicas, nuevos materiales y nuevas ideas debido a la necesidad de obtener dispositivos de microondas más pequeños lo cual causo una extensa investigación en esta área. Esta investigación ha producido dispositivos de estado sólido con rangos de frecuencia mucho más altos pero de potencias no muy altas, para cubrir esta necesidad el estudio de dispositivos que basan su efecto amplificador en lo que se denomina “bunching” o agrupamiento en paquetes de un haz de electrones generado por un cátodo caliente y que da lugar a los llamados tubos de vacío de microondas también ha sido amplia. Por este motivo la presente monografía realiza el estudio y análisis del estado de arte de estos amplificadores, su estructura, principio de funcionamiento, campos de trabajo según sus características y ventajas. El Conocimiento de estos llevara a realizar consideraciones más acertadas en el diseño de cualquier tipo de enlace satelital. Palabras-clave: Electrónica. Satélite. HPA. SSPA. Estado del Arte.

139

140

,1752'8&&,21 (Q OD ~OWLPD JHQHUDFLyQ VH KD YLVWR XQD HYROXFLyQ HQ ORV VLVWHPDV GLJLWDOHV \ SRU HQGH WDPELpQ HQ ODV WHOHFRPXQLFDFLRQHV SRU VDWpOLWH FRQ ODV UHVWULFFLRQHV TXH HVWD FRQOOHYD RSWLPL]DQGR HO XVR GHO DQFKR GH EDQGD FRQ WHFQRORJtDV GH PRGXODFLyQ FDGD YH] PiV ySWLPDV 8Q IDFWRU TXH VH FRQVLGHUD GH PDQHUD PX\ VHULD DO PRPHQWR GH GLVHxDU XQ HQODFH VDWHOLWDO HV HO WUDEDMR HQ OD ]RQD OLQHDO GH ORV HTXLSRV GH UDGLR IUHFXHQFLD 6DEHPRV TXH ODV VHxDOHV UHVXOWDQWHV GH HQYROYHQWH DOWDPHQWH YDULDEOH HQ HO WLHPSR FRQ YDORUHV GH SRWHQFLD SLFR PX\ SRU HQFLPD GH OD PHGLD VH UHTXLHUH DGHPiV LQWURGXFLU QXHYRV FRQFHSWRV \ DUTXLWHFWXUDV GH WUDQVPLVLyQ TXH SHUPLWDQ JDUDQWL]DU GLFKD OLQHDOLGDG FRQ XQD HILFLHQFLD DSURSLDGD HQ HO XVR GH ORV OLPLWDGRV UHFXUVRV GH SRWHQFLD GLVSRQLEOHV (Q HVWD HYROXFLyQ VH GHEH GHVWDFDU OD H[SDQVLyQ FDGD YH] PD\RU GH VHUYLFLRV FRPHUFLDOHV VREUH WRGR HQ ODV EDQGDV .X \ .D \ HO XVR GH VHxDOHV FDGD YH] FRQ XQ PD\RU DQFKR GH EDQGD (O HVWXGLR GH ORV GLVSRVLWLYRV FRQ WHFQRORJtD GH VHPLFRQGXFWRUHV HQ DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD FUHFLy GH PDQHUD H[SRQHQFLDO GHVGH OD GpFDGD GH ORV DxRV FLQFXHQWD 0DWHULDOHV \ WpFQLFDV QXHYDV OOHYDQ D FXPSOLU XQ REMHWLYR QHFHVDULR REWHQHU GLVSRVLWLYRV GH HVWDGR VyOLGR SDUD PLFURRQGDV PiV SHTXHxRV \ FRQ UDQJRV GH IUHFXHQFLD GH WUDEDMR PXFKR PiV DOWRV +R\ HQ GtD ORV DPSOLILFDGRUHV GH HVWDGR VyOLGR OOHJDQ DO UDQJR GH ORV .LORYDWLRV XWLOL]DGDV SRU OR JHQHUDO HQ WHUPLQDOHV SHTXHxDV SRU HQFLPD GH HVWH YDORU VH XWLOL]DQ GLVSRVLWLYRV TXH EDVDQ VX HIHFWR DPSOLILFDGRU SRU DJUXSDPLHQWR HQ SDTXHWHV GH XQ KD] GH HOHFWURQHV JHQHUDGR SRU XQ FiWRGR FDOLHQWH \ TXH GD OXJDU D ORV OODPDGRV 7XERV GH YDFtR GH PLFURRQGDV OOHJDQGR HVWDV ~OWLPDV D SRWHQFLDV PXFKR PD\RUHV SRU OR TXH VX XVR HV JHQHUDOPHQWH HQ HVWDFLyQ GH JUDQ FDSDFLGDG R HVWDFLRQHV PDHVWUDV 1

141

'HVFULSFLyQ GHO 3UREOHPD 8QD GH ODV JUDQGHV YHQWDMDV GH ORV VLVWHPDV GH FRPXQLFDFLRQHV VDWHOLWDOHV HV GRWDU GH FREHUWXUD D ]RQDV GH GLItFLO DFFHVR HVWR SODQWHD OD QHFHVLGDG GH SRGHU LU RSWLPL]DQGR WDQWR HO VHJPHQWR HVSDFLDO FRPR HO VHJPHQWR WHUUHVWUH HQ WpUPLQRV GH DQFKR GH EDQGD FDSDFLGDG \ SRWHQFLD SDUD ORV GLIHUHQWHV VHUYLFLRV \ DSOLFDFLRQHV SDUWLFXODUPHQWH HQ OR TXH UHVSHFWD DO GHVHPSHxR \ WKURXJKSXW GHO HQODFH (VWR WDPELpQ PDUFD OD SDXWD GH TXH ORV HQODFHV VDWHOLWDOHV HQ HO VHJPHQWR WHUUHVWUH GHEHQ FXPSOLU XQD GLVSRQLELOLGDG HQ HO UDQJR GH D GHSHQGLHQGR GH OD FDUDFWHUtVWLFD GH OD HVWDFLyQ VDWHOLWDO GRQGH VH GHEH FRQVLGHUDU DWHQXDFLRQHV GHELGR D HIHFWRV DWPRVIpULFRV \ SRU GHVYDQHFLPLHQWR GHELGR D OD GLVWDQFLD (V DKt GRQGH VH WLHQH TXH JDUDQWL]DU TXH OD FRPXQLFDFLyQ VHD OR PiV UREXVWD HQ OD PHGLGD TXH VHD SRVLEOH SRU OR TXH HVWH HVWXGLR YD GLULJLGR D DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD TXH HVWiQ HQFDUJDGRV GH VXSHUDU ORV HIHFWRV PHQFLRQDGRV FRQ OD ILQDOLGDG GH GLVHxDU H LPSOHPHQWDU HQODFHV VDWHOLWDOHV HILFLHQWHV \ GH DOWDV SUHVWDFLRQHV -XVWLILFDFLyQ &RQRFHU ODV FDUDFWHUtVWLFDV GH ODV GLIHUHQWHV WHFQRORJtDV GH DPSOLILFDFLyQ HQ HQODFHV VDWHOLWDOHV VX HYROXFLyQ \ VXV GLIHUHQWHV DSOLFDFLRQHV HQ VLVWHPDV GH WHOHFRPXQLFDFLRQHV &RQVLGHUDU ODV ERQGDGHV GH FDGD XQD GH HOODV SDUD XQD PHMRU FRQVLGHUDFLyQ HQ HO GLVHxR GH XQ HQODFH VDWHOLWDO 2EMHWLYR JHQHUDO (ODERUDU HO HVWDGR GH DUWH GH ODV WHFQRORJtDV HQ DPSOLILFDGRUHV GH 3RWHQFLD GHO VHJPHQWR WHUUHVWUH HQ WHOHFRPXQLFDFLRQHV VDWHOLWDOHV 2EMHWLYRV HVSHFtILFRV (VWXGLR GH ODV GLIHUHQWHV WHFQRORJtDV HQ DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD

142

$QiOLVLV GH ODV FDUDFWHUtVWLFDV GH GLIHUHQWHV WHFQRORJtDV GH DPSOLILFDGRUHV &RPSDUDU ODV ERQGDGHV GH ODV GLIHUHQWHV WHFQRORJtDV HQ WHOHFRPXQLFDFLRQHV 0HWRGRORJtD 3DUD HO GHVDUUROOR GH OD SUHVHQWH PRQRJUDItD VH XVDUi OD PHWRGRORJtD DSUHKHQVLYD UHDOL]DQGR HO DQiOLVLV \ SRVWHULRUPHQWH OD FRPSDUDFLyQ GH ODV GLIHUHQWHV WHFQRORJtDV GH DPSOLILFDGRUHV XVDGRV HQ HQODFHV VDWHOLWDOHV SHUPLWLHQGR HVWXGLDU ODV WHFQRORJtDV SRU VHSDUDGR SDUD FRPSUHQGHU VX SULQFLSLR \ IXQFLRQDOLGDG GH FDGD XQD GH pVWDV x $PSOLILFDGRUHV GH (VWDGR 6ROLGR x $PSOLILFDGRUHV .O\VWURQV x 7XERV GH 2QGD 3URJUHVLYD 7:7 x *LURWURQ 8QD YH] FRPSOHWDGR HO DQiOLVLV GH ORV WHPDV VH DSOLFDUiQ WpFQLFDV GH LQYHVWLJDFLyQ IXQGDPHQWDGDV HQ HO DQiOLVLV GHO FRQWHQLGR \ H[SHULHQFLD ,QFRUSRUDQGR HVWXGLRV \ SXEOLFDFLRQHV UHFLHQWHV HQ OD HYROXFLyQ GH HVWDV WHFQRORJtDV \ VX DSOLFDFLyQ D ORV QXHYRV VLVWHPDV GH FRPXQLFDFLRQHV VDWHOLWDOHV 3

143

6(*0(172 7(55(675( 8QD HVWDFLyQ WHUUHQD HV XQ WHUPLQDO GH WUDQVPLVLyQ \ UHFHSFLyQ GH XQ HQODFH GH WHOHFRPXQLFDFLRQHV YtD VDWpOLWH /D FRQILJXUDFLyQ JHQHUDO GH XQD HVWDFLyQ WHUUHQD QR HV WDQ GLIHUHQWH GH XQ WHUPLQDO GH UDGLRHQODFHV SHUR OD DWHQXDFLyQ GHO HVSDFLR OLEUH HQ XQ HQODFH VDWHOLWDO HV GHPDVLDGR JUDQGH VREUH G% D FRQVHFXHQFLD GH YDULRV DVSHFWRV SULQFLSDOPHQWH D OD RQGD SRUWDGRUD GH UDGLR VREUH OD WUD\HFWRULD HQWUH OD HVWDFLyQ WHUUHQD \ HO VDWpOLWH GLVWDQFLD DSUR[LPDGD GH .P (V HQWRQFHV TXH FRQ OR DFRWDGR DQWHULRUPHQWH VH SXHGH GHFLU TXH OD HVWDFLyQ WHUUHQD XVXDOPHQWH UHTXLHUH GH VXEVLVWHPDV SULQFLSDOHV SDUD SRGHU REWHQHU QLYHOHV GH DOWR UHQGLPLHQWR SDUD ORV UDGLRHQODFHV WDQWR GH WUDQVPLVLyQ FRPR GH UHFHSFLyQ VDWpOLWHV UHVSHFWLYDPHQWH /RV SULQFLSDOHV VXEVLVWHPDV GH XQD HVWDFLyQ WHUUHQD VH SXHGHQ REVHUYDU HQ OD VLJXLHQWH JUiILFD \ FODVLILFDU GH OD VLJXLHQWH PDQHUD )LJXUD 6HJPHQWR WHUUHVWUH

(O HVTXHPD PXHVWUD WRGDV ODV HWDSDV GH ODV TXH HVWi IRUPDGR HO VHJPHQWR WHUUHVWUH HQ XQD HVWDFLyQ WHUUHQD )XHQWH $GDSWDGD KWWSV VHJPHQWRWHUUHVWUH ZLNLVSDFHV FRP

144

Â¾ (O VLVWHPD GH DQWHQD Â¾ $PSOLILFDGRUHV GH UHFHSFLyQ EDMR UXLGR Â¾ $PSOLILFDGRUHV GH WUDQVPLVLyQ SRWHQFLD Â¾ (TXLSRV GH WHOHFRPXQLFDFLRQHV FRQYHUWLGRUHV GH IUHFXHQFLD \ PyGHPV Â¾ (TXLSRV GH PXOWLSOH[DGR GHPXOWLSOH[DGR Â¾ (TXLSRV SDUD OD FRQH[LyQ FRQ OD UHG WHUUHVWUH (O VLVWHPD GH DQWHQD (VWH VLVWHPD FXHQWD FRQ OD DQWHQD TXH SXHGH YDULDU FRQ GLiPHWURV GHVGH ORV P KDVWD OD P LQFOXVLYH PiV SHTXHxDV HQ HO FDVR GH 96$7 /RV SDUiPHWURV GH ODV DQWHQDV HQ ODV HVWDFLRQHV WHUUHQDV FRP~QPHQWH XVDGRV HQ OD WUDQVPLVLyQ \ UHFHSFLyQ GHEHQ WHQHU ORV VLJXLHQWHV UHQGLPLHQWRV x $OWD JDQDQFLD SDUD WUDQVPLVLyQ \ UHFHSFLyQ VH UHTXLHUHQ UHIOHFWRUHV TXH VRQ PiV JUDQGHV HQ FRPSDUDFLyQ FRQ OD ORQJLWXG GH RQGD GH OD VHxDO \ SRU VXSXHVWR SRVHH XQD DOWD HILFLHQFLD x 8Q EDMR QLYHO GH LQWHUIHUHQFLD SDUD ODV WUDQVPLVLRQHV \ OD VHQVLELOLGDG D OD LQWHUIHUHQFLD SDUD UHFHSFLyQ VH SXHGH OOHJDU D DQDOL]DU HVWH SDUiPHWUR FRQ ORV GLDJUDPDV \ SDWURQHV GH UDGLDFLyQ FRQ XQ EDMR QLYHO GH LQWHUIHUHQFLD GHO OyEXOR SULQFLSDO x 5DGLDFLyQ FRQ DOWD SXUH]D GH SRODUL]DFLyQ x 3DUD UHFHSFLyQ EDMD VHQVLELOLGDG SDUD UXLGR WpUPLFR GHELGR D OD UDGLDFLyQ GHO VXHOR \ GLYHUVDV SpUGLGDV $OJXQRV WLSRV GH HVWDFLRQHV WHUUHQDV SDUD EDQGDV GH *+] \ *+] VRQ FODVLILFDGDV IUHFXHQWHPHQWH DFRUGH DO WDPDxR GH VXV DQWHQDV FRPR VH GHVFULEH D FRQWLQXDFLyQ

145

x (VWDFLRQHV 7HUUHQDV *UDQGHV FRQ DQWHQDV GH GLPHQVLRQHV GH PiV GH P x (VWDFLRQHV 7HUUHQDV 0HGLDV FRQ DQWHQDV GH DSUR[LPDGDPHQWH P KDVWD ORV P x (VWDFLRQHV 7HUUHQDV 3HTXHxDV FRQ DQWHQDV GHVGH ORV P KDVWD ORV P R PHQRV x 0LFUR HVWDFLRQHV SDUD 96$7 9HU\ 6PDOO $SHUWXUH 7HUPLQDO GHVGH ORV P KDVWD ORV P (VWD FODVLILFDFLyQ JHQHUDO GHEHUtD HVWDU PiV DFRUGH D QLYHOHV GH UHQGLPLHQWR FRVWRV \ WLSRV GH HTXLSRV DVt FRPR ORV FRPSRQHQWHV GH ORV VXEVLVWHPDV $PSOLILFDGRUHV GH EDMR UXLGR /1$ 3DUD UHFLELU XQD VHxDO PX\ GpELO GHVGH XQ VDWpOLWH OD HVWDFLyQ WHUUHQD GHEH HVWDU FRQHFWDGD D XQ UHFHSWRU FRQ DOWD VHQVLELOLGDG \ XQ PX\ EDMR UXLGR WpUPLFR LQKHUHQWH (O UXLGR WpUPLFR GH XQ UHFHSWRU HV FRP~QPHQWH FRQRFLGR FRPR ³)LJXUD GH 5XLGR´ SHUR SDUD UHFHSWRUHV GH PX\ EDMR UXLGR HV SUHIHULEOH UHIHULUVH DO FRQFHSWR GH ³7HPSHUDWXUD GH 5XLGR´ PHGLGR HQ JUDGRV .HOYLQ (O SDUiPHWUR EiVLFR SDUD OD UHSUHVHQWDFLyQ GH OD VHQVLELOLGDG SDUD OD UHFHSFLyQ HQ OD HVWDFLyQ WHUUHQD HV OD * 7 ILJXUD GH PpULWR R OR TXH VLJQLILFD HO UDGLR GH JDQDQFLD GH OD DQWHQD * VREUH HO WRWDO GH OD WHPSHUDWXUD GH UXLGR 7 /D WHPSHUDWXUD GH UXLGR HV OD VXPD GH WRGDV ODV WHPSHUDWXUDV GHO VLVWHPD WDQWR GH OD WHPSHUDWXUD GH UXLGR HTXLYDOHQWH GH OD DQWHQD 7$ \ OD WHPSHUDWXUD GH UXLGR GHO UHFHSWRU 75 $PSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD 3$ V \ +3$¶V /D PDJQLWXG GH SRWHQFLD UHTXHULGD D OD VDOLGD GHO WUDQVPLVRU HV GHO RUGHQ GH : R PHQRV SDUD ORV FDQDOHV GH WHOHIRQtD \ GH .: SDUD OD SRUWDGRUD TXH VLUYHQ SDUD WUDQVPLVLyQ GH FDQDOHV GH WHOHYLVLyQ 6

146

'RV GH ORV SULQFLSDOHV DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD XVDGRV SDUD PLFURRQGDV VRQ ORV 7XERV GH 2QGD 3URJUHVLYD R 7:7 \ ORV .O\VWURQV (Q HO FDVR GH HVWDFLRQHV PiV SHTXHxDV VH XVDQ DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD GH HVWDGR VyOLGR $ FRQWLQXDFLyQ VH FODVLILFD ORV DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD SDUD HO WUDQVPLVRU TXH VRQ XVDGRV x 7XER GH RQGD SURJUHVLYD 7:7 *HQHUDOPHQWH XVDGRV SDUD EDQGDV GH 0+] R PiV GRQGH VH QHFHVLWD JDQDQFLD XQLIRUPH x $PSOLILFDGRUHV .O\VWURQV 0HFDQLVPR GH SDVD EDQGD HVWUHFKR XVDGR HQ DQFKRV GH EDQGD GH 0+] SDUD *+] \ GH 0+] SDUD *+] x $PSOLILFDGRUHV GH (VWDGR 6yOLGR 6H XVDQ HQ HO FDVR GH HVWDFLRQHV WHUUHQDV SHTXHxDV TXH QR VREUHSDVHQ ORV : HQ *+] R GH : HQ *+] VRQ PX\ HFRQyPLFRV (TXLSRV GH 7HOHFRPXQLFDFLRQHV 3DUD UHIHULUVH D ORV HTXLSRV GH WHOHFRPXQLFDFLRQHV GHVFULELPRV HQ HVWH FRQMXQWR DTXHOORV TXH PRGXODQ ODV SRUWDGRUDV HQ DOWD IUHFXHQFLD FRQ VHxDOHV HQ EDMD IUHFXHQFLD EDQGD EDVH SDUD WUDQVPLVLyQ \ GHPRGXODFLyQ GH HVWDV VHxDOHV GH IUHFXHQFLD HQ OD UHFHSFLyQ (VWDV VHxDOHV HQ EDMD IUHFXHQFLD OyJLFDPHQWH SXHGHQ VHU VHxDOHV DQDOyJLFDV GH WHOHIRQtD XVXDOPHQWH VHxDOHV PXOWLSOH[DGDV VHxDOHV GLJLWDOHV VHxDOHV GH DXGLR \ YLGHR WHOHYLVLyQ GLJLWDO HWF (O VXEVLVWHPD GH HTXLSRV GH WHOHFRPXQLFDFLRQHV HVWi FRQIRUPDGR SRU ORV VLJXLHQWHV FRPSRQHQWHV x (TXLSRV FRQYHUWLGRUHV GH IUHFXHQFLD x (TXLSRV SDUD PRGXODFLyQ \ GHPRGXODFLyQ 02'(0 x (TXLSRV SDUD SURFHVDPLHQWR GH VHxDOHV 7

147

(TXLSRV SDUD FRQHFWLYLGDG FRQ OD UHG WHUUHVWUH /DV HVWDFLRQHV WHUUHQDV VRQ FRP~QPHQWH FRQHFWDGDV D OD UHG WHUUHVWUH D WUDYpV GH XQ FHQWUR GH FRQPXWDFLyQ 6H WUDWD GH XQ FHQWUR GH WUiQVLWR HQ HO FDVR GH HVWDFLRQHV LQWHUQDFLRQDOHV \ HVWDFLRQHV GH WDPDxR PHGLR \ JUDQGH SDUD VLVWHPDV QDFLRQDOHV R VLPSOHPHQWH XQ VXEVFULSWRU GH LQWHUFDPELR HQ HO FDVR GH HVWDFLRQHV SHTXHxDV GHQWUR GH UHGHV QDFLRQDOHV SXGLHQGR VHU pVWDV GH SUHIHUHQFLD 96$7 (VSHFtILFDPHQWH SDUD OD FRQH[LyQ FRQ OD UHG WHUUHVWUH VH UHTXLHUH GH x (O HQODFH WHUUHVWUH HQWUH OD HVWDFLyQ WHUUHQD \ HO FHQWUR GH FRQPXWDGR VH SXHGH XVDU XQ FDEOH FRD[LDO VL ODV FRQGLFLRQHV VRQ DOJR FRPSOHMRV WDPELpQ VH SXHGH XVDU XQ UDGLR HQODFH GH WHOHFRPXQLFDFLRQHV x &DQFHODGRUHV GH HFR \ YDULRV HTXLSRV SHULIpULFRV GH VHxDOL]DFLyQ 3DUD HO FDVR GH WHOHYLVLyQ OD HVWDFLyQ WHUUHQD HV FRQILJXUDGD GH OD VLJXLHQWH PDQHUD x /RV HVWXGLRV GH WHOHYLVLyQ VRQ SURJUDPDGRV SDUD UHDOL]DU ODV IXQFLRQHV GH WUDQVPLVLyQ x 6H DFWLYDQ ODV IXQFLRQHV SDUD OD WUDQVPLVLyQ GH EURDGFDVWLQJ ORFDO (TXLSDPLHQWR DX[LOLDU /RV HTXLSRV DX[LOLDUHV SDUD XQD HVWDFLyQ WHUUHQD VH GHVFULEHQ D FRQWLQXDFLyQ x (TXLSDPLHQWR SDUD VXSHUYLVLyQ \ FRPDQGR SDUD FRQWURODU FRQWLQXDPHQWH HO GHVHPSHxR WDQWR GH ORV HQODFHV FRPR GHO WUiILFR TXH HVWDU FLUFXODQGR SRU OD UHG SXGLHQGR VHU GH YR] \ GH GDWRV VLPXOWiQHDPHQWH x (TXLSRV GH PHGLFLyQ SDUD FRQWURODU YDULDEOHV FRPR YROWDMH FRUULHQWH \ SRWHQFLD GH ORV HTXLSRV DGHPiV GH ORV HQODFHV WDQWR GH EDMDGD FRPR 8

148

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150

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151

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152

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153

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154

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155

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156

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157

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(O WpUPLQR FRUUHFWR HQ HVSDxRO HV FLIUD GH PpULWR VLQ HPEDUJR HO XVR FRP~Q KD KHFKR TXH VH WUDGX]FD HO WpUPLQR HQ LQJOpV ILJXUH TXH VLJQLILFD WDQWR FLIUD FRPR ILJXUD DTXt KHPRV SUHIHULGR VHJXLU HO XVR FRP~Q

159

TXH HO DPSOLILFDGRU HVWp JHQHUDQGR PiV SRWHQFLD TXH OD TXH OH VXPLQLVWUD OD IXHQWH GH DOLPHQWDFLyQ 3RGUtD GHFLUVH TXH OD ILJXUD GH PpULWR GD XQD PHGLGD GH OD ERQGDG GHO DPSOLILFDGRU SDUD JHQHUDU SRWHQFLD ~WLO GH VHxDO HQ WDQWR TXH OD HILFLHQFLD GD XQD PHGLGD GH OD HQHUJtD TXH VH SLHUGH HQ HO DPSOLILFDGRU HQ IRUPD GH FDORU 7XERV GH 2QGD 3URJUHVLYD 7:7 7UDYHOLQJ :DYH 7XEH 'H SULQFLSLR VLPLODU DO NO\VWURQ XQ WXER GH KD] OLQHDO TXH EDVD VX IXQFLRQDPLHQWR HQ OD LQWHUDFFLyQ GH XQ KD] HOHFWUyQLFR FRQ XQD RQGD HOHFWURPDJQpWLFD TXH YLDMD D OR ODUJR GHO WXER 6X HVWUXFWXUD VH LOXVWUD HQ OD ILJXUD \ HVWi IRUPDGR SRU XQ FiWRGR TXH SURGXFH XQ KD] HOHFWUyQLFR TXH HV HQIRFDGR SRU HO FDPSR PDJQpWLFR SURGXFLGR SRU ERELQDV H[WHUQDV \ TXH YLDMD KDFLD HO FROHFWRU PRYLpQGRVH HQ HO LQWHULRU GH XQD KpOLFH PHWiOLFD TXH VH H[WLHQGH D OR ODUJR GHO WXER /D KpOLFH DFW~D FRPR XQD OtQHD GH UHWDUGR HQ TXH OD VHxDO GH 5) YLDMD D OR ODUJR GHO WXER D OD PLVPD YHORFLGDG TXH HO KD] HOHFWUyQLFR FRPR XQD Â³RQGD OHQWDÂ´ (O FDPSR HOHFWURPDJQpWLFR GHELGR D OD FRUULHQWH HQ OD KpOLFH LQWHUDFW~D FRQ HO KD] HOHFWUyQLFR PRGXODQGR HQ YHORFLGDG D ORV HOHFWURQHV \ FDXVDQGR DJUXSDPLHQWRV GH pVWRV D OR ODUJR GHO WXER (O FDPSR HOHFWURPDJQpWLFR GHELGR D OD FRUULHQWH GHO KD] LQGXFH D VX YH] PiV FRUULHQWH HQ OD KpOLFH GH PRGR TXH HO HIHFWR QHWR HV OD DPSOLILFDFLyQ GH pVWD /D FRUULHQWH DVt DPSOLILFDGD HV FROHFWDGD PHGLDQWH XQ DFRSODGRU GLUHFFLRQDO FHUFDQR DO FROHFWRU HQ HO TXH VH HVWUHOOD HO KD] HOHFWUyQLFR 8Q DWHQXDGRU HO QÂ&#x17E; HQ OD ILJXUD LPSLGH TXH FXDOTXLHU RQGD UHIOHMDGD OOHJXH DO FiWRGR (O SULQFLSLR GH IXQFLRQDPLHQWR HVWD FXDQGR OD KpOLFH GHO 7:7 FRQVWLWX\H XQD HVWUXFWXUD SHULyGLFD GHVLJQDGD FRPR GH RQGD OHQWD \D TXH OD RQGD YLDMD D OR ODUJR GH OD KpOLFH \ QR HQ HO HVSDFLR OLEUH KDVWD HO FROHFWRU GH PRGR TXH DXQTXH OD RQGD YLDMH VREUH OD KpOLFH D YHORFLGDG FHUFDQD D OD GH OD OX] VX YHORFLGDG PHGLD D OR ODUJR GHO WXER HV PHQRU \ DSUR[LPDGDPHQWH LJXDO D OD YHORFLGDG FRQ TXH YLDMDQ ORV HOHFWURQHV HQ HO KD] HQWUH FiWRGR \ FROHFWRU HQ HO FHQWUR GH OD KpOLFH GHO RUGHQ GH GH OD YHORFLGDG GH OD OX] /D 20

160

LQWHUDFFLyQ HQWUH OD RQGD HQ OD KpOLFH \ ORV HOHFWURQHV GHO KD] HV FRQWLQXD \ GD OXJDU D DJUXSDPLHQWRV HOHFWUyQLFRV D OR ODUJR GHO WXER )LJXUD )LJXUD 3ULQFLSLR GHO IXQFLRQDPLHQWR GHO 7:7

)XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH WXERV DO YDFLR -RH ; 4LX %DUXFK /HYXVK $O DYDQ]DU KDFLD HO FROHFWRU ORV JUXSRV GH HOHFWURQHV VH YDQ KDFLHQGR PiV GHQVRV \ VX LQWHUDFFLyQ FRQ OD KpOLFH GD OXJDU D TXH OD RQGD SURJUHVLYD DXPHQWH GH DPSOLWXG HV GHFLU DPSOLILFiQGROD KDVWD VHU H[WUDtGD KDFLD HO FLUFXLWR GH VDOLGD )LJXUD 7XER GH RQGD SURJUHVLYD 7:7 CaÃ±Ã³n electrÃ³nico. 2. Entrada de RF. 3. Imanes externos. 4. Atenuador. 5. HÃ©lice. 6. Salida de RF. 7. Envolvente del tubo de vacÃo. 8. Colector

)XHQWH 0 6NROQLN 5DGDU +DQGERRN QG (G 0F*UDZ +LOO

/RV WXERV GH RQGD SURJUHVLYD SXHGHQ IXQFLRQDU HQ UDQJRV GH IUHFXHQFLD GHVGH XQRV 0+] KDVWD *+] \ PDQHMDU DQFKRV GH EDQGD KDVWD GH XQD RFWDYD FRQVLGHUDEOHPHQWH PiV TXH ORV .O\VWURQV 6X JDQDQFLD SXHGH VHU KDVWD GHO RUGHQ GH G% KDVWD G% 21

161

/D VHxDO GH HQWUDGD VH DSOLFD PHGLDQWH XQ DFRSODGRU GLUHFFLRQDO TXH SXHGH VHU XQD JXtD GH RQGD R XQD ERELQD VLWXDGD FHUFD GHO HPLVRU \ TXH LQGXFH FRUULHQWH HQ OD KpOLFH FRPR VH LOXVWUD HQ OD ILJXUD HQ OD TXH VH DSUHFLDQ WDPELpQ HO FiWRGR HO ILODPHQWR FDOHIDFWRU OD KpOLFH \ ORV LPDQHV R ERELQDV SDUD HO FRQILQDPLHQWR GHO KD] HOHFWUyQLFR )LJXUD 6HFFLyQ GHO FDxyQ HOHFWUyQLFR \ HQWUDGD GH 5) GH XQ WXER GH RQGD SURJUHVLYD

)XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH WXERV DO YDFLR -RH ; 4LX %DUXFK /HYXVK

(/ FLUFXLWR GH OD KpOLFH HV GH UHODWLYDPHQWH EDMD LPSHGDQFLD FRPSDUDGR FRQ XQD FDYLGDG UHVRQDQWH FRPR ODV XWLOL]DGDV HQ ORV .O\VWURQV 'H DKt TXH VH SXHGDQ FRQVHJXLU DQFKRV GH EDQGD FRQVLGHUDEOHV FRQ HVWH WLSR GH WXERV (O VLVWHPD GH HQIRTXH PDJQpWLFR HV VLPLODU DO GHO NO\VWURQ PHGLDQWH ERELQDV R LPDQHV H[WHUQRV DO FXHUSR GHO WXER \ HV VXPDPHQWH LPSRUWDQWH HQ HO GLVHxR GH pVWH \D TXH GHEH FRQILQDU HO KD] HOHFWUyQLFR FX\D VHFFLyQ WUDQVYHUVDO GHEH WHQHU XQ GLiPHWUR UHGXFLGR \ VLWXDUVH SUHFLVDPHQWH HQ HO FHQWUR GH OD KpOLFH FRQ XQ PtQLPR GH LQWHUFHSFLyQ FRQ HOOD /D HVWUXFWXUD GH OD KpOLFH HQ DOJXQDV GH VXV IRUPDV VH LOXVWUD HQ OD ILJXUD 22

162

)LJXUD (VWUXFWXUD GH OD KpOLFH GH XQ 7:7

+pOLFH FRQYHQFLRQDO /D]R GH DQLOORV %DUUD GH DQLOORV )XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH 5) GH 3RWHQFLD 3HUH] 9HJD

(O FROHFWRU SXHGH VHU GH XQD SLH]D VL ELHQ DFWXDOPHQWH VH SUHILHUHQ FROHFWRUHV HVFDORQDGRV SDUD IUHQDU SDXODWLQDPHQWH ORV HOHFWURQHV GHO KD] \ DXPHQWDU OD HILFLHQFLD GHO WXER /D VDOLGD GH 5) VH UHDOL]D PHGLDQWH XQ DFRSODGRU GLUHFFLRQDO JHQHUDOPHQWH XQD JXtD GH RQGD HQ HO H[WUHPR GH OD KpOLFH FHUFDQR DO FROHFWRU )LJXUD )LJXUD &ROHFWRU \ 6DOLGD GH 5) HQ XQ 7:7

)XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH WXERV DO YDFLR -RH ; 4LX %DUXFK /HYXVK 3DUD FRQVHJXLU XQ EXHQ HQIRTXH GHO KD] HO FiWRGR GHEH HVWDU DOLQHDGR FRQ SUHFLVLyQ UHVSHFWR D ORV GHPiV HOHFWURGRV \ SDUD UHGXFLU HO ERPEDUGHR GHO FiWRGR SRU LRQHV SRVLWLYRV TXH VH IRUPDQ HQ OD UHJLyQ GH OD KpOLFH FHUFDQD DO FROHFWRU \ DXPHQWDU OD YLGD ~WLO GHO WXER HO SHUILO GH ORV YROWDMHV GH F F HQ HO WXER VH GLVSRQH GH IRUPD TXH ORV LRQHV VHDQ GUHQDGRV KDFLD HO FROHFWRU 23

163

&DVL WRGRV ORV HOHFWURQHV VHFXQGDULRV JHQHUDGRV HQ HO FROHFWRU SXHGHQ DWUDSDUVH PHGLDQWH FRQILJXUDFLRQHV DGHFXDGDV GH pVWH \ GH OD FRQILJXUDFLyQ GHO FDPSR PDJQpWLFR DOUHGHGRU GHO FROHFWRU $O LJXDO TXH HQ HO NO\VWURQ OD FRQVLGHUDEOH HQHUJtD FLQpWLFD GH ORV HOHFWURQHV TXH LQFLGHQ VREUH HO FROHFWRU HV FDXVD GH FRQVLGHUDEOH GLVLSDFLyQ WpUPLFD \ UHGXFFLyQ GH OD HILFLHQFLD 3DUD IDFLOLWDU OD GLVLSDFLyQ \ H[WUDFFLyQ GH FDORU OD FRQILJXUDFLyQ H[WHUQD GHO FROHFWRU SXHGH VHU HQ IRUPD GH DOHWDV FRPR VH PXHVWUD HQ OD ILJXUD /D HILFLHQFLD VH DXPHQWD KDFLHQGR HO FROHFWRU HVFDORQDGR )LJXUD (VWUXFWXUD H[WHUQD GHO FROHFWRU GH XQ 7:7

)XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH 5) GH 3RWHQFLD 3HUH] 9HJD

&XDQGR XQ WXER GH RQGD SURJUHVLYD VH LQWHJUD MXQWR FRQ XQD IXHQWH GH DOLPHQWDFLyQ UHJXODGD \ ORV FRUUHVSRQGLHQWHV FLUFXLWRV GH SURWHFFLyQ HO FRQMXQWR VH GHVLJQD FRPR DPSOLILFDGRU GH RQGD SURJUHVLYD R 7:7$ (Q OD ILJXUD VH LOXVWUD XQ FRQMXQWR DPSOLILFDGRU GH RQGD SURJUHVLYD GH Z XWLOL]DGR HQ UDGDU TXH LQFOX\H HO 7:7 OD IXHQWH GH DOLPHQWDFLyQ \ ORV FLUFXLWRV GH FRQWURO /D SULQFLSDO YHQWDMD GHO 7:7 VREUH HO NO\VWURQ HV VX FRQVLGHUDEOH DQFKR GH EDQGD GH IXQFLRQDPLHQWR

Traveling Wave Tube Amplifier.

164

)LJXUD 7:7$ GH Z

)XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH 5) GH 3RWHQFLD 3HUH] 9HJD

/RV WXERV GH RQGD SURJUHVLYD DO LJXDO TXH ORV .O\VWURQV VH GLVHxDQ SDUD IXQFLRQDPLHQWR WDQWR HQ RQGD FRQWLQXD &: FRPR SXOVDQWH \ SXHGHQ WHQHU JDQDQFLDV GH D G% HQ WRGR HO DQFKR GH EDQGD 6X FDSDFLGDG GH SRWHQFLD GHSHQGLHQGR GH OD DSOLFDFLyQ YD GHVGH PLOL ZDWWV KDVWD GHFHQDV GH NLORZDWWV (Q OD ILJXUD VH LOXVWUD XQ WXER GH RQGD SURJUHVLYD GH Z )LJXUD 7:7 GH :

)XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH 5) GH 3RWHQFLD 3HUH] 9HJD

7:7 GH FDYLGDGHV DFRSODGDV /RV WXERV GH RQGD SURJUHVLYD VH FODVLILFDQ HQ GRV WLSRV SULQFLSDOHV GH KpOLFH FRPR ORV GLVFXWLGRV HQ ODV VHFFLRQHV DQWHULRUHV \ GH FDYLGDGHV DFRSODGDV /RV GH KpOLFH HVWiQ OLPLWDGRV HQ OD SRWHQFLD GH SLFR GH 5) TXH SXHGHQ PDQHMDU D FDXVD GH OD FRUULHQWH TXH SXHGH FLUFXODU SRU HOORV \ SRU 25

165

FRQVHFXHQFLD HO GLiPHWUR GHO DODPEUH GH OD KpOLFH $O DXPHQWDU OD SRWHQFLD OD KpOLFH SXHGH VREUHFDOHQWDUVH \ GHIRUPDUVH (O GLiPHWUR GHO DODPEUH SXHGH DXPHQWDUVH SHUR VL HV PX\ JUXHVR QR HV SRVLEOH PDQWHQHU HO SDVR GH OD KpOLFH HV GHFLU OD GLVWDQFLD HQWUH HVSLUDV VXFHVLYDV 7tSLFDPHQWH ORV 7:7 GH KpOLFH SURSRUFLRQDQ XQD SRWHQFLD Pi[LPD GHO RUGHQ GH NZ (VWD OLPLWDFLyQ VH VXSHUD VL VH UHHPSOD]D OD KpOLFH SRU XQD VHULH GH FDYLGDGHV UHVRQDQWHV DFRSODGDV GLVSXHVWDV D[LDOPHQWH D OR ODUJR GHO KD] HQ OD IRUPD TXH VH LOXVWUD HQ IRUPD HVTXHPiWLFD HQ OD ILJXUD )LJXUD (VWUXFWXUD HVTXHPiWLFD GH ODV FDYLGDGHV DFRSODGDV

)XHQWH $PSOLILFDGRUHV GH 5) GH 3RWHQFLD 3HUH] 9HJD

&RQFHSWXDOPHQWH HVWD HVWUXFWXUD SXHGH FRQVLGHUDUVH FRPR XQD JXtD GH RQGD KHOLFRLGDO \ SHUPLWH WDPELpQ FRQVHJXLU DPSOLILFDFLyQ SRU PRGXODFLyQ HQ YHORFLGDG GHO KD] HOHFWUyQLFR /DV JXtDV GH RQGD KHOLFRLGDOHV WLHQHQ DOWD GLVSHUVLyQ QR OLQHDO \ VRQ SRU FRQVHFXHQFLD HVWUXFWXUDV GH EDQGD HVWUHFKD VL ELHQ PiV DQFKD TXH ODV FDYLGHVGH GH XQ NO\VWURQ 8Q 7:7 GH FDYLGDGHV DFRSODGDV SXHGH SURSRUFLRQDU SRWHQFLDV VXSHULRUHV D NZ 6X IXQFLRQDPLHQWR HV VLPLODU DO GHO NO\VWURQ H[FHSWR TXH ORV 7:7 GH FDYLGDGHV DFRSODGDV VH GLVHxDQ FRQ DWHQXDFLyQ HQ OD SURSLD HVWUXFWXUD GH RQGD OHQWD HQ OXJDU GHO DWHQXDGRU TXH VH HPSOHD HQ ORV 7:7 GH KpOLFH

166

)LJ 7:7 GH FDYLGDGHV DFRSODGDV \ NZ GH SRWHQFLD SXOVDQWH

)XHQWH / &RPPXQLFDWLRQV Â± (OHFWURQ 'HYLFHV

(O WXER PRVWUDGR HQ OD ILJXUD HV GH FROHFWRU HVFDORQDGR GH GRV HWDSDV FRQ XQ YROWDMH WtSLFR GHO FROHFWRU GH N9 \ GH N9 HO FROHFWRU (O YROWDMH GH FiWRGR HV GH N9 D XQD FRUULHQWH SLFR GH $ (Q FRQGLFLRQHV WtSLFDV GH IXQFLRQDPLHQWR HQ IRUPD SXOVDQWH HO FLFOR GH WUDEDMR HV GH SDUD XQD SRWHQFLD SURPHGLR PtQLPD GH Z (O HQIULDPLHQWR HV SRU DLUH IRU]DGR (QIULDPLHQWR (Q ORV 7:7 GH EDMD SRWHQFLD HO HQIULDPLHQWR VH UHDOL]D ILMDQGR HO WXER D XQD SODFD PHWiOLFD PRQWDGD D VX YH] HQ XQ GLVLSDGRU HQIULDGR SRU DLUH R SRU OtTXLGR UHIULJHUDQWH /RV WXERV GH FDYLGDG DFRSODGD GH SRWHQFLD SURPHGLR LQIHULRU D NZ VH HQIUtDQ SRU DLUH KDFLpQGROR FLUFXODU SRU WRGR HO FXHUSR GHO WXER /RV GH DOWD SRWHQFLD VXHOHQ HQIULDUVH SRU OtTXLGR FLUFXODQWH VREUH HO FXHUSR GHO WXER \ HO FROHFWRU 7HFQRORJtD *LURWURQ (O IXQFLRQDPLHQWR GHO GLVSRVLWLYR OODPDGR XQ *LURWURQ VH EDVD HQ XQ IHQyPHQR FRQRFLGR FRPR HO (&5 UHVRQDQFLD GHO FLFORWUyQ GHO HOHFWUyQ LQHVWDELOLGDG GH ORV HOHFWURQHV UHODWLYLVWDV URWDWRULDV GXUDQWH OD LQWHUDFFLyQ HQ XQ FDPSR PDJQpWLFR FRQVWDQWH FRQ XQ FDPSR HOpFWULFR GH OD RQGD 27

167

HOHFWURPDJQpWLFD 7UDEDMR WHyULFR VREUH HVWH IHQyPHQR IXH LQLFLDGR SRU 7ZLVV HQ $XVWUDOLD 6FKQHLGHU HQ ORV ( H X X \ *DSRQRY HQ OD 8566 HQ ILQDOHV GH ORV /RV SULPHURV H[SHULPHQWRV VH OOHYDURQ D FDER \ ORV UHVXOWDGRV SXEOLFDURQ SRU *DSRQRY \ 3HQWDO HQ $ FRQWLQXDFLyQ ORV UHVXOWDGRV GH YDULRV H[SHULPHQWRV IXHURQ SXEOLFDGRV SULQFLSDOPHQWH SRU XQ JUXSR GH FLHQWtILFRV GH (VWDGRV 8QLGRV \ OD 8566 (O SULPHU WUDEDMR *LURWURQ FRQVWUX\y +LUVKILHOG \ :DFKWHO HQ (O *LURWURQ FRQ XQ DUPD GH HOHFWUyQ DQXODU PDJQHWUyQ FRQ OD FRPSUHVLyQ DGLDEiWLFD GH OD FRUULHQWH GH HOHFWURQHV \ OD FDYLGDG FRQ SDUHGHV OLVDV GH URWDFLyQ IXH LQYHQWDGR HQ HO ,QVWLWXWR GH ItVLFD GH OD 5DGLR *RUNL DKRUD 1L]KQ\ 1RYJRURG HQ OD 8566 SRU *DSRQRY \ .LHVHO HQ /D ILJXUD PXHVWUD XQ HVTXHPD GH OD SULPHUD *LURWURQ 6H REWXYR OD SRWHQFLD GH : HQ HO PRGR GH WUDEDMR FRQWLQXR HQ OD IUHFXHQFLD GH *+] (O XVR GH XQ DUPD GH HOHFWUyQ 0,* 0DJQHWUyQ DUPD GH OD LQ\HFFLyQ \ XQD VROD FDYLGDG KD HQWUHJDGR LPSRUWDQWH SRWHQFLD FRQ XQD HILFLHQFLD PX\ EXHQD HQ FRPSDUDFLyQ FRQ ORV H[SHULPHQWRV DQWHULRUHV )LJ &RQVWUXFFLyQ GHO SULPHU *LURWURQ

)XHQWH / &RPPXQLFDWLRQV Â± (OHFWURQ 'HYLFHV

* 6 1XVLQRYLFK ,QWURGXFFLyQ D OD ItVLFD GH *\URWURQV %DOWLPRUH -RKQV +RSNLQV 8QLYHUVLW\ 3UHVV 5 4 7ZLVV WUDQVIHUHQFLD GH UDGLDFLyQ \ OD SRVLELOLGDG GH OD DEVRUFLyQ QHJDWLYD HQ UDGLR DVWURQRPtD - SK\V GH $XVW YRO SS

168

3RVWHULRUPHQWH VH UHDOL]DURQ QXHYRV H[SHULPHQWRV FRQ *LURWURQ WUDEDMDQGR HQ FRUULHQWHV DUPyQLFDV PiV DOWDV \ OD JHQHUDFLyQ GH PD\RU SRWHQFLD GH VDOLGD (Q ORV DxRV IXH XQ DYDQFH VLJQLILFDWLYR VH KD KHFKR WDQWR HQ HO iPELWR WHyULFR \ H[SHULPHQWDO LQFOX\HQGR OD WHRUtD GH *LURWURQ \ RWURV GLVSRVLWLYRV EDVDGRV HQ H[WUDFFLyQ GH HQHUJtD GH ORV HOHFWURQHV JLUDQGR WDOHV FRPR JLURFRPSiV NO\VWURQ 7:7 JLURFRPSiV HWFpWHUD 7DPELpQ KXER RWURV H[SHULPHQWRV OOHYDGRV D FDER FRQ HO ILQ GH PHMRUDU OD HILFLHQFLD \ OD SRWHQFLD GH 5) GH VDOLGD 6H FHQWUDURQ SULQFLSDOPHQWH HQ OD FRUUHFWD HODERUDFLyQ GH SHUILOHV GH OD FDYLGDG iUHD GH LQWHUDFFLyQ HOLPLQDFLyQ GH OD RVFLODFLyQ SDUiVLWD DXPHQWR GH OD IUHFXHQFLD GH WUDEDMR \ HO GHVDUUROOR GH DUPRQLRVR *LURWURQ (O XVR GHO ODQ]DGRU GH VDOLGD KHOLFRLGDO GHVDUUROODGR SRU 9ODVRZ HQ SHUPLWLy OD FRQYHUVLyQ GH RQGD PXOWLPRGDO HQ XQ PRGR GH GLVWULEXFLyQ *DXVVLDQD > @ (Q ORV DxRV VH KD LQLFLDGR HO WUDEDMR VREUH JLURWURQHV HQ PXFKRV RWURV SDtVHV FRPR %UDVLO &RUHD )UDQFLD -DSyQ $XVWUDOLD \ $OHPDQLD (Q ORV DxRV Â± VH UHDOL]y XQ LPSRUWDQWH GHVDUUROOR GHO *LURWURQ FRD[LDO 'XUDQWH HVWH SHUtRGR HO HTXLSR GH .DUOVUXKH )=. WUDEDMR SDUD HO SUR\HFWR ,7(5 KD KHFKR ORV SURJUHVRV PiV VLJQLILFDWLYRV 6H OOHYDURQ D FDER H[WHQVDV DFWLYLGDGHV GH LQYHVWLJDFLyQ \ SURGXFFLyQ HQ (VWDGRV 8QLGRV -DSyQ \ 5XVLD (Q HO SUHVHQWH PiV SDtVHV FRPR ,QGLD \ &KLQD KDQ FRPHQ]DGR D WUDEDMDU HQ VX SURSLR *LURWURQ (VSHUDPRV TXH HQ XQ IXWXUR SUy[LPR 3RORQLD WDPELpQ VH XQLUi D HVWH FOXE GH pOLWH /D LQYHVWLJDFLyQ LQLFLDO \D KD VLGR UHDOL]DGD SRU HO HTXLSR GH WHUDKHUFLRV :URFÃ¡DZ

0 7KXPP +LVWRULD SUHVHQFLD \ IXWXUR GH J\URWURQV HQ 3URF ,((( LQW YDFtR HOHFWUyQ &RQI ,9(& 5RPD ,WDOLD SiJV 0 7KXPP +LVWRULD SUHVHQFLD \ IXWXUR GH J\URWURQV HQ 3URF ,((( LQW YDFtR HOHFWUyQ &RQI ,9(& 5RPD ,WDOLD SiJV Â©:URFÃ¡DZ 7HUDKHU] HTXLSRÂª >HQ OtQHD@ 'LVSRQLEOH KWWS ZZZ WK] SZU ZURF SO

169

)LJ (VWUXFWXUD GHO *LURWURQ

)XHQWH * 6 1XVLQRYLFK ,QWURGXFWLRQ WR WKH 3K\VLFV RI *\URWURQV -RKQ +RSNLQV 8QLY 3UHVV 0DU\ODQG 86$

*LURWURQ KD HQFRQWUDGR PXFKDV DSOLFDFLRQHV HQ PXFKDV iUHDV GLIHUHQWHV WDOHV FRPR FRPXQLFDFLyQ /D )LJXUD PXHVWUD XQD LOXVWUDFLyQ GH WRGRV ORV HOHPHQWRV FODYH GH XQ JLURWUyQ GH DOWD SRWHQFLD TXH XWLOL]D HVWH SURFHVR /D LQHVWDELOLGDG GH PDVD QHJDWLYD VH SURQRVWLFy SULPHUR WHyULFDPHQWH WDQWR HQ WpUPLQRV GH XQD WHRUtD FOiVLFD \ FXiQWLFD D ILQDOHV GH \ OD SULPHUD GHPRVWUDFLyQ H[SHULPHQWDO VHJXLGD XQRV DxRV PiV WDUGH OR TXH GHPXHVWUD HO SRWHQFLDO GH HVWD IXHQWH SDUD VHU XWLOL]DGR FRPR 8Q HVTXHPD GH FDOHQWDPLHQWR HILFLHQWH SDUD SODVPDV PDJQHWL]DGRV 3HUR SDVDU GH HVWH SULQFLSLR GH SUXHED D SULQFLSLRV GH ORV UHVXOWDGRV DOFDQ]DGRV SDUD ORV *LURWURQHV TXH VH XWLOL]DQ HQ ,7(5 KD UHTXHULGR XQ HVIXHU]R VXVWDQFLDO HQ OD WHFQRORJtD \ OD FRPSUHQVLyQ WHyULFD (Q OD ~OWLPD GpFDGD SDUDOHODPHQWH DO GHVDUUROOR GH *LURWURQHV D QLYHO GH SRWHQFLD 0: SDUD DSOLFDFLRQHV GH IXVLyQ VH VLJXLy XQD VHJXQGD OtQHD GH GHVDUUROOR FRQ XQ REMHWLYR RULHQWDGR DO GLDJQyVWLFR (VWRV WLSRV GH *LURWURQHV VRQ GH SHTXHxR D PHGLDQR SRGHU

16 . 6DNDPRWR $ .DVXJDL . 7DNDKDVKL 5 0LQDPL 1 .RED\DVKL . .DMLZDUD $FKLHYHPHQW RI UREXVW KLJK HIILFLHQF\ 0: RVFLOODWLRQ LQ WKH KDUG VHOI H[FLWDWLRQ UHJLRQ E\ D *+] FRQWLQXRXV ZDYH J\URWURQ 1DWXUH 3K\V

170

*LURWURQ : TXH RSHUDQ D IUHFXHQFLDV TXH YDQ GHVGH *+] D 7+] FRQ DSOLFDFLRQHV D GLYHUVRV FDPSRV FRPR HO SODVPD GH GLDJQyVWLFR HVSHFWURVFRSLD LQIUDUURMR OHMDQR HVSHFWURVFRSLD (Q FRPSDUDFLyQ FRQ HO *LURWURQ SDUD DSOLFDFLRQHV GH IXVLyQ HO *LURWURQ GLDJQyVWLFR SDUD DSOLFDFLRQHV HVSHFWURVFySLFDV HV WHFQROyJLFDPHQWH VLJQLILFDWLYDPHQWH PiV VLPSOH \D TXH QR GHEHQ PDQHMDU JUDQGHV SRWHQFLDV 5) VLQ HPEDUJR VXV SURSLHGDGHV HVSHFWUDOHV 5) VRQ PiV HVWULFWDV HQ WpUPLQRV GH HVWDELOLGDG GH IUHFXHQFLD \ DQFKR GH OtQHD /RV *LURWURQHV DFWXDOPHQWH EDMR GLVHxR HQ &533 SDUD HVSHFWURVFRSLD \ FRPXQLFDFLRQHV PHMRUDGD RSHUDUiQ D IUHFXHQFLDV GH *+] \ *+] \ SURSRUFLRQDUiQ SRWHQFLDV GH 5) VXSHULRUHV D : $PSOLILFDGRUHV GH HVWDGR VyOLGR 663$ /RV DPSOLILFDGRUHV PiV LQWHUHVDQWHV SRU OD UHODFLyQ HQWUH HO FRVWR FRQVXPR WDPDxR UHSURGXFWLYLGDG \ GLVWRUVLRQHV VRQ ORV UHDOL]DGRV PHGLDQWH WUDQVLVWRUHV 663$ (O VHPLFRQGXFWRU VLOLFLR HV ~WLO HQ WUDQVLVWRUHV ELSRODUHV KDVWD ORV 0+] PLHQWUDV TXH HO $UVHQLXUR GH *DOLR $V *D VH XWLOL]D SRU HQFLPD GH GLFKD IUHFXHQFLD HQ OD FRQILJXUDFLyQ GH WUDQVLVWRU GH HIHFWR GH FDPSR )(7 (Q ORV DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD GH HVWDGR VyOLGR HO QLYHO Pi[LPR GH SRWHQFLD GH VDOLGD HV GH ZDWWV HQ ODV EDQGDV GH *+] \ GH Z HQ *+] 7LHQHQ SRU HOOR XQD SRWHQFLD GH VDOLGD OLPLWDGD IUHQWH D ORV DPSOLILFDGRUHV WUDGLFLRQDOHV XVDGRV HQ HVWDFLRQHV WHUUHQDV (Q ORV DPSOLILFDGRUHV GH EDMR UXLGR VH VHOHFFLRQD OD FRQILJXUDFLyQ )(7 FRQ EDUUHUD 6FKRWWN\ TXH SHUPLWH XQD ILJXUD GH UXLGR PX\ UHGXFLGD 3RU HMHPSOR HQ HVWDFLRQHV WHUUHQDV FRQ HWDSDV GRQGH OD SULPHUD VH HQIUtD

Solid State Power Amplifier

171

WHUPRHOpFWULFDPHQWH PHGLDQWH FHOGDV 3HOWLHU D Â&#x192;& VH ORJUDQ YDORUHV GH G% D *+] FRQ JDQDQFLD GH G% (Q HVWDFLRQHV SDUD FRPXQLFDFLRQHV WHUUHVWUHV QR VH UHFXUUH DO HQIULDPLHQWR WHUPRHOpFWULFR \ OD ILJXUD GH UXLGR VH HQFXHQWUD FHUFD GH G% /D WHFQRORJtD HV &LUFXLWRV ,QWHJUDGRV GH 0LFURRQGDV +tEULGRV +0,& FRQ D HWDSDV HQ FDVFDGD (Q OD ILJXUD VH REVHUYD XQ DPSOLILFDGRU GH SRWHQFLD GH HWDSDV SDUD WUDEDMDU HQ OD EDQGD GH *+] 6H GLVSRQH WDQWR GHO GLDJUDPD HQ EORTXHV GH ODV HWDSDV FRPR GHO HVTXHPD FLUFXLWDO HQ SHOtFXOD GHOJDGD )LJ (VWUXFWXUD GHO 663$

)XHQWH KWWS ZZZ ERQQ HOHNWURQLN FRP DOOJHPHLQ FIP"ODQJ HQJ YHUVLRQ ZHE

(Q ORV UDGLRHQODFHV SDUD VHxDOHV GLJLWDOHV VH UHTXLHUH XQ Pi[LPR GH OLQHDOLGDG GH ODV HWDSDV DFWLYDV GHELGR D TXH OD PRGXODFLyQ 4$0 \ 7&0 WLHQHQ XQD PRGXODFLyQ GH DPSOLWXG VXSHUSXHVWD D OD GH IDVH 3DUD REWHQHU EXHQD OLQHDOLGDG UHSURGXFWLYLGDG FRQ EDMR FRVWR YROXPHQ \ GLVLSDFLyQ VH UHTXLHUH XQ Pi[LPR GH LQWHJUDFLyQ FLUFXLWDO &RPR OD PRGXODFLyQ GLJLWDO HV PX\ VHQVLEOH D OD GHULYD GH IDVH GH OD SRUWDGRUD ORV UHVRQDGRUHV ILOWURV \ FLUFXODGRUHV GHEHQ WHQHU WROHUDQFLDV PX\ UHGXFLGDV SDUD SUHYHQLU ODV IOXFWXDFLRQHV SRU WHPSHUDWXUD /D LQWHUPRGXODFLyQ VH SURGXFH HQ FLUFXLWRV DOLQpDOHV 6XSRQLHQGR OD HQWUDGD GH ODV IUHFXHQFLDV I \ I &RPR WLHQHQ GLVWLQWD IUHFXHQFLD JLUDQ FRQ GLVWLQWD YHORFLGDG DQJXODU \ OD DPSOLWXG IOXFW~D 32

172

GHVGH XQ Pi[LPR D XQ PtQLPR 3RU OR WDQWR VH H[LJH DO DPSOLILFDGRU HQ WRGR HO UDQJR GLQiPLFR /RV SURGXFWRV GH LQWHUPRGXODFLyQ VRQ I Â&#x201C; I LQWHUPRGXODFLyQ GH Â&#x17E; RUGHQ I I \ I I LQWHUPRGXODFLyQ GH Â&#x17E; RUGHQ (O DPSOLILFDGRU SRU FDGD LQFUHPHQWR GH SRWHQFLD GH G% GH I \ GH I SURGXFH XQ LQFUHPHQWR GH G% GH Â³I I Â´ \ GH Â³I I Â´ HV GHFLU TXH HPSHRUD OD UHODFLyQ VHxDO D LQWHUPRGXODFLyQ 3DUD UHGXFLU OD LQWHUPRGXODFLyQ VH UHFXUUH D PpWRGRV (O SULPHUR FRQVLVWH HQ WUDEDMDU ORV DPSOLILFDGRUHV HQ OD ]RQD GH WUDQVIHUHQFLD OLQHDO UHGXFLHQGR OD SRWHQFLD GH VDOLGD HQ XQ YDORU GHQRPLQDGR %DFN RII (O VHJXQGR FRQVLVWH HQ FRORFDU XQ OLQHDOL]DGRU HQ HO FXDO VH JHQHUD XQD GLVWRUVLyQ LJXDO \ RSXHVWD DO UHVWR GH ORV FLUFXLWRV (O %DFN RII VH GHILQH FRPR OD GLIHUHQFLD HQWUH OD SRWHQFLD GH VDWXUDFLyQ GHO DPSOLILFDGRU \ OD SRWHQFLD UHDOPHQWH REWHQLGD $O QR WUDEDMDU HQ VDWXUDFLyQ HO DPSOLILFDGRU WLHQH XQD GLVLSDFLyQ PD\RU TXH REOLJD D RFXSDU XQ YROXPHQ ItVLFR WDPELpQ PD\RU FRQVXPLHQGR PiV SRWHQFLD TXH ORV HQODFHV UDGLRHOpFWULFRV SDUD VHxDOHV DQDOyJLFDV GH FDSDFLGDG HTXLYDOHQWH )LJ $PSOLILFDGRUHV 663$

)XHQWH KWWS RD XSP HV SGI

173

9DORUDFLyQ GH ODV WHFQRORJtDV GH DPSOLILFDFLyQ /D WHFQRORJtD HOHFWUyQLFD GH YDFtR HV D OD YH] QXHYD \ DxHMD VX OHJDGR HV LPSUHVLRQDQWH \ ELHQ FRQRFLGR 6LQ HPEDUJR VH HVWiQ DOFDQ]DQGR QLYHOHV VRUSUHQGHQWHV GH GHVHPSHxR \ FRQILDELOLGDG FRQ LQQRYDFLRQHV PRGHUQDV TXH H[SORWDQ QXHYRV PDWHULDOHV HVWUXFWXUDV HOHFWURPDJQpWLFDV WpFQLFDV GH IDEULFDFLyQ \ GLVHxRV /D WHFQRORJtD GH HOHFWUyQLFD GH YDFtR KD VLGR \ FRQWLQXDUi VLHQGR OD WHFQRORJtD TXH SHUPLWH FODVHV HQWHUDV GH DPSOLILFDGRUHV GH DOWD SRWHQFLD \ DOWD IUHFXHQFLD UHIOHMDGR HQ OD IDEULFDFLyQ GH HVWRV GLVSRVLWLYRV WDQWR SDUD XVR PLOLWDU FRPR FRPHUFLDO (VWRV IXHUWHV UHTXLVLWRV HVWiQ OOHYDQGR ILUPHPHQWH D ORV GLVHxDGRUHV GH VLVWHPD HOHFWUyQLFRV DO HVSDFLR SDUDPpWULFR GH IUHFXHQFLD SRWHQFLD TXH HV HO GRPLQLR QDWXUDO GH OD HOHFWUyQLFD GH YDFtR (Q OD )LJXUD VH SXHGH REVHUYDU ORV FDPSRV GH DSOLFDFLyQ GH ORV DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD FRQ UHVSHFWR D ODV IUHFXHQFLDV GH WUDEDMR 3XHGH REVHUYDUVH TXH YDQ GHVGH FRPXQLFDFLRQHV WHUUHVWUHV WDQWR FRPR PLOLWDU \ FLYLO KDVWD IUHFXHQFLDV HQ H[SORUDFLyQ SDUD XVR GH WHOHFRPXQLFDFLRQHV FRPHUFLDOHV )LJXUD $SOLFDFLRQHV SDUD ORV +3$

)XHQWH $ .DW] Â³/LQHDUL]DWLRQ 5HGXFLQJ GLVWRUWLRQ LQ SRZHU DPSOLILHUV Â´ ,((( 0LFURZ 0DJ YRO QR SS Â± 'HF

174

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)XHQWH $ .DW] Â³/LQHDUL]DWLRQ 5HGXFLQJ GLVWRUWLRQ LQ SRZHU DPSOLILHUV Â´ ,((( 0LFURZ 0DJ YRO QR SS Â± 'HF

(Q ODV ~OWLPDV GpFDGDV VH KDQ ORJUDGR PHMRUDV LPSRUWDQWHV HQ OD FRQILDELOLGDG GH ORV DPSOLILFDGRUHV HOHFWUyQLFRV GH YDFtR /D YLGD PHGLD GH

'H VXV VLJODV HQ LQJOpV &KHPLFDO 9DSRU 'HSRVLWLRQ $ 9 *DOGHWVNL\ Â³+HOL[ VORZÇ¦ZDYH VWUXFWXUH ZLWK GLDPRQG7KH 1HWKHUODQGV $SU

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RSHUDFLyQ GH ORV SULQFLSDOHV WLSRV GH DPSOLILFDGRUHV HOHFWUyQLFRV GH YDFtR VLHPSUH VXEVWDQFLRVD HV DKRUD QRWDEOH 3RU HMHPSOR ODV DSOLFDFLRQHV HVSDFLDOHV UHTXLHUHQ YLGDV PHGLDV GH VHUYLFLR GH PiV GH KRUDV DxRV ORV GDWRV DFWXDOHV SDUD DPSOLILFDGRUHV GH WXERV GH RQGD YLDMHUD SDUD DSOLFDFLRQHV HVSDFLDOHV 7:7$V PXHVWUDQ XQD YLGD PHGLD SDUD IDOOR GH PLOORQHV GH KRUDV (VWDV PHMRUDV HQ OD FRQILDELOLGDG KDQ OOHYDGR D UHGXFFLRQHV LPSRUWDQWHV HQ ORV FRVWRV GH RSHUDFLyQ GH PXFKRV VLVWHPDV 0LHQWUDV WDQWR ORV DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD GH HVWDGR VyOLGR 663$V KDQ PHMRUDGR WDPELpQ D JUDQGHV SDVRV VX FDSDFLGDG WHQLHQGR FDGD YH] PD\RU SRWHQFLD GH VDOLGD \ PD\RUHV IUHFXHQFLDV GH RSHUDFLyQ H LPSODFDEOHPHQWH LQYDGLHQGR HO GRPLQLR WUDGLFLRQDO GH GHVHPSHxR GH OD WHFQRORJtD HOHFWUyQLFD GH YDFtR )LJXUD )LJXUD

)XHQWH $ .DW] Â³/LQHDUL]DWLRQ 5HGXFLQJ GLVWRUWLRQ LQ SRZHU DPSOLILHUV Â´ ,((( 0LFURZ 0DJ YRO QR SS Â± 'HF

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3RWHQFLD WtSLFD SDUD DPSOLILFDGRUHV GH DOWD SRWHQFLD XVDGRV HQ FRPXQLFDFLRQHV VDWHOLWDOHV FRPHUFLDOHV LQFOX\HQGR DPSOLILFDGRUHV GH RQGD YLDMHUD 7:7$ DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD NOLVWUyQ .3$ \ DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD GH HVWDGR VyOLGR 663$ )XHQWH $ .DW] Â³/LQHDUL]DWLRQ 5HGXFLQJ GLVWRUWLRQ LQ SRZHU DPSOLILHUV Â´ ,((( 0LFURZ 0DJ YRO QR SS Â± 'HF

S. Van Fleteren. Traveling wave tube vs. solid state amplifiers [Online]. Available: http://www. djmelectronics.com/articles/twtÇ¦vssolidstate.html

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(VWDGR DFWXDO GH ORV .O\VWURQ

/RV .O\VWURQV RSHUDQ HQ IUHFXHQFLDV GH 8+) KDVWD RQGDV PLOLPpWULFDV 7LHQHQ DOWD JDQDQFLD UDQJR GLQiPLFR HILFLHQFLD \ EDMR UXLGR DXQTXH FRQ DQFKRV GH EDQGD UHODWLYDPHQWH DQJRVWRV FRPSDUDGRV FRQ 7:7$V (QWUH ODV PXFKDV DSOLFDFLRQHV SDUD ORV .O\VWURQV GHVWDFD VX JUDQ UREXVWH] SDUD WUDQVPLVRUHV GH DOWD SRWHQFLD HQ GLIXVLyQ WHUUHVWUH \ FRPXQLFDFLRQHV VDWHOLWDOHV /RV FRQWLQXRV GHVDUUROORV WpFQLFRV KDQ UHDILUPDGR VX GRPLQLR $O LQFRUSRUDU 06'& OD HILFLHQFLD HQ VDWXUDFLyQ GH XQ .O\VWURQV GH N: GLVHxDGR SDUD OD EDQGD GH GLIXVLyQ GLUHFWD VDWHOLWDO '%6 DXPHQWy GH D (VWD PHMRUD SXHGH UHVXOWDU HQ DKRUURV GH PiV GH 86' HQ FRVWRV GH HQHUJtD SRU DxR &RPR FRQVHFXHQFLD HVWD OD YHQWD GH .O\VWURQV *(1 ,9 GH &RPPXQLFDWLRQV 3RZHU ,QGXVWULHV &3,Â¶V KD\D FDSWXUDGR HO GHO PHUFDGR GH DPSOLILFDGRUHV GH SRWHQFLD GH .O\VWURQV .3$ SDUD HQODFHV VDWHOLWDOHV GH FRPXQLFDFLRQHV (Q OD )LJXUD WDPELpQ VH SXHGH REVHUYDU OD SRWHQFLD WtSLFD GLVSRQLEOH SDUD HO .O\VWURQV 3DUD PXFKDV DSOLFDFLRQHV XQ NO\VWURQ HVWi OLPLWDGR SRU DOWR YROWDMH UHGXFLGR DQFKR GH EDQGD \ SRWHQFLD GHFUHFLHQWH HQ DOWDV IUHFXHQFLDV 6H KDQ GHVDUUROODGR GRV WHFQRORJtDV QRWDEOHV SDUD DWDFDU HVWRV SXQWRV (O .O\VWURQV GH LQWHUDFFLyQ H[WHQGLGD (,. \ HO .O\VWURQV GH KD] P~OWLSOH 0%. (O GHVDUUROOR PiV LQWHUHVDQWH GH ORV (,.V KD VLGR HQ OD EDQGD GH IUHFXHQFLD PLOLPpWULFD ([LVWHQ (,.V GLVSRQLEOHV SDUD IUHFXHQFLDV GHVGH OD EDQGD .D KDVWD OD EDQGD * 3RU HMHPSOR XQ (,. HV FDSD] GH HQWUHJDU XQD SRWHQFLD SURPHGLR GH : D *+] \ : D *+]. /RV 0%.V RIUHFHQ ODV YHQWDMDV GH PHQRU WDPDxR \ SHVR \ PD\RU DQFKR GH EDQGD FRPSDUDGRV FRQ ORV NOLVWURQHV GH XQ VROR KD] (Q 5XVLD VH KDQ GHVDUUROODGR H[WHQVLYDPHQWH GLVSRVLWLYRV GH P~OWLSOHV KDFHV 4XLHQHV GHVDUUROODURQ XQ 0%. SDUD EDQGD .X FDSD] GH HQWUHJDU N: GH SRWHQFLD SLFR : SURPHGLR TXH SHVD ~QLFDPHQWH J LQFOX\HQGR HO LPiQ 40

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FACTIBILIDAD DEL USO DE TECNOLOGÍAS VPN EN SISTEMAS VSAT Rolando Reynaldo Rojas Camino RESUMEN Las tecnologías de Redes Privadas Virtuales permiten que, a través de túneles seguros y encriptados, los usuarios que acceden a recursos en red puedan conectarse de manera remota dentro de las Redes Locales para desempeñar funciones como si se encontraran en el lugar, de manera segura, también para poder acceder a recursos que posiblemente solo se encuentren dentro de una empresa y no para acceso público. Otra aplicación, a niveles de Proveedores de Servicios de Internet, consiste realizar marcados para poder autenticar a sus clientes. Pero estos túneles tienen diversos requerimientos adicionales a una comunicación normal o a una transmisión en un solo sentido. Cuando hablamos de un enlace satelital, este nos presenta un medio de transmisión con ciertas características a nivel de protocolos de comunicación, la cuales afectan de manera negativa el desempeño de la transmisión de datos, el presente trabajo abordará las características a nivel de protocolo que nos ofrece un enlace satelital y como estas afectan a la implementación de Túneles de Conexiones Remotas con protocolos de seguridad y encriptación de los datos, se analizaran los problemas que se pueden presentar cuando se desea realizar Túneles hacia sitios remotos e incrementar la seguridad en una conexión satelital que puedan ser utilizadas por los clientes, si existen tecnologías que pueden utilizarse con medios satelitales, que posibles soluciones existen en este campo. Palabras-clave: VPN. VSAT. Seguridad. TCP/IP. Satélite.

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1 INTRODUCCION Las soluciones satelitales permiten hacer el despliegue rápido de enlaces de comunicación en sitios de difícil acceso, esto es una gran ventaja en cuanto a cobertura, también se llegan a ofrecer tasas de transferencia que pueden asemejarse a las conexiones ADSL actuales, todo esto referido al acceso de la conexión Internet. pero cuando hablamos de la seguridad y accesibilidad a recursos remotos se debe tomar en cuenta que estos se encuentran apoyados dentro de protocolos de comunicación bidireccional, no es lo mismo acceder a navegación en páginas WEB o acceder a contenido en Internet que conectarse remotamente a una oficina para acceder a recursos o conectar sitios para utilizar ciertas aplicaciones como si se encontrara en el lugar y de manera segura, las transmisiones por satélite están disponibles a cualquiera que tenga un receptor compatible [1]. 1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA Para realizar las conexiones remotas la solución generalmente es implementar Tecnologías de Redes Privadas Virtuales VPN. Pero una característica que no puede evadirse en un enlace satelital es la Latencia, referido al retardo de los paquetes, cuando se habla de comunicaciones donde se requiere que ambos lados, el HUB y las terminales VSAT, envíen y reciban datos encriptados, los retardos en la comunicación puede interpretarse como perdidas de paquetes y solicitudes de retransmisión. El problema de las VPN en un enlace satelital es el impacto en el despliegue de TCP (del inglés Transmission Control Protocol) [2]. Lo cual causa problemas en la implementación de Túneles VPN. Un ejemplo de VPN es el IPSec (del inglés Internet Protocol Secure), que es un estándar de seguridad especificado en la IETF (del inglés Internet Engineering Task Force). Diseñado para proveer seguridad basada en Criptografía, de alta calidad e interoperable para IPv4 e IPv6 [3].

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1.2. JUSTIFICACION Mucha de la literatura se centra en el estudio de la aplicación de IPSec, que actualmente es uno de los estándares de VPN más seguros y compatible, no solo para enlaces satelitales sino para aplicaciones en cualquier ambiente donde se requiere realizar conexiones remotas, pero existen más tecnologías que proporcionan diferentes rendimientos y que en algunos casos no son tomados en cuenta, se debe analizar las necesidades de conexión de los clientes y luego utilizar la mejor tecnología que se adapte a las limitaciones que muchas veces se tiene. 1.3. OBJETIVO GENERAL El principal objetivo del presente trabajo es comparar diversas tecnologías VPN en un enlace con características satelitales y evaluar el desempeño de estas. 1.4. OBJETIVOS ESPECIFICOS a) Analizar los problemas que presenta un enlace satelital a nivel de protocolo TCP. b) Definir y estudiar tecnologías VPN que son utilizados actualmente para creación de túneles. c) Realizar pruebas de las Tecnologías VPN en condiciones de alta latencia. d) Observar y comparar el rendimiento de los túneles utilizados 1.5. LIMITES Para el desarrollo del trabajo, no se cuenta con terminales VSAT físicas, por lo que las pruebas serán realizadas a través de simulación de conexiones

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públicas, donde se utilizarán parámetros de un enlace satelital a nivel de protocolos de comunicación Solo serán analizadas las tecnologías VPN más utilizadas que sean compatibles, no se tomarán en cuenta tecnologías propietarias de fabricantes específicos porque esto requiere de soluciones propias de cada uno de ellos. Los escenarios serán planteados a través de simulación de condiciones de un enlace satelital, como ser, latencia, perdida de paquetes, limitación en la tasa de transferencia, Etc. Y se realizarán conexiones VPN a través de este enlace observando el desempeño de las tecnologías.

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2 REVISION DE LA LITERATURA 2.1. LIMITACION DE CAPACIDAD EN COMUNICACIONES SATELITALES La capacidad de trasmisión no es un problema en comunicaciones en una dirección, como por ejemplo Broadcast, donde el satélite puede transmitir a la máxima capacidad del circuito y no se requiere confirmación de llegada de paquetes. En cambio, cuando se trata de una transmisión con el protocolo TCP, transferencia de datos en ambos sentidos, se tiene que tomar en cuenta las siguientes condiciones: se requiere una baja latencia en la red, se debe maximizar el uso de la capacidad, se tienen técnicas de detección y corrección de errores en el protocolo TCP, y deben evitarse las congestiones con un control de flujo. 2.2. LATENCIA La latencia asociada con las comunicaciones satelitales origina retardos de aproximadamente 125 ms [1], que es lo que requiere los paquetes de datos para viajar desde la superficie de la tierra hasta cualquier satélite de comunicación ubicado en la línea del ecuador. Esto se refiere a que el tiempo de RTT entre el origen y destino en una sesión de datos es de por lo menos 500 ms como se muestra en la figura 2.1. 2.3. ACELERACION TCP PARA ENLACES SATELITALES Los operadores satelitales han desarrollado tecnologías para minimizar los efectos de latencia en los enlaces, estas tecnologías se conocen como Aceleradores TCP, estos usan los PEP (del inglés Performance Enhancing Proxies). [1] Los PEP utilizan métodos de confirmación local de paquetes, donde se manipula las cabeceras TCP en los enrutadores conectados a los clientes, y

189

localmente se realizan las confirmaciones de paquete permitiendo que a través del enlace satelital solo fluyan paquetes de datos. Figura 2.1 – Tiempo RTT de comunicación satelital.

Ejemplo de los tiempos de Ida y Vuelta cuando se intenta acceder a una página web a través de un enlace satelital. Fuente: adaptada de http://csci6433.org/TCP%20IP%20Over%20Satellite-Yi%20Zhang.pdf.

Muchas aplicaciones sobre TCP no están diseñadas para trabajar en estas condiciones de latencia, aunque el cliente y es servidor estén conectados en la misma LAN (del inglés Local Area Network). El protocolo TCP ha sido diseñado para ser usado en enlaces terrestres donde las latencias exceden pocas veces los 250 ms cuando la señal viaja sobre líneas de cobre o fibra óptica. 2.4. CONFIRMACION DE PAQUETES TCP En las confirmaciones TCP (ACK) en muchas aplicaciones PEP, los segmentos de datos TCP son recibidos por el PEP localmente y este los responde. Estos el muy útil en enlaces donde existe mucho retardo en la transmisión de datos, como son los enlaces satelitales, aumentando la capacidad de la carga útil en los paquetes de datos que son enviados directamente a través del enlace satelital.

190

2.5. RETRANSMISIONES LOCALES TCP Un PEP puede retransmitir localmente segmentos de datos perdidos entre el este y el sistema receptor, esto aumenta la recuperación de datos perdidos. Para lo cual el PEP utiliza confirmaciones TCP del Sistema receptor de los segmentos de datos, Junto con tiempos de espera apropiados,

para

determinar la perdida local de datos, paquetes TCP se envían a los PEPs con la correlación de paquetes[3]. 2.6. SEGURIDAD DE DATOS TRANSMITIDOS A TRAVES DE ENLACES SATELITALES En redes WAN (del inglés Wide Area Network) empresariales se impone ciertos criterios de seguridad de datos. VPNs se han convertido en un estándar requerido para compañías que usan el Internet para conectar sus sitios remotos hacia las centrales [4]. 2.7. VPN VPN significa una red privada sobre la red pública. Las personas asumen que se refiere a la encriptación y cifrado de la información como en las tecnologías PPTP, L2TP, IPSec, etc. Una VPN se puede considerar como cualquier mecanismo que proporciona la conexión local sobre redes públicas, encriptado o no. Mientras el tráfico del usuario permanezca privado y seguro en cierto grado [5]. Algunos tipos de VPN serán citados a continuación. Las VPN operan en dos diferentes modos, Modo de Transporte y Modo Túnel. En el modo de transporte solamente la carga útil del paquete IP es encriptado, no así las cabeceras IP. En el modo túnel todo el paquete IP, incluyendo las cabeceras son encriptados proporcionando mayor seguridad. Figura 2.2.

191

Figura 2.2 – Modos de trabajo de una VPN.

Modos de trabajo de una conexión VPN especificando la encriptación y la autenticación. Fuente: adaptada de http://csci6433.org/TCP%20IP%20Over%20Satellite-Yi%20Zhang.pdf.

los túneles VPN se los utiliza generalmente para las siguientes aplicaciones: •

Túneles seguros entre enrutadores sobre el internet.

•

Realizar interconexiones entre redes LAN locales.

•

Acceso de usuarios remotos a la red LAN de una.

2.7.1. IPIP PROTOCOLO DE TUNEL IP A IP El túnel IPIP es un protocolo simple que encapsula los paquetes de comunicación en direcciones IP para hacer un túnel entre dos enrutadores a través de internet sin algún tipo de encriptamiento, solo para la comunicación entre redes locales con una cabecera aproximada de 20 Bytes [6]. 2.7.2. PPTP PROTOLOCO DE TUNEL PUNTO A PUNTO

192

PPTP es un túnel seguro para transporte de trafico IP usando Protocolo Punto a Punto (PPP). PPTP encapsula PPP en líneas virtuales que van sobre IP. PPTP incluye autenticación y contabilidad PPP para cada conexión PPTP. Soporta encriptación MPPE 40bit RC4 y MPPE 128bit RC4. El trafico PPTP usa el Puerto TCP 1723 y el protocolo IP GRE (del inglés Generic Routing Encapsulation). [7]. 2.7.3. L2TP PROTOCOLO DE TUNEL EN CAPA 2 Al igual que PPTP este encapsula el trafico PPP en líneas virtuales que van sobre IP, Frame Relay y otros. El propósito de este protocolo es de permitir la comunicación en capa 2 entre terminales sobre la red pública. Soporta encriptación MPPE 40bit RC4 y MPPE 128bit RC4. El trafico L2TP usa protocolo UDP para control y paquetes de datos. El Puerto UDP 1701 se usa solo para el establecimiento del enlace, el resto del trafico utiliza cualquier puerto UDP disponible (que puede o no incluir el puerto 1701) [8]. Los túneles PPTP se los utiliza generalmente para las siguientes aplicaciones: 2.7.4. SSTP PROTOCOLO DE TUNEL DE SOCKET SEGURO El protocolo SSTP Transporta un túnel PPP en canales TLS (del inglés Transport Layer Security) sobre el puerto TCP 443, con lo cual se permite que el túnel SSTP pase cualquier firewall y proxy [9]. puesto que el puerto 443 es usado para navegación HTTPS y no es filtrado, sino cortaría la navegación de páginas WEB. 2.7.5. IPSEC En el protocolo IPSec el paquete IP es encriptado con una llave simétrica la cual es compartida entre los extremos de la comunicación. AH (del inglés Authentication Header) es una parte de IPSec la cual es usada para proteger

193

la integridad, pero sin confidencialidad. ESP (del inglés Encapsulation Security Payload) es otra parte de IPSec usada para la confidencialidad con integridad y autenticación opcional [3]. 2.8. PROBLEMAS CON CONEXIONES VPN Y ACELERADORES TCP A pesar de los aceleradores TCP presentan un buen modo de mejorar la tasa de datos sobre enlaces satelitales, existen problemas cuando se trata de usar las tecnologías VPN con los aceleradores TCP juntos. El conflicto surge en la sesión de datos TCP en la cabecera original del paquete, existen dos problemas en este sentido: el primero el cuándo el paquete TCP original es completamente encriptado (la cabecera y la carga útil) entonces los datos de la cabecera de sesión no son posibles de alterar para la aceleración. El segundo problema es en el momento que se aplica la aceleración TCP a paquetes VPN, se puede vulnerar la autenticación de las confirmaciones de los paquetes VPN [1]. Esto puede observarse en la figura2.3. Figura 2.3 – Conflicto entre VPN y aceleradores TCP.

Problemas relacionados con el uso de aceleradores TCP en enlaces VPN. Fuente: adaptada de http://csci6433.org/TCP%20IP%20Over%20Satellite-Yi%20Zhang.pdf.

194

3 METODOLOGIA Para poder realizar las pruebas de factibilidad de las tecnologías VPN planteadas en el capítulo 2, se realizará la simulación de las condiciones de un enlace satelital a nivel de Red, para lo cual se planteando escenarios de simulación a través de los cuales se configurarán las conexiones VPN. 3.1. ESCENARIO PROPUESTO PARA LA SIMULACION En la figura 3.1 Se presenta un escenario común en una conexión Satelital de datos, donde se pretende conectar a través de un Túnel VPN un sitio remoto hacia una oficina central, utilizando la conexión a la red pública de Internet que, en este caso, pasa por un enlace satelital. Figura 3.1 – Escenario de Simulación Propuesto.

Modem VSAT

Internet

HUB

VPN Servidor Oficina Central

Sitio Remoto

Diagrama de conexión propuesto de un enlace de datos entre una oficina central y un sitio remoto. Fuente: Producción del autor. Se debe considerar que dependiendo de la VPN que se configure, los requerimientos de direcciones IP Publicas y equipamiento serán diferentes, esto suponiendo escenarios comunes donde se utilizan conexiones remotas.

195

3.2. SIMULACION Para poder realizar la simulación de los escenarios propuestos se requiere modificar los elementos intermedios entre el sitio remoto y el servidor, para lo cual se precisa de un simulador de las condiciones de un enlace satelital a nivel de red. Se plantean dos escenarios para la toma de mediciones, en la figura 3.2 se muestra el primer escenario para la simulación. Figura 3.2 – Primer Escenario Simulado.

RED WAN

Router VPN

Simulador WAN Router VPN

Internet

Modem internet

VPN Servidor Oficina Central

Sitio Remoto

Diagrama de conexión que será utilizado para la simulación donde la red WAN será simulada con condiciones satelitales. Fuente: Producción del autor. En este escenario se requieren de dos Enrutadores VPN los cuales deben tener configurada una dirección IP Publica alcanzable entre ellas, a través de estos se realizará la conexión entre la central y el sitio remoto. El primer escenario simulará una VPN entre una sucursal remota la cual requiere una conexión con las oficinas centrales de manera fija para que toda la red remota pueda conectarse a la oficina central. Por lo general este tipo de conexiones son establecidas de manera constante

196

sin la necesidad de que se tenga que hacer una conexión manual cada vez que se acceda a los recursos de una oficina central. El segundo escenario se muestra en la figura 3.3. Figura 3.3 – Segundo Escenario Simulado.

RED WAN

Router VPN

Simulador WAN Internet

Modem internet

VPN Servidor Oficina Central

Sitio Remoto

Diagrama de conexión que será utilizado para la simulación donde la red WAN será simulada con condiciones satelitales con solo un Enrutador VPN. Fuente: Producción del autor.

En este segundo escenario el sitio remoto no cuenta con un Enrutador VPN, tampoco con una dirección IP Publica en el lado remoto. La conexión VPN se realiza directamente entre el equipo Remoto con el Enrutador VPN del lado de la oficina central, este si debe contar con una IP Publica alcanzable. Este segundo escenario, al contrario que el anterior, simulará la conexión de un equipo específico ubicado en un sitio remoto, el cual solo accederá a la VPN cuando requiera conectarse a la oficina central.

197

3.3. SIMULADOR WAN y ROUTER VPN Para realizar la simulación de las condiciones del enlace satelital se escogió el Software WANem, el cual es capaz de simular diferentes condiciones de retardo, perdida de paquetes y capacidad del enlace en bps (bits por segundo). Todo dentro de una conexión puente entre dos extremos. Conectados al simulador se tiene dos enrutadores los cuales realizaran las conexiones VPN entre los equipos terminales. Las VPNs que serán configuradas serán: IPIP, PPTP, L2TP, SSTP y IPSec, para ello los enrutadores que se escogieron son Router Mikrotik, los cuales tienen soporte de configuración para utilizar estas tecnologías. No todas las VPN podrán ser utilizadas en los dos escenarios de simulación, en la tabla 3.1 se detallan los requerimientos de direcciones IP y los escenarios en los que se puede utilizar las VPN. Tabla 3.1 – Condiciones iniciales de capacidad. Túnel VPN IPIP PPTP L2TP SSTP IPSEC

Requerimiento de IP Publica Escenario a simular Encriptación IP Publica del túnel IP Publica Escenario Escenario Oficina VPN Sitio Remoto 1 2 Central SI SI NO SI NO SI NO SI SI SI SI NO SI SI SI SI NO SI SI SI SI SI SI SI NO

Requerimientos de direccionamiento IP de las VPN utilizadas Fuente: Producción del autor

El objetivo es conectar dos redes por una VPN a través de la red Publica Internet y simulado el enlace satelital por el programa WANem, una vez que las redes sean alcanzables entre si se procederá a probar el rendimiento de transferencia de información y caídas que pueda tener este enlace.

198

3.4. CONDICIONES INICIALES DE LA SIMULACION Como se mencionó en el capítulo 2, existen dos problemas principales cuando se realiza una conexión Satelital de datos, la capacidad de transmisión de datos medida en bps (bits por segundo) y la latencia referida a la distancia que recorren los paquetes en el enlace. Para la capacidad se presentarán tres escenarios con velocidades definidas para medir el rendimiento. En la tabla 3.2 se detalla las capacidades a simular. Tabla 3.2 – Condiciones iniciales de capacidad. Plan

Velocidad de subida en Kbps

Velocidad de bajada en Kbps

1 128 512 2 256 1024 3 512 2048 Condiciones de capacidad de enlaces correspondientes a la velocidad de descarga y subida con respecto al cliente Fuente: adaptada dehttps://www.abe.bo/servicios/internet-satelital.

Se debe tomar en cuenta que en los planes a utilizar la velocidad de bajada corresponde a la capacidad de Forward y la velocidad de subida corresponde al Retorno en perspectiva del sitio remoto. Porque en la perspectiva de la oficina central estos parámetros se ven invertidas. Cuando se establece una conexión entre dos puntos remotos, la velocidad tanto de subida como de bajada se ven limitados por las capacidades más bajas de ambos sentidos. La conexión a Internet de la Oficina central tanto de subida como de bajada supera ampliamente los planes detallados en la Tabla 3.2, por lo que estas velocidades serán tomadas en cuenta en el lado del sitio remoto desde donde se procederán a realizar las pruebas. Para el retardo se tomará el valor de retardo total de un enlace satelital de 500 ms, 125 ms por cada salto hacia y desde el satélite al HUB o a la terminal VSAT. Figura 2.1.

199

3.5. PROCEDIMIENTO DE MEDICIONES Para la toma de mediciones de capacidad se realizará la comparación entre las medidas tomadas sin el retardo de 500 ms, y luego con el retardo, esto para comparar el desempeño de cada tecnología VPN en diferentes condiciones, este parámetro configurado en el simulador WANem. Inicialmente se utilizarán dos direcciones IP públicas, una en el lado de la oficina central y la otra en sitio remoto, directamente configurados a dos equipos, del lado del sitio remoto se configura el simulador con los parámetros de retardo y velocidades se subida y bajada. De acuerdo a la Figura 3.4. Figura 3.4 – Escenario inicial.

RED WAN

Simulador WAN

IP Pública Internet

IP Pública

Modem internet

Equipo Central

Equipo Remoto

Diagrama de conexión Inicial entre dos equipos a través del Internet. Fuente: Producción del autor.

Sobre este escenario se realizará la transferencia de archivos entre el equipo central y el equipo remoto, simultáneamente se medirán los tiempos de respuesta y perdida de paquetes utilizando la herramienta PING. Todas las mediciones son desde el equipo remoto siendo este el que se encontraría conectado a través de un enlace satelital simulado. Se tomarán las medidas por cada plan especificado en la tabla 3.1. Para poder realizar el traspaso de información se escogió la herramienta LAN Speed Test, la cual realiza la conexión a una carpeta compartida, que estará

200

en el equipo central, y mide la velocidad de trasferencia de datos, tanto en transmisión como recepción, a través del tiempo total en que se envía y recibe un archivo, proporcionando la velocidad promedio ignorando los posibles picos que puedan existir, para cada uno de los planes de datos en los que se realizaran la simulación se definen tamaños para los archivos transmitidos, en el plan 3 se utilizaran archivos de 150 MB (MegaBytes), para el plan 2 archivos de 75 MB y para el plan 1 archivos de 40 MB, esto para equiparar los tiempos de trasferencia de datos y para tener una gráfica de datos detallada. Se debe tomar en cuenta que el tiempo que demore la toma de la muestra y la cantidad de tecnologías VPN que serán establecidas limitaran la cantidad

mediciones al dia que se realizaran. Adicionalmente, durante el traspaso de información se utilizará el programa PRTG para monitorear el tráfico generado en las interfaces VPN, con el objetivo de observar la estabilidad del tráfico. Una vez establecidas las medidas iniciales se procederá a configurar las conexiones VPN de acuerdo a la figura 3.2. Donde los equipos central y remoto ya no se encontrarán con una Dirección IP publica directamente configurada, sino estarán dentro de redes LAN internas de cada Enrutador VPN. Figura 3.5.

201

Figura 3.5 – Primer Escenario de red VPN. RED PUBLICA

Router VPN

Internet

Router VPN

VPN

Oficina Central RED Privada Central

PPTP L2TP SSTP IPIP IPSEC

Sitio Remoto RED Privada Remota

Diagrama de conexión que será utilizado para la simulación de red VPN. Fuente: Producción del autor.

A través de la conexión VPN se comunicarán las dos redes privadas y se procederá con las mediciones de capacidad, retardo, pérdida de paquetes, estabilidad en la tasa de transferencia y en número de desconexiones. Después de haber realizado las mediciones se procederá con el escenario descrito en la figura 3.3, donde los equipos Central y Remoto también se encontrarán en redes privadas, pero en el lado del Sitio Remoto no se contará con una IP Publica configurada en el Enrutador, sino que el equipo remoto será el que se conecte a la VPN utilizando el cliente nativo con el que cuenta el sistema operativo Windows. Como se muestra en la figura 3.6.

202

Figura 3.6 – Segundo Escenario de red VPN. RED PUBLICA

Router VPN

Internet

Router

VPN Oficina Central RED Privada Central

PPTP L2TP SSTP

Sitio Remoto RED Privada Remota

Diagrama de conexión que será utilizado para la simulación de red VPN. Fuente: Producción del autor.

Cada VPN será evaluada de manera independiente tomando en cuenta una medida inicial donde el enlace no se verá afectado por el retardo simulado, en este caso el retardo solo será afectado por la interconexión directa de los proveedores a través de los cuales se comunicarán los equipos. Después se procederá a realizar las mismas medidas añadiendo el retardo entre el equipo remoto y el equipo central. Teniendo los datos se procederá a la comparación entre los resultados de la configuración directa descrita en la figura 3.4. Y cada resultado obtenido en las VPNs.

203

204

4 DISCUSION Y RESULTADOS Para cada una de las medidas se realizó la observación durante 5 días en los cuales se tomaron un total de 15 muestras al día, cada muestra tuvo una duración aproximada de 1 hora debido al tamaño de archivos utilizado, con todos los datos se procedió a calcular el valor promedio de cada grupo de muestras, en el presente capítulo se muestra promedio total de las mediciones. Estos criterios se tomaron en cuenta para cada una de las tecnologíasVPN. 4.1. RESULTADOS OBTENIDOS Primero se obtuvo resultados configurando direcciones IP públicas directamente en los equipos terminales, teniendo como resultado la tabla 4.1. Tabla 4.1 – Resultados de las condiciones iniciales de capacidad.

4 507 3 510

Velocidad Subida (Kbps) 125,256 121,876 251,085 245,053

Velocidad Bajada (Kbps) 504,238 433,111 999,864 725,524

3 503

502,436 477,092

2005,811 1015,050

Retardo (ms)

Plan

Presencia de retardo

Perdidas (%)

Min.

Max.

Med.

Sin Retardo Con Retardo

0 0 0 0

3 501 3 456

8 560 5 582

0 0

2 450

4 580

2 3

Sin Retardo Con Retardo Sin Retardo Con Retardo

Resultados obtenidos inicialmente con traspaso directo de información a través de Internet Fuente: Producción del autor

En la tabla se puede observar los datos que fueron tomando en cuenta. Primero está el porcentaje de pérdidas y los retardos de consultas, para esto se utilizaron consultas ICMP desde el equipo remoto hacia el equipo principal, donde se enviaron un total de 500 paquetes con el comando PING, también con el mismo procedimiento se obtuvo los retardos de paquete teniendo el valor mínimo, máximo y medio, posteriormente se realizó la medida de velocidad de transmisión tanto de subida, desde el equipo remoto al central,

205

como de bajada, del equipo central al remoto. Todas las medidas tomadas sin retardo y con retardo. Esta medida inicial tomada en condiciones ideales de conexión será el punto de partida para el análisis del presente estudio de factibilidad. 4.1.1. RESULTADOS DEL PRIMER ESCENARIO DE SIMULACION De acuerdo al escenario simulado siguiendo el diagrama mostrado en la figura 3.5 donde se utilizaron las cinco tecnologías VPN conectadas entre los enrutadores VPN, se tienen los siguientes datos presentados en la tabla 4.2. Tabla 4.2 – Resultados obtenidos de tecnologías VPN en el Plan1. Plan 1 Tecnología PPTP L2TP SSTP IPIP IPSEC

Presencia de retardo

120,975

Velocidad Bajada (Kbps) 482,621

507

116,812

425,985

118,303

475,402

514

107,953

349,589

115,835

422,257

508

106,678

340,894

123,105

492,012

Perdidas Retardo (ms) Velocidad Subida (%) (Kbps) Min Max Med

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

501 560 3

505 523 4

490 654 3

494 858 3

503 514

521

121,787

420,875

110,070

480,778

507

100,657

418,693

Resultados obtenidos en las VPN tomando como referencia el primer plan de datos Fuente: Producción del autor

Del mismo modo en las tablas 4.3 y 4.4 se muestran los resultados de las mediciones en los planes 2 y 3 respectivamente.

206

Tabla 4.3 – Resultados obtenidos de tecnologías VPN en el Plan 2. Plan 2 Tecnología PPTP L2TP SSTP IPIP IPSEC

Presencia de retardo

243,978

Velocidad Bajada (Kbps) 935,352

510

235,651

547,846

241,633

958,423

Perdidas Retardo (ms) Velocidad Subida (%) (Kbps) Min Max Med

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

456 582 4

498 577 3

485 601 3

503 568 3

503 511

530

230,594

539,998

234,895

913,306

510

225,307

200,783

247,153

976,148

523

244,631

628,762

230,851

971,858

507

210,894

677,852

Resultados de las VPN tomando como referencia el segundo plan de datos Fuente: Producción del autor Tabla 4.4 – Resultados obtenidos de tecnologías VPN en el Plan 3. Plan 3 Tecnología PPTP L2TP SSTP IPIP IPSEC

Presencia de retardo

Perdidas (%)

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Retardo (ms) Min Max Med 2

450 580 3

479 802 2

445 689 1

507 866 1

430 836

Velocidad Subida (Kbps) 455,188

Velocidad Bajada (Kbps) 1875,354

503

443,876

667,816

482,478

1815,347

507

445,681

640,957

471,024

1883,791

505

425,741

210.437

494,735

1996,329

520

473,526

914,783

485,448

1940,797

507

450,357

760,146

Resultados obtenidos en las VPN tomando como referencia el tercer plan de datos Fuente: Producción del autor

207

Utilizando el programa PRTG de monitoreo de red se pudo obtener la estabilidad de la tasa de transferencia durante la toma de mediciones en cada uno de los planes y para cada una de las tecnologías, a continuación se muestran los resultados gráficos obtenidos. En los gráficos, la imagen de Tráfico OUT representa la velocidad subida en el plan de datos, y el Tráfico IN es el tráfico de descarga del cliente, la duración varia debido a que el tamaño del archivo enviado y recibido es el mismo, pero a velocidades diferentes de subida y descarga.

208

Figura 4.1 – Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPN PPTP.

Plan 1: se observa estabilidad en la velocidad de subida y descarga ambos alcanzando la capacidad. Plan 2: la velocidad de subida es estable pero la velocidad de descarga presenta inestabilidad sin alcanzar la velocidad máxima. Plan 3: la velocidad de subida se mantiene estable pero la velocidad de descarga es aún más inestable sin alcanzar la velocidad máxima de descarga. Fuente: Producción del autor.

209

Figura 4.2 – Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPN L2TP.

Plan 1: se observa inestabilidad en la velocidad de subida y descarga ambos alcanzando la capacidad. Plan 2: la velocidad de subida es estable pero la velocidad de descarga presenta cierta inestabilidad sin alcanzar la velocidad máxima. Plan 3: la velocidad de subida se mantiene estable, la velocidad de descarga presenta inestabilidad sin alcanzar la velocidad máxima. Fuente: Producción del autor.

210

Figura 4.3 â&#x20AC;&#x201C; Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPN SSTP.

Plan 1: se observa inestabilidad en la velocidad de subida y descarga ambos alcanzando la capacidad. Plan 2: la velocidad de subida es estable pero la velocidad de descarga presenta mucha inestabilidad con baja tasa de transferencia. Plan 3: la velocidad de subida se mantiene estable, la velocidad de descarga es estable pero no aumenta su velocidad. Fuente: ProducciĂłn del autor.

211

Figura 4.4 – Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPN IPIP.

Plan 1: se observa estabilidad en la velocidad de subida y descarga ambos alcanzando la capacidad. Plan 2: la velocidad de subida y descarga se mantienen estables, pero la descarga no llega a la capacidad máxima. Plan 3: la velocidad de subida y bajada son estables pero la descarga no alcanza la velocidad máxima. Fuente: Producción del autor.

212

Figura 4.5 – Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPNIPSEC.

213

Los gráficos mostrados se escogieron de todas las muestras debido a la cantidad de variaciones que presentan, esto para analizar los escenarios con mayor variación de la tasa de trasferencia de datos.

4.1.2. RESULTADOS DEL SEGUNDO ESCENARIO DE SIMULACION De acuerdo al escenario simulado siguiendo el diagrama mostrado en la figura 3.6 el equipo remoto se conecta directamente al enrutador VPN del lado de la oficina central, se tienen los siguientes datos presentados en la tabla 4.5. Tabla 4.5 – Resultados obtenidos de tecnologías VPN en el Plan 1. Plan 1 Tecnología PPTP L2TP SSTP

Presencia de Perdidas Retardo (ms) retardo (%) Min Max Med Sin Retardo 0 4 17 5 Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

504 519 3

519 700 3

510 654

Velocidad Subida (Kbps)

Velocidad Bajada (Kbps)

118,067

446,106

507

115,653

417,845

115,661

470,405

524

96,876

413,174

119,603

468,367

536

98,543

340,335

Resultados obtenidos en las VPN tomando como referencia el primer plan de datos Fuente: Producción del autor

Del mismo modo en las tablas 4.6 y 4.7 se muestran los resultados de las mediciones en los planes 2 y 3 respectivamente.

214

Tabla 4.6 – Resultados obtenidos de tecnologías VPN en el Plan 2. Plan 2 Tecnología PPTP L2TP SSTP

Sin Retardo

Velocidad Subida (Kbps) 242,217

Con Retardo

505

552

512

234,953

719,654

Sin Retardo

237,527

945,623

Con Retardo

526

601

535

229,753

690,729

Sin Retardo

239,770

915,773

Con Retardo

501

645

531

219,758

430,873

Presencia de retardo

Perdidas Retardo (ms) (%) Min Max Med

Velocidad Bajada (Kbps) 933,632

Resultados obtenidos en las VPN usando como referencia el segundo plan dedatos Fuente: Producción del autor Tabla 4.7 – Resultados obtenidos de tecnologías VPN en el Plan 3. Plan 3 Tecnología PPTP L2TP SSTP

485,499

Velocidad Bajada (Kbps) 1940,101

511

460,834

870,761

474,245

1897,482

535

430,726

908,672

477,676

1883,249

523

400,557

388,264

Presencia de Perdidas Retardo (ms) retardo (%) Min Max Med Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

502 520 2

515 605 3

508 541

Velocidad Subida (Kbps)

Resultados obtenidos en las VPN tomando como referencia el tercer plan de datos Fuente: Producción del autor

Del mismo modo que en el primer escenario, se muestran los gráficos obtenidos para el análisis de tasa de transferencia.

215

Figura 4.6 – Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPN PPTP.

216

Figura 4.7 – Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPN L2TP.

Plan 1: se observa estabilidad en la velocidad de subida y descarga ambos alcanzando la capacidad. Plan 2: la velocidad de subida se mantiene estable pero la descarga presenta un declive para luego volver a estabilizarse, la descarga no llega a la capacidad máxima. Plan 3: la velocidad de subida es estable pero la descarga presenta un declive para luego volver a estabilizarse, la descarga no llega a la capacidad máxima. Fuente: Producción del autor.

217

Figura 4.8 – Estabilidad de tasa de transferencia obtenida de la VPN SSTP.

218

4.2. ANALISIS DE RESULTADOS El análisis de resultados se divide en los dos escenarios de simulación propuestos, ambos individualmente pero teniendo como referencia los resultados iniciales mencionados en la tabla 4.1. 4.2.1. PERDIDAS DE PAQUETES Y DESCONEXIONES Durante el tiempo en el que se mantuvieron las VPNs activas pero sin transferencia de datos, no se presentaron desconexiones en el enlace, pero durante las pruebas de transferencia de archivos, SSTP presentó un máximo de 2 desconexiones en una sola muestra, en ambos escenarios, PPTP y L2TP solo presentaron una desconexión en los 5 días de muestreos, IPIP e IPSEC se mantuvieron estables sin desconexiones durante las pruebas. Al comparar las tablas tomando en cuenta el primer escenario, se pudo observar que las pérdidas en proporción de los paquetes enviado es baja, el valor máximo que se observa es de 2%, lo cual indica que de 500 paquetes enviados entre el sitio remoto y el central solo 10 paquetes se pierden. No hay una tendencia de perdida de paquetes según la tecnología usada, solo que las pérdidas de paquetes se presentan mayormente cuando se añade el retardo en el enlace. En el segundo escenario se observa una situación similar, solo que en este caso el porcentaje de pérdidas máximo es de 3% denotando que de 500 paquetes se pierden 15, del mismo modo ésta pérdida se presenta con el retardo. En ambos escenarios el máxima perdida, cuando no se tiene retardo del enlace satelital, es de 1%, 5 paquetes de 500 enviados. En la tabla 4.8 se tiene un resumen de las pérdidas de paquetes.

219

Tabla 4.8 – Resumen de pérdidas de paquetes. Escenario Inicial Perdidas Plan 1 (%) Perdidas Plan 2 (%) Perdidas Plan 3 (%) Tecnología

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

IP Directa

Primer escenario de simulación PPTP

L2TP

SSTP

IPIP

IPSEC

Segundo Escenario de simulación PPTP

L2TP

SSTP

Perdidas de paquetes en las tecnologías VPN presentadas en ambos escenarios Fuente: Producción del autor

Se debe tomas en cuenta que en el tercer plan, donde se tiene la mayor capacidad de subida y bajada ya no se observan perdidas de paquetes, aunque se incluya el retardo del enlace. 4.2.2. ANALISIS DE TIEMPOS DE RESPUESTA Cuando no se tiene configurado el retardo en el enlace, el tiempo de respuesta de los paquetes se encuentra entre 3 y 5 ms, este dato no puede ser controlado debido a que ambientes equipos si bien ocuparon el mismo ambiente en las mediciones, los proveedores de conexión a Internet eran diferentes. Ya cuando se introdujo el retardo en el simulador, estos tiempos de respuesta aumentaron hasta un máximo de 536 ms. En la tabla 4.9 se muestra los tiempos promedio de retardo medido entre el equipo remoto y el equipo central.

220

Tabla 4.9 – Resumen de retardo de paquetes.

Tecnología

IP Directa

Escenario Inicial Tiempo de Tiempo de respuesta Plan 1 respuesta Plan 2 (%) (%)

Tiempo de respuesta Plan 3 (%)

Variación de tiempos con retardo (ms)

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

Sin Retardo

Con Retardo

507

510

503

Primer escenario de simulación PPTP

514

530

507

L2TP

508

510

505

SSTP

521

523

520

IPIP

507

IPSEC

507

508

507

Segundo Escenario de simulación PPTP

511

512

507

L2TP

535

524

SSTP

523

531

536

Retardo de los paquetes en las tecnologías VPN presentadas en ambosescenarios Fuente: Producción del autor

En la tabla se observa que cuando se aumenta el retardo de 500 ms en el enlace, los valores no son exactamente la sumatoria del tiempo de respuesta sin retardo más 500 ms, sino que es mayor. Esta diferencia se hace más notoria en el segundo escenario de simulación. También se puede observar que en el primer escenario la VPN IPIP presenta valores de tiempo de respuesta sin variación indicando que su enlace es más estable, el enlace que presento mayor variación fue PPTP, donde la diferencia de tiempos es de 23 ms. El contrario en el segundo escenario PPTP presenta la menor variación de 5 ms y SSTP la mayo de 13 ms. Durante el periodo en que se realizaron las mediciones, ninguno de los enlaces VPN tuvieron caídas debido a retardo o pérdida de paquetes, salvo cuando se perdió la conexión a Internet debido a problemas con los proveedores. Los tiempos de reconexión, independientemente de la tecnología, estuvieron entre

221

2 a 3 segundos una vez que se restauraba el servicio, no se encontró una relación entre el tiempo de reconexión y la tecnología utilizada. 4.2.3. ANALISIS DE CAPACIDAD DE TRANSMISION En este punto es donde se encontraron datos con variaciones

más

significativas con respecto a los anteriores. Cuando se analiza las velocidades de transmisión en cada uno de los planes, se identifica que todas las capacidades son menores que en el escenario inicial, tanto de subida como de bajada. En la tabla 4.10, se indica el porcentaje de diferencia entre la velocidad sin retardo y la velocidad con retardo de cada una de las tecnologías independiente. Tabla 4.10 – Diferencia entre velocidades en conexión VPN.

Tecnología

Plan 1 Diferencia de velocidad (%) Subida

Bajada

Plan 2 Diferencia de velocidad (%) Subida

Bajada

Escenario Inicial 2,70 14,11 2,40 27,44 Escenario 1 de simulación PPTP 3,44 11,74 3,41 41,43 L2TP 8,75 26,46 4,57 43,66 SSTP 7,91 19,27 4,08 78,02 IPIP 1,07 14,46 1,02 35,59 IPSEC 8,55 12,91 8,64 30,25 Escenario 2 de simulación PPTP 2,04 6,33 3,00 22,92 L2TP 16,24 12,17 3,27 26,96 SSTP 17,61 27,34 8,35 52,95 Porcentaje de diferencia entre velocidades de subida y bajada

IP Directa

Plan 3 Diferencia de velocidad (%) Subida

Bajada

5,04

49,39

2,49 7,63 9,61 4,29 7,23

64,39 64,69 88,83 54,18 60,83

5,08 9,18 16,14

55,12 52,11 79,38

Fuente: Producción del autor

Existe una tendencia dentro de la tabla 4.10, en la velocidad de subida la diferencia no presenta una variación alta entre los 3 planes, mientras que

222

velocidad de bajada si muestra una variación significativa mientras más aumenta la velocidad, en la tabla 4.11 se calcula la diferencia de capacidad entre el menor valor y el mayor obtenido. Tabla 4.11 – Comparación de porcentaje de diferencia. Subida (%) Bajada (%) Escenario 1 Escenario 2 Escenario 1 Escenario 2 Máximo 5,53 SSTP 12,97 L2TP 69,56 SSTP 52,05 SSTP Mínimo 0,96 PPTP 3,04 PPTP 38,23 L2TP 39,95 L2TP Porcentaje de diferencia entre velocidades de subida y bajada Fuente: Producción del autor

La mayor diferencia que existe en el escenario 1 es en la VPN SSTP donde presenta una variación de 5,53%, esto calculado mediante la diferencia entre el mayor porcentaje con el menor. La menor variación la presenta PPTP con 0,96%.En el segundo escenario la variación es más pronunciada, el mayor es L2TP con 12,97% y el menor es PPTP con el 3,04%. En cambio cuando se analiza la capacidad de bajada se observan mayores variaciones, estas van en aumento mientras más alta es la velocidad. Estas comparaciones se realizaron por cada VPN individual, ahora cuando se compara las velocidades con los datos de referencia, el escenario inicial, Tabla 4.1. Se obtiene la diferencia de cada una de las tecnologías comparada con un resultado ideal de velocidad. Esto se muestra en la tabla 4.12 y 4.13.

223

Tabla 4.12 – Comparación de VPN con escenario Ideal. Plan 1 Diferencia de velocidad (%)

Tecnología

Subida PPTP L2TP SSTP IPIP IPSEC

4,16 11,42 12,47 0,07 17,41

PPTP L2TP SSTP

5,11 20,51 19,15

Bajada

Plan 2 Diferencia de velocidad (%) Subida

Bajada

Escenario 1 de simulación 1,65 3,84 24,49 19,28 5,90 25,57 21,29 8,06 72,33 2,83 0,17 13,34 3,33 13,94 6,57 Escenario 2 de simulación 3,52 4,12 0,81 4,60 6,24 4,80 21,42 10,32 40,61

Plan 3 Diferencia de velocidad (%) Subida

Bajada

6,96 6,58 10,76 0,75 5,60

34,21 36,85 79,27 9,88 25,11

3,41 9,72 16,04

14,21 10,48 61,75

Porcentaje de diferencia entre velocidades de conexión VPN con escenario inicial de medición Fuente: Producción del autor

Tabla 4.13 –Porcentaje de diferencia con escenario inicial.

Máximo Mínimo

Subida (%) Bajada (%) Escenario 1 Escenario 2 Escenario 1 Escenario 2 17,41 IPSEC 20,51 L2TP 79,27 SSTP 61,75 SSTP 0,07 IPIP 3,41 PPTP 1,65 PPTP 0,81 PPTP

Porcentaje de diferencia máximo y mínimo entre velocidades de conexión VPN con escenario inicial de medición Fuente: Producción del autor

En esta última tabla se muestra que la tecnología IPIP y la tecnología PPTP presentan el mejor desempeño, dentro de conexiones entre enrutadores VPN, escenario 1. En el segundo escenario la tecnología PPTP presenta el

224

mejor

desempeño cuando se usa un cliente VPN en el mismo equipo sin requerir un enrutador VPN en el sitio remoto. 4.2.4. ANALISIS DE ESTABILIDAD DE LA TASA DE TRANSFERENCIA Cuando se realiza el análisis de capacidad de trasmisión de datos, generalmente las velocidades nominales no pueden indicar como fue el proceso de envío y recepción en el transcurso del tiempo que se requirió para la trasferencia de archivos, pero observando las figuras 4.1 a la 4.8 se puede ver la estabilidad en la trasferencia de datos que se tuvo durante las mediciones. En el primer escenario de simulación, se observa que tanto PPTP, L2TP y SSTP, cuando se trata la velocidad de descarga, la trasferencia de información no es muy estable, presenta picos, declives y también no llega a la velocidad máxima del plan de datos, en cambio en la velocidad de subida si se tiene estabilidad, pero en el caso de SSTP la velocidad de descarga además de tener instabilidad, solo llega a compararse a la velocidad de subida y no se acerca al plan de datos, esto se nota más aun en el Plan 3. En cambio IPIP e IPSEC si presentan una clara estabilidad en la trasferencia de archivos tanto en subida como baja, pero al igual que las anteriores no llegan a la velocidad de descarga del plan de datos. En el segundo escenario de simulación, se observa estabilidad en la velocidad de subida, en la tres VPN configuradas, pero en SSPT se presenta inestabilidad en la velocidad de descarga mientras más alto es el plan de datos, del mismo modo los tres planes no llegan a la velocidad de descarga del plan correspondiente.

225

226

5 CONCLUSIONES Al usar una tecnología VPN, normalmente, el desempeño de esta depende mucho de las capacidades de subida y bajada, mientras mayor es esta capacidad en ambos lados de la VPN es mejor el desempeño de la misma, esto se comprueba cuando se realiza el análisis de diferencia de capacidades en condiciones ideales, sin retardo, porque en este caso la diferencia que presentan las tecnologías VPN con el escenario inicial son mínimas. Cuando ya se habla de una conexión a través de un enlace satelital, donde aumenta el retardo de la transmisión. De acuerdo a las pruebas realizadas, se observó que si es posible realizar conexiones VPN a través de enlaces satelitales, el retardo introducido no es un limitante para realizar laconexión. Si bien los aceleradores TCP estudiados en la literatura presentan un método de optimizar las conexiones de datos, estos no pueden ser usados en enlaces VPN, debido a que presentan problemas con la autenticación y encriptación de los paquetes, que es requerido para cada tecnología VPN estudiada. Cuando se mide el desempeño de velocidad en las conexiones VPN, la velocidad de datos va decreciendo en desempeño mientras más aumenta la capacidad del plan de datos, por lo que, cuando se plantea realizar una conexión VPN donde se utilizara en algún tramo una conexión satelital, no es factible contratar planes de datos muy altos, porque su desempeño será menor a comparación de planes más bajos. La VPN que proporciono el mejor desempeño tanto en capacidad como en estabilidad de transferencia de datos fue IPIP, pero si bien esta tecnología es más eficiente, no proporciona ningún método de encriptación por lo que es la más insegura, con respecto a la estabilidad en las conexiones, la VPN IPSEC es la que presento la mejor respuesta tanto en velocidad con en estabilidad de la tasa de datos.

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228

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1]

http://csci6433.org/TCP%20IP%20Over%20Satellite--Yi%20Zhang.pdf

(Consultado el 1 de marzo de 2017). [2] Dirk Gómez Depoorter, Eriza Hafid Fazli; “Solutions Evaluation for Issues When Deploying VPNs Over Satellite Links”; 18 October 2012. [3] A. Parichehreh, B. Eliasi; “VPN over Satellite: Performance Improving of E2E Secured TCP Flows”; 13 Junio 2008. [4] Jonathan Doffoh, Ray Mereish;”Analysis And Comparisons Of Acceleration Protocols For Tcp Over Satellite”; 20 Marzo 2006 [5]

ttp://www.bsatellite.com/VPNs%20Over%20Broadband%20Satellite.pdf

(Consultado el 3 de marzo de 2017). [6] https://www.mikrotik.com/testdocs/ros/3.0/vpn/ipip.pdf (Consultado el 9 de marzo de 2017) [7] https://mikrotik.com/testdocs/ros/3.0/vpn/pptp.pdf (Consultado el 5 de marzo de 2017). [8] https://mikrotik.com/testdocs/ros/2.9//interface/l2tp.pdf (Consultado el 5 de marzo de 2017). [9] https://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:Interface/IPIP(Consultado el 5 de marzo de 2017).

229

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SISTEMAS DTH CON LOS ESTÁNDARES H.265 (HEVC) Y DVBS2X Cristóbal Avalos Quispe RESUMEN Los servicios más requeridos por los usuarios en el área rural de nuestro país, es la Televisión digital. Entre sus ventajas están la variedad de programación y la fácil instalación de los equipos de usuario en comparación con los sistemas alámbricos. Para la prestación de dicho servicio la empresa tiene que contar con una infraestructura de equipos para realizar la transmisión de la señal, se tienen principalmente los estándares DVB-S2 (Digital Video Broadcasting-Satellite 2), su evolución DVB-S2X (Digital Video Broadcasting – Satellite– Second Generation Extension), con la evolución de los estándares se realizara un diseño de una red DTH (Direct To Home), de esta forma poder mostrar las ventajas de usar la nueva tecnología, quien nos ayudara principalmente. Utilizar eficientemente el espectro electromagnético. Palabras-clave: DVB-S2. DVB-S2X. DTH.

231

232

1 INTRODUCCION Los Sistemas DTH (Direct-To-Home), son sistemas destinados a la distribución de señales audiovisuales y datos directamente al público desde satélites geoestacionarios. Estos sistemas aprovechan la amplia cobertura de los satélites geoestacionarios brindando un servicio a una determina región de cobertura del satelite lo que permite brindar un servicio rentable, a pesar del alto costo del satelite. Generalmente para este tipo de servicio se hacen la utilización de varios transponders en los satélites, para brindar a los usuarios varios canales SD (standard definition), HD (high definition). Las aplicaciones o servicios satelitales, además del DTH pueden ser: servicios de Internet, video bajo demanda, radiodifusión sonora digital, videoconferencia, VoIP (voz sobre internet), comunicaciones móviles, posicionamiento global GPS, asistencia para rescate y salvamientos, observación de la Tierra, recepción de datos meteorológicos, telemedicina, entre otros. En el caso particular del servicio DTH, es decir, “televisión digital directa al hogar”, el mismo está basado en la arquitectura básica mostrada en la figura. Figura 1.1 - Arquitectura de Red DTH (Direct to Home)

Fuente: Comunidad Emagister – sistema DTH

233

En la figura 1.1 se puede observar que la información a ser difundida, la cual puede provenir de cámaras filmadoras, videos contenidos en computadores, etc., es transmitida inicialmente a un estudio de producción y edición de dicha información. Seguidamente, la misma es sometida al procesamiento digital de señales y su respectiva transmisión al satélite, para ser radiodifundida a los usuarios. El equipo de usuario está constituido por la antena receptora, el decodificador o STB (Set Top Box). 1.2 DESCRIPCION DEL PROBLEMA El estándar DVB-S2X ha sido publicado en marzo del 2014, por la ETSI en los artículos 302 307, ofreciendo una extensión de DVB-S2 que posibilita características adicionales. La nueva generación de redes satelitales interactivas de banda ancha DVBS2X puede traer ganancias en capacidad de hasta alrededor de 20% con respecto a DVB-S2. La mayor parte de la ganancia proviene de la explotación de un factor de roll-off (Sistema de filtrado avanzado). 1.3 JUSTIFICACION Dada la fecha de aprobación oficial la extensión DVB-S2X deberá esperar por algún tiempo para que se encuentre incorporada de forma masiva en los equipos comerciales de bajo costo1. Si utilizamos sistemas de compresión más eficientes, nos permitirá reducir la velocidad de datos y al reducirlo permite incrementar mayor cantidad de información, aprovechando el máximo el ancho de banda asignada. Además con el presente trabajo se pretende dejar un documento de referencia para el diseño de una red DTH con tecnología actual, DVB-S2X, que es el estándar sucesor de DVB-S2.

234

http://blog.streamingmedia.com/2015/01/4k-streaming-bandwidth-problem.html

1.4 OBJETIVO GENERAL El objetivo general del presente trabajo es de diseñar un sistema DTH con los estándares H.265 (HEVC) y DVB-S2X, que a su vez sirva como un documento de referencia para la implementación de servicios DTH con los nuevos estándares. 1.4.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS a) mostrar con el diseño la reducción del roll-off que presenta el estándar DVB-S2X, esto implica la reducción del ancho de banda de la portadora y el uso de tecnologías de filtrado avanzadas, también haciendo el uso del compresor de video de alta eficiencia H.265 (HEVC); b) mostrar las actualizaciones que tiene el DVB-S2X utilizando modulación y codificación (64, 128 y 256 APK) y FEC; c) realizar una tabla comparativa con los estándares MPEG-4 y DVB-S2, y mostrar los beneficios del H.265 (HEVC) y DVB-S2X obteniendo una ganancia adicional del 20%.

235

2 PREPARACION DEL TRABAJO 2.1 MARCO TEORICO Como base fundamental de la transmisión en la que se utiliza el DVB y el H.264, H.265, es importante entender conocer cómo se realiza el encapsulamiento de información en este formato. 2.2 COMPRESION DE VIDEO 2 Un video sin comprimir contiene una gran cantidad de información para ser transportado y las capacidades de almacenamiento y transmisión son limitados y caros, casi imposible transmitir los datos sin comprimir. Tabla 2.1 – Reducción de video comprimido

Fuente: Michell Martin Juan A. – Compresión de Video En la tabla se observa la cantidad de datos de información sin comprimir, pero utilizando estándares de compresión de video podemos reducir la velocidad de datos sin perder calidad. Esto nos permite asegurar la compatibilidad de comunicación entre diferentes dispositivos de diferentes fabricantes, reducir la redundancia e datos irrelevantes.

Michell Martin Juan A. – Compresión de Video – Departamento de electrónica y computadoras, Universidad de Cantabria

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Figura 2.1 – Cronología de los estándares de video más comunes

Fuente: Michell Martin Juan A. – Compresión de Video Un formato de compresión de Video es el H.264, nace con el objetivo de implementar un sistema de codificación de alta compresión que sea capaz de proporcionar una calidad de imagen comparable a otros estándares de codificación de vídeo anteriores a una tasa binaria muy inferior. Fue desarrollado de forma conjunta por el Video Coding Experts Group (VCEG) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y el Moving Picture Experts Group (MPEG) de la ISO/IEC. Este estándar de compresión define un formato y un sintaxis para video comprimido y un método para decodificar esa sintaxis que permite producir una secuencia de video reproducible, el estándar no especifica como codificar el video sino que deja al diseñador o la compañía la realización del codificador.

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Figura 2.2 – Proceso de codificación y decodificación del H.264

Fuente: Michell Martin Juan A. – Compresión de Video. El H.264/AVC describe un conjunto de herramientas para la compresión del video. El estándar especifica como el video codificado con estas herramientas debe ser presentado y decodificado. Además debe ser capaz de usar un conjunto de herramientas conocido como Perfiles3. Mejoras de H.265 con respecto a H.264. El estándar H.265 incluye dos grandes mejoras sobre H.264, además de otras mejoras. Mayor eficiencia/flexibilidad de macrobloques Lo más significativo es un aumento en el tamaño y la flexibilidad de los macrobloques. Como se discutió anteriormente, dividir la imagen en bloques permite al sistema enviar un subconjunto de bloques para los Fotogramas-P. En H.264, los bloques tenían un tamaño máximo de 16x16 píxeles y un número limitado de patrones de los sub-bloques. Las posibilidades se muestran abajo.

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International Telecommunication Union, “ITU-T H.264 recommendation”, Marzo 2010

Figura 2.3 – Opciones de bloque de H.264

Fuente: Samsung Wisenet – Codificación de alta eficiencia H.265 En el sistema mejorado H.265, los macrobloques pueden establecerse con tamaños de 16x16, 32x32 o hasta un máximo de 64x64, con los tamaños más grandes generalmente aumenta la eficiencia de la codificación. Como se señaló anteriormente, la mayor eficiencia de las opciones de tamaño de bloque más grandes fue bien entendida cuando H.264 fue desarrollado, pero no podían ser soportadas con los procesadores de bajo costo en aquel momento. Ahora que la potencia de procesamiento se ha mejorado aun para dispositivos de bajo costo, el nuevo estándar aprovecha esta capacidad para mejorar el rendimiento. La diferencia de tamaño entre el máximo tamaño de bloque se ilustra a continuación. Figura 2.4 – La nueva variedad de tamaño de macrobloques en H.265

Fuente: Samsung Wisenet – Codificación de alta eficiencia H.265 En lugar de utilizar los bloques de tamaño fijo como en H.264, el nuevo sistema H.265 implementa una estructura llamada "unidades de árbol de codificación", que define eficientemente los sub-bloques de cada macrobloque para el procesamiento. El nuevo conjunto de posibilidades incluye todos los tamaños de bloque anterior de H.264, además de una serie de nuevas formas.

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Figura 2.5 – Mejora en tamaño en formas de bloque H.265

Fuente: Samsung Wisenet – Codificación de alta eficiencia H.265 Con los nuevos tamaños y formas disponibles, el sistema de codificación puede dividir una imagen con mayor eficiencia en grandes bloques mientras aplica también bloques más pequeños donde se requiere capturar eficientemente el rango de detalle necesario. La Figura 2.6 es un claro ejemplo de cómo H.265 puedes aplicar el rango de formas y tamaños de bloque para una imagen de una cámara de seguridad real. Note que las zonas de menor detalle son capturadas en bloques más grandes, más eficientes, mientras que los bloques más pequeños se asignan a las áreas de actividad y detalle. Figura 2.6 – Comparación de macrobloques H.264 y H.265

Fuente: Samsung Wisenet – Codificación de alta eficiencia H.265 Mejora la inter-predicción usando vectores de movimiento La otra mejora importante en H.265 está en cómo se maneja el movimiento y los objetos en movimiento. Nosotros no cubrimos esto en la descripción del proceso

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simple anterior, pero es otra forma en la que sistemas de compresión pueden ahorrar bastante ancho de banda. Así es como funciona: cuando los objetos se mueven dentro de un video, suele ocurrir que las porciones de su imagen tienen el mismo aspecto en los fotogramas posteriores, pero se han mudado a una nueva posición. Si es posible localizar los bloques que tienen el mismo aspecto, pero sólo se han mudado a nuevas posiciones, es más eficiente para transmitir esa información en lugar de volver a transmitir la misma imagen. Esta situación se ilustra a continuacion. Figura 2.7 – Uso de vectores de movimiento para ahorrar ancho de banda

Fuente: Samsung Wisenet – Codificación de alta eficiencia H.265 Es raro que estos bloques coincidentes coincidan exactamente, por lo que además de transmitir la especificación del bloque y el movimiento a la nueva posición, también es necesario transmitir la descripción de cualquier cambio pequeño en el bloque – una versión más pequeña del proceso similar de sólo describir los bloques que han cambiado con respecto al Fotograma-I. En H.264, el protocolo tiene 9 direcciones definidas para describir el movimiento de un bloque, como se muestra en la Figura 2.8. Debido a que las 9 direcciones no pueden coincidir exactamente con el movimiento en muchos casos, hay generalmente pequeños ajustes que necesitan ser transmitidos e implementados en los bloques interpretados. En contraste, el nuevo protocolo H.265 utiliza 35 direcciones para describir el movimiento de bloques de video de forma mucho más precisa, lo cual trae como resultado una correspondiente disminución en la cantidad de información necesaria para describir las diferencias o cambios. Esta mejora

241

adicional del proceso es otro ejemplo de lo que ha sido posible por los avances en el poder computacional disponible para este propósito4. Figura 2.8 – Información adicional refinada en gran forma y es utilizada en H.265

Fuente: Estándar ITU-T que describe al H.264 y H.265 Las resoluciones cada vez mayores ultra 4K y 8K, esto va en continuidad a la demanda de mayor cantidad de imagen (mas bit y más imágenes por segundo), además están apareciendo nuevas tecnologías de transmisión (por ejemplo DVB o LTE) que requieren la transmisión de señales audio visuales de muy distinto tipo y también se debe tener en cuenta el limitado uso del espectro por ese motivo es necesario realizar la compresión.

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Samsung Wisenet – Codificación de alta eficiencia H.265, año 2016

Figura 2.9 – Evolución de tecnología de compresión.

Fuente: Compresión de video de la Universidad de Catabria. El H.265, sigue la misma estructura de los estándares previos, en codificación asimétrica, los decodificadores son mucho más sencillos que los codificadores, pone numerosas mejoras5: 9 Particionado más flexible (no usa macro bloques ni bloques) 9 Mayor flexibilidad en los modos de predicción intra 9 Mayor número de posibles tamaños de bloques sobre los que aplica la transformación 9 Interpolarizacion más sofisticada 9 Filtro de deblocking más sofisticado

Damián Ruiz Coll, El nuevo estándar de codificación de vídeo H.265, pag 63

243

9 Algoritmo de predicción más sofisticado y señalización de modos más eficiente 9 Característica para adaptar los módulos al procesamiento en paralelo. Figura 2.10 – Comparación de H.264/AVC y H.265/HEVC

Fuente: Grupo de tratamiento de imágenes- Universidad Politécnica de Madrid. 2.3 ESTANDARES DVB 2.3.1 ESTÁNDAR DVB-S 6 DVB-S, fue el primero en ser transmitido de manera comercial a nivel mundial, específicamente en Tailandia y África del Sur. Específicamente, el estándar DVB-S fue creado en 1993 y lanzado por primera vez en 1994, con documento definitivo publicado en 1997.

DVB-S contempla la

prestación de servicio de TV de alta resolución (HDTV = High Definition TV), así como de resolución estándar (SDTV = Standard Definition TV) y utiliza un sólo tipo de modulación, concretamente, QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying), con un roll off (α) del 35%. Asimismo, DVB-S también emplea un único tipo de codificación externa, en este caso, Reed-Solomon (204,188), es decir, de longitud N igual a 204 bytes, de los cuales 188 son

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http://www.Coyan.es, Digital Video Broadcasting

bytes de datos y los restantes de paridad. Como código interno de corrección de errores utiliza código convolucional FEC (Forward Error Correction), con tasa típica de ½, lo que significa que uno de cada dos bytes se utiliza para la corrección de errores. Sin embargo, también se pueden emplear tasas mayores de FEC, tales como 2/3, ¾, 5/6 ó 7/8. La técnica de compresión de video utilizada por DVB-S es MPEG-2 (Moving Picture Experts Group), la cual ofrece alta calidad de video, con velocidades de transmisión de hasta 45 Mbps. La multiplexación del transporte de todos los flujos de datos provenientes de las entradas (video + audio + datos) se lleva a cabo utilizando también MPEG-2. Figura 2.11 – Modelo funcional del sistema DVB-S

Fuente: Sistema de comunicaciones por Satelite DVB-S y DVB-S2. 2.3.2 ESTÁNDAR DVB-S2 7 Es la segunda generación de DVB-S. Fue creado en 2004 y publicado en 2006 por la ETSI. DVB-S2 soporta hasta cuatro (4) tipos de modulación: QPSK, 8QPSK (QPSK de 8 niveles) y APSK (Amplitude and Phase-Shift Keying) de 16 y 32 niveles. En general, el roll off es menor que en el caso de DVB-S (entre 20% y 25%), lo cual representa una ganancia en el ancho

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de banda. DVB-S2 también presenta una mejora notable sobre DVB-S en relación a la robustez ante el ruido y la interferencia, mediante la concatenación de un código externo BCH (Bose-Chaudhuri-Hcquengham) y un código interno LDPC (Low Density Parity Check); este último con una mayor variedad de tasas en relación a DVB-S: ¼, 1/3, 2/5, ½, 3/5, 2/3, ¾, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10. Adicionalmente, DVB-S2 incorpora ACM (Adaptive Coding and Modulation), lo que permite que los parámetros de transmisión puedan ser y modcode puedan ser cambiados según el nivel de recepción que se tenga en la Vsat. Esta ventaja es aplicable en redes punto a punto. Figura 2.12 – Diagrama de Bloques Funcional del sistema DVB S2

Fuente: ETSI EN 302 307 V1.2.1 El DVB S2 permite trabajar en varios formatos de flujos de entrada, incrementando así la flexibilidad en el sistema para ajustar las necesidades del servicio a utilizar o del canal satelital, las posibles entradas al sistema DVB S2 son: 9 Flujos de transporte (TS: Transport Streams) simples o múltiples y está caracterizado por paquetes de usuario de longitud contante 188x8.

246

9 Flujos genéricos, simples o múltiples y está caracterizado por flujos de bits continuos del usuario con longitud constante. 2.3.3 ESTÁNDAR DVB-S2X 8 El nuevo estándar, cuya tecnología se encuentra implementada en la gama de productos existentes, incluye nuevas mejoras al estándar DVBS2, entre ellas: ¾ Roll-Offs (RO) más pequeños, reduciendo RO al 5%, 10% y 15%, lo que resulta en una ganancia directa de eficiencia de hasta un 15% en comparación con el DVB-S2 como se ilustra en la figura 2.13. ¾ Ampliación del perfil profesional hasta obtener una relación portadoraruido (C/N) de alto rendimiento, lo que resulta en un aumento de la eficiencia de transmisión de hasta 51% para los enlaces con un alto margen de enlace utilizando MODCODS de hasta 256APSK. ¾ Un nuevo perfil (VL-SNR, muy baja relación señal ruido) para aplicaciones que requieren de muy baja relación señal-ruido de hasta -10dB, que se utiliza, por ejemplo, en Satcom On The Move (SOTM) y en aplicaciones de defensa. ¾ Mayor granularidad en MODCO, el número de MODCODs y las combinaciones de tamaño de trama han aumentado mucho en comparación con el DVB-S2, con lo que la eficiencia está aún más cerca del límite teórico de Shannon para todas las transmisiones de datos y video. ¾ MODCODs completamente nuevos son introducidos y optimizados para su uso en operaciones lineales y no lineales, mientras que el

Aicox Soluciones, Newtec presenta el Nuevo estándar DVB-S2X

247

DVB-S2 sólo está optimizado para la operación en transpondedor saturado. ¾ Un mecanismo estándar para unir las portadoras, creando un canal de transmisión grande. Por ejemplo, esta tecnología optimizará los beneficios de la utilización de la multiplexación estadística de vídeo de hasta 10 flujos Ultra HD, lo que resulta en 2 dígitos de ganancias de compresión de vídeo. Figura 2.13 – Roll off estandar DVB-S2X

Fuente: ETSI (European Telecommunications Standards Institute) (2014). EN 302 307-2 V1.1.1 Video Broadcasting (DVB) Las especificaciones de modulación y fec del estándar DVB-S2X lo podemos mostrar en la tabla 2.2.

248

Tabla 2.2 – Tipos de modulacion y Fec del DVB-S2X

Fuente: ETSI EN 302 307-2 v.1.1.1 (2014-10) 2.3.4 SERVICIO DTH (Direct To Home) El servicio de televisión satelital, el cual internacionalmente es conocido como Direct to Home TV, consiste en llevar un paquete de señales tanto de video como de audio a un satélite, desde el cual son bajadas directamente al hogar del abonado a través de los equipos y accesorios que son provistos por la empresa que presta el servicio al usuario. El contenido es encriptado para excluir a clientes no autorizados. Para un proveedor de servicio DTH, el conjunto de abonados es manejado con un Subscriber Management System (SMS), el cual interactúa con el sistema de encriptación vía un sistema de acceso condicional (CA). Posteriormente, el contenido es modulado y transmitido desde el headend del DTH al satélite para ser bajado a los clientes. Para ver el contenido, un cliente requiere una antena TVRO (Television Receive Only), un LNB, y un Set

249

Top Box (STB). La salida del STB es el video en formato compatible para TVs y/o monitores9. Figura 2.14 – Esquema simplificado del sistema DTH

Fuente: Migración de plataforma satelital DVB-S a DVB-S2 para el servicio DTH. Los estándares de: Compresión H.264, H.265 y de transmisión DVB-S2 y DVB-S2X Digital Video Broadcasting Satelite, así como la combinación de estas técnicas de compresión, transmisión de contenidos a través de los satélites geoestacionarios, han dado como resultado el afianzamiento de los sistemas DTH, que utilizando antenas parabólicas receptoras pequeñas y de bajo costo, sumado a la inexistencia de red de alámbricas por la topología de una determinada región, han sido los factores claves de aceptación de los usuarios. El camino hacia un modelo mundial estándar para televisión digital, la introducción de mejorados sistemas de modulación y control de errores han permitido una evolución en los sistemas de transmisión digital vía satélite. La combinación de esquemas de compresión mejorados como el H.265, con el nuevo estándar DVB-S2X, que introduce nuevas técnicas de transmisión por satélite, da como

250

Víctor Emilio Bailón Arauz, Análisis de la Televisión Satelital Digital DTH, Tesis

resultado mejoras sustanciales en eficiencia y prestaciones frente a DVBS2, lo que resulta fundamental para los operadores dado que el segmento Satelital es un recurso escaso, y que está teniendo altas demandas, debido al consumo masivo dado los indicadores mundiales de televisores por casa, y de que cada persona en promedio ve televisión por más de dos hora al día. 2.3.5 COBERTURA SATELITAL 10 Corresponde a la huella donde el satélite ilumina la tierra, y está determinado por el arreglo o diseño de antenas transmisoras del satélite. Figura 2.15 - Esquema de Cobertura del Satelite

Fuente: Satélite Túpac Katari Blog

Blog, http://www.abe.com.bo

251

Satelite Túpac Katari Boliviano, sabemos que cuenta con las capacidades que se describe en la tabla 2.2, los transponder soportan un determinado tipo de servicio. Tabla 2.3 – Tipos de transponders Satelite Tupac Katari

Fuente: Satélite Tupac Katari Blog Los Datos de posición y órbita del Satelite lo podemos ver en la figura 2.16. Figura 2.16 – Datos Técnicos Satelite Tupac Katari

Fuente: Satélite Tupac Katari Blog

252

3 METODOLOGIA. En el presente se realizara una comparación de las ventajas y desventajas de estándares H.264 DVB-S2 y H.265 DVB-S2X. Aplicando las mejoras de estas tecnología de modulación y compresión de video. Se realizara cálculos para el diseño de una red DTH, asi demostrar los nuevos beneficios

estos

avances.

Según

ETSI

(European

Telecommunications Standards Institute) (2014). EN 302 307-2 V1.1.1 Video Broadcasting (DVB)

253

3.1 DESARROLLO El mercado Boliviano de las empresas que brindan este servicio, lo ofrecen mediante de un acceso alámbrico y vía acceso satelital. Además, presenta una mayor expansión en los últimos años de la cantidad de suscriptores a través de modalidad de acceso satelital que los abonados con acceso alámbrico. La televisión por paga ha crecido en los últimos años primero con la telefonía, cuya participación de mercado se ha estancado estos últimos tiempos. El estandar H.265 requerirá la mitad del bit rate (velocidad de transferencia de datos) que su predecesor H.264/AVC, sin reducir los niveles de calidad. Está destinado a transmisión de vídeo en alta calidad, como la llegada de los 4K a las casas, o streaming de contenidos en Full HD a los dispositivos móviles, como smartphones o tabletas, y a la web. En la tabla se muestra la comparación de las características de los compresores.

254

Tabla 3.1 - Comparación de las características de codificación con los estándares de Video.

Caracteristica

MPEG-1

MPEG-2

MPEG-4

Tamaño del macrobloque

16x16

16x16 (Fame Mode) 16x8 (field mode)

Tamaño del bloque

8x8

16x16, 8x8, 16x8

Tranformada Tamaño de la muestra para aplicar la transformada

DCT

DCT/DWT

8x8

Codificacion Estimacion y compensacion de movimiento

VLC

Si 8 perfiles, varios niveles en c/p

16x16

H.264/MPEG4 Part 10/AVC

16x16 8x8, 16x8 8x16, 16x16, 4x8, 8x4, 4x4 4x4 Integer transfor

H.265/HEVC

CTU 64x64, 32x32, 16x16 64x64, 32x32, 16x16 4x4 DST

4x4 VLC, CAVLC, CABAC

4x4, 32x32

Si, con hasta 16 MV

Si, con hasta 32 MV

3 perfiles, varios niveles en c/p

VUI, SEI

Perfiles

Si 5 perfiles, varios niveles en c/p

Tipos de cuadros

I, P, B,D

I, P, B

I, P, B, SI, SP

Hasta 1.5 Mbps

2 a 15 Mbps

64 kbps a 2 Mbps

64 kbps a 150 Mbps

1 Mbps SD, 4 Mbps HD y 10/12 M 4K

Baja

Media

Alta

Ancho de banda Complejidad del codificador Compatibilidad con estandares previos

Fuente: Adaptada El nuevo estándar de codificación de vídeo H.265 En los parámetros de comparación de los estándares de la tabla 3.2 podemos ver que el estándar DVB-S2X, muestra mayor beneficio para la compresión de video y la reducción del segmento satelital.

255

Tabla 3.2 – Comparación del estándar DVB Parametro Compresion del video Codigo extreme Codigo extreme

DVB-S MPEG - 2 Reed -Salomon FEC

2/3,3/4,5/6,7/8

DVB-S2 MPEG-2/MPEG-4 BCH LDPC 1/4, 1/3, 2/5, 1/2,3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10

DVB-S2X H.265 BCH LDPC 4/5, 7/9, 5/6,13/18, 25/36, 32/45, 31/45, 77/99

Tasas del codigo interno

QPSK 35%

QPSK, 8QPSK, 16APSK, 8 APSK 20%, 25%

8PSK, 16APSK, 32APSK, 64APSK, 128APSK, 256APSK 5%

Hasta 45

Hasta 60

Hasta 125

Modulacion Roll off Velocidad de transmision (Mbps)

Fuente: Adaptado Revista científica electrónica facultad de ciencias de ingeniería Universidad del Sinú HEVC duplica la relación de datos en comparación del H.264/AVC, como se muestra en la tabla. Tabla 3.3 - Relación compresión = Mbps/Servicio

Fuente: El nuevo estándar de codificación de vídeo H.265

256

3.2 DISEÑO DE LA RED DTH Para el presente documento planteamos una red DTH, que brinda 89 programas en total, 61 programas SD, 20 HD y 8 4K, con el cálculo del Bit rate necesario obtendremos el número de transponders que es necesario alquilar de un operador satelital. Es necesario realizar dos cálculos, para el estandar H.264 y H.265. Para demostrar los beneficios que nos brinda los nuevos estándares. Tomaremos las siguientes consideraciones de la tabla 3.3 para los dos mencionados cálculos. Tabla 3.4 - Parámetros de Modulación y FEC en DVB-S2 y DVB-S2X

DVB-S2

DVBS2X

8 PSK

3/4

20%

Modulacion FEC Roll-Off

La ecuación que se utiliza para realizar el calcular el SymbolRate es la siguiente: ൌ

୅୬ୡ୦୭ ୢୣ ୆ୟ୬ୢୟ ሺ୆୛ሻ ሺଵାୖ୭୪୪ି୭୤୤ሻ

ሺ ሻ ൌ ‫ כ כ‬

(3.1) (3.2)

Calculo de la cantidad de Información en un Transponder.

Las ecuaciones (3.1) y (3.2) se utiliza para el cálculo de la velocidad de datos, se obtener los siguientes resultados que se muestra en la tabla

257

Tabla 3.5 – Velocidad de Datos de un transponder de 36 MHz DVB-S2

DVB-S2X

BW TP TK Sat 1 - [MHz]

Symbol Rate -

[Msps]

34.3

Rb/TP

[Mbps]

67.5

77.1

La tabla muestra la velocidad de información que puede ser soportar un transponder de 36 Mhz. Para el estándar DVB-S2 en un TP soportar una velocidad máxima de 67.5 MBps, en cambio con el DVB-S2X con las mismas características de modulación y fec, puede soportar mayor información que DVB-S2. Calculo de la velocidad para los 89 canales, debemos realizar el cálculo de la velocidad para una compresión con H.264 y H.265, tomaremos dos casos: Caso 1 H.264/AVC Para obtener la velocidad de los 89 programas, se realizara la multiplicación según el requerimiento de los canales SD, HD y 4K y la suma de las velocidades para obtener la velocidad total. Como se muestra en la tabla Tabla 3.6 - Velocidad de datos para la compresión H.264/AVC

H.264/AVC Rb Mbps

# Canales

Total Rb Mbps

#ch SD

122

#ch HD

#ch 4K

128

Total Rb H.264

258

330

Según la tabla, se requiere 330 Mbps para la transmisión, con esta informacion podemos determinar la cantidad de transponder que debemos arrendar para prestar el servicio DTH. Según la tabla 3.4, para el DVB-S2 el TP puede manejar una velocidad de datos (Rb) de 67,5 Mbps. ൌ ͸͹ǡͷ ‫ ͓ כ‬

(3.3)

ൌ ͸͹ǡͷ ‫ כ‬ͷ

ൌ ͵͵͹ǡͷ

Figura 3.1 Portadoras para el estándar DBV-S2 con H.264

Para cubrir el requerimiento de los programas con el estándar de compresión H.264 es necesario contar con 5 TP. Como es un servicio pagado, es necesario mandar información adicional para poder controlar el acceso a los usuarios. El control de acceso de los usuarios en redes DTH se envía tablas adicionales para la encriptación y des encriptación de los programas que son: EMM, ECM y la tabla EPG. Que son enviados en el transport stream. El requerimiento de las tablas: EMM = 800 kbps ECM = 25 Kbps/Programa EPG = 2 Mbps

259

Calculo de información Efectiva ൌ െ ሺ Ǥ ൅ ‫ כ‬ሻ െ

(3.4)

ൌ ͵͵͹ǡͷ െ ሺͲǡͺ ൅ ͲǡͲʹͷ ‫ כ‬ͺͻሻ െ ʹ ൌ ͵͵ʹǡͶ͹

Es la información que se necesita para transmitir 89 canales con el estándar DBV-S2 y H.264. Figura 3.2 – Diagrama de red con DVB-S2/H.264

Fuente: Adaptado migración de plataforma satelital DVB-S2

260

Caso 2 H.265/HEVC Utilizando el estándar DVB-S2X y H.265, vemos el requerimiento de velocidad para los servicios SD, HD y 4K. De igual forma hacemos los cálculos como en el caso 1 como se muestra en la siguiente tabla. Tabla 3.7 - Velocidad de datos para la compresión H.265/HEVC

H.265/HEVC Rb Mbps

# Canales

Total Rb Mbps

#ch SD

#ch HD

#ch 4K

Total Rb H.265

221

Según la tabla, se requiere 221 Mbps para la transmisión, con esta velocidad de información calcularemos la cantidad de transponder que necesario alquilar. Sabemos de la Tabla 3.4, que un transponder de 36 MHz con el estándar DVB-S2X, puede manejar una velocidad de datos (Rb) de 77,1 Mbps. ൌ ͹͹ǡͳ ‫ ͓ כ‬ ൌ ͹͹ǡͳ ‫͵ כ‬

ൌ ʹ͵ͳǡ͵

261

Figura 3.3 Portadoras con el estándar DVB-S2X con H.265

Para cubrir el requerimiento de los programas de 221 Mbps se ocupara 3 transponder. Como se menciono es un servicio que se debe controlar el acceso así también se debe calcular la información Efectiva. Calculo de información Efectiva ൌ െ ሺ Ǥ ൅ ‫ כ‬ሻ െ

ൌ ʹ͵ͳǡ͵ െ ሺͲǡͺ ൅ ͲǡͲʹͷ ‫ כ‬ͺͻሻ െ ʹ ൌ ʹʹ͸ǡ͵

Figura 3.4 – Diagrama de red con el estándar DVB-S2X

Fuente: Fuente: Adaptado migración de plataforma satelital DVB-S2

262

Con los datos obtenidos de los dos casos podemos realizar una tabla comparativa con los dos estándares en cuestión. Tabla 3.8 – Resumen del cálculo de la Red DTH Rb Rb/prog #TP Mbps #Programas Mbps Mbps de TP

RbT Mbps de TP

EFF Mbps del TP

Rb Mbps TP libre

DVB-S2/AVC

330

67,5

337,5

7,5

DVB-S2X/HEVC

221

77,1

231,1

226,3

5,3

263

4 CONCLUSIONES La tecnología DVB-S2X y el estándar H.265 a través de su alta eficiencia espectral genera una reducción en la cantidad de espectro como se muestra en la tabla 3.8 resumen realizando la comparación del requerimiento de la cantidad de transponders para prestar un servicio de 89 programas, vemos que con la tecnología DVB-S2X necesitamos 3, en cambio con el DVB-S2 se requiere 5, esto demuestra con ello se reducen los costos asociados al alquiler de segmento satelital. No obstante, la implementación de DVB-S2X y H.265 requiere de nuevos equipamientos de modulación y transmisión en las empresas que prestan el servicio de DTH, además de realizar un cambio de los Set Top Boxes de los abonados, que soporten la tecnología DVB-S2X. Esto involucra un fuerte inversión, pero esto se compensara a largo plazo con la reducción del segmento espacial. El presente trabajo servirá como un documento de referencia, con el estándar DVB-S2X y H.265, para aplicaciones de DTH.

264

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS a) Revista científica electrónica facultad de ciencias de ingeniería Universidad del Sinú. b) ETSI

(European

Telecommunications

Standards

Institute)

(2006). EN 302 307 V.1.1.2. Digital Video Broadcasting (DVB); Second Generation Framing Structure, Channel Coding and Modulation Systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other Broadband Satellite Applications. France. c) ETSI

(European

Telecommunications

Standards

Institute)

(2014). EN 302 307-2 V1.1.1 Video Broadcasting (DVB); Framing Structure, Channel Coding and Modulation Systems for Broadcasting, Services, News Gathering and other Broadband Satellite Applications; B-S2 Extensions (DVB-S2X). France. d) http://blog.streamingmedia.com/2015/01/4k-streamingbandwidth-problem.html e) http://www.tutorialguidacomefare.com/test-video-quality-720p1080p-1440p-2160p-max-bitrate-which-compresses-youtube/ f) El nuevo estándar de codificación de vídeo H.265, Damián Ruiz Coll g) Intelsat. Direct-to-Home (DTH) Services. h) Estudio de calidad de codificación utilizando los perfiles 10 bits del estándar H.264 – Javier Cabezas Gonzales i) Recomendación UIT-T H.264 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (02/2016) j) Recomendación UIT-T H.265 de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (04/2015)

265

k) Ambos están disponibles en línea en el sitio de publicaciones de la UIT-T; https://www.itu.int/REC/T-REC-H/en

266

267

268

Fuente: Comunidad Emagister – sistema DTH

269

270

http://blog.streamingmedia.com/2015/01/4k-streaming-bandwidth-problem.html

271

Michell Martin Juan A. – Compresión de Video – Departamento de electrónica y computadoras, Universidad de Cantabria

272

Figura 2.1 – Cronología de los estándares de video más comunes

273

Figura 2.2 – Proceso de codificación y decodificación del H.264

274

International Telecommunication Union, “ITU-T H.264 recommendation”, Marzo 2010

Figura 2.3 – Opciones de bloque de H.264

275

Figura 2.5 – Mejora en tamaño en formas de bloque H.265

276

277

278

Samsung Wisenet – Codificación de alta eficiencia H.265, año 2016

Figura 2.9 – Evolución de tecnología de compresión.

Damián Ruiz Coll, El nuevo estándar de codificación de vídeo H.265, pag 63

279

DVB-S contempla la

280

http://www.Coyan.es, Digital Video Broadcasting

281

282

Aicox Soluciones, Newtec presenta el Nuevo estándar DVB-S2X

283

284

Tabla 2.2 – Tipos de modulacion y Fec del DVB-S2X

285

Top Box (STB). La salida del STB es el video en formato compatible para TVs y/o monitores9. Figura 2.14 – Esquema simplificado del sistema DTH

286

Víctor Emilio Bailón Arauz, Análisis de la Televisión Satelital Digital DTH, Tesis

Fuente: Satélite Túpac Katari Blog

Blog, http://www.abe.com.bo

287

Fuente: Satélite Tupac Katari Blog Los Datos de posición y órbita del Satelite lo podemos ver en la figura 2.16. Figura 2.16 – Datos Técnicos Satelite Tupac Katari

Fuente: Satélite Tupac Katari Blog

288

estos

avances.

Según

ETSI

(European

Telecommunications Standards Institute) (2014). EN 302 307-2 V1.1.1 Video Broadcasting (DVB)

289

290

Tabla 3.1 - Comparación de las características de codificación con los estándares de Video.

Caracteristica

MPEG-1

MPEG-2

MPEG-4

Tamaño del macrobloque

16x16

16x16 (Fame Mode) 16x8 (field mode)

Tamaño del bloque

8x8

16x16, 8x8, 16x8

Tranformada Tamaño de la muestra para aplicar la transformada

DCT

DCT/DWT

8x8

Codificacion Estimacion y compensacion de movimiento

VLC

Si 8 perfiles, varios niveles en c/p

16x16

H.264/MPEG4 Part 10/AVC

16x16 8x8, 16x8 8x16, 16x16, 4x8, 8x4, 4x4 4x4 Integer transfor

H.265/HEVC

CTU 64x64, 32x32, 16x16 64x64, 32x32, 16x16 4x4 DST

4x4 VLC, CAVLC, CABAC

4x4, 32x32

Si, con hasta 16 MV

Si, con hasta 32 MV

3 perfiles, varios niveles en c/p

VUI, SEI

Perfiles

Si 5 perfiles, varios niveles en c/p

Tipos de cuadros

I, P, B,D

I, P, B

I, P, B, SI, SP

Hasta 1.5 Mbps

2 a 15 Mbps

64 kbps a 2 Mbps

64 kbps a 150 Mbps

1 Mbps SD, 4 Mbps HD y 10/12 M 4K

Baja

Media

Alta

Ancho de banda Complejidad del codificador Compatibilidad con estandares previos

291

Tabla 3.2 – Comparación del estándar DVB Parametro Compresion del video Codigo extreme Codigo extreme

DVB-S MPEG - 2 Reed -Salomon FEC

2/3,3/4,5/6,7/8

DVB-S2 MPEG-2/MPEG-4 BCH LDPC 1/4, 1/3, 2/5, 1/2,3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10

DVB-S2X H.265 BCH LDPC 4/5, 7/9, 5/6,13/18, 25/36, 32/45, 31/45, 77/99

Tasas del codigo interno

QPSK 35%

QPSK, 8QPSK, 16APSK, 8 APSK 20%, 25%

8PSK, 16APSK, 32APSK, 64APSK, 128APSK, 256APSK 5%

Hasta 45

Hasta 60

Hasta 125

Modulacion Roll off Velocidad de transmision (Mbps)

Fuente: El nuevo estándar de codificación de vídeo H.265

292

DVB-S2

DVBS2X

8 PSK

3/4

20%

Modulacion FEC Roll-Off

La ecuación que se utiliza para realizar el calcular el SymbolRate es la siguiente: ൌ

୅୬ୡ୦୭ ୢୣ ୆ୟ୬ୢୟ ሺ୆୛ሻ ሺଵାୖ୭୪୪ି୭୤୤ሻ

ሺ ሻ ൌ ‫ כ כ‬

(3.1) (3.2)

Calculo de la cantidad de Información en un Transponder.

Las ecuaciones (3.1) y (3.2) se utiliza para el cálculo de la velocidad de datos, se obtener los siguientes resultados que se muestra en la tabla

293

Tabla 3.5 – Velocidad de Datos de un transponder de 36 MHz DVB-S2

DVB-S2X

BW TP TK Sat 1 - [MHz]

Symbol Rate -

[Msps]

34.3

Rb/TP

[Mbps]

67.5

77.1

H.264/AVC Rb Mbps

# Canales

Total Rb Mbps

#ch SD

122

#ch HD

#ch 4K

128

Total Rb H.264

294

330

(3.3)

ൌ ͸͹ǡͷ ‫ כ‬ͷ

ൌ ͵͵͹ǡͷ

Figura 3.1 Portadoras para el estándar DBV-S2 con H.264

295

Calculo de información Efectiva ൌ െ ሺ Ǥ ൅ ‫ כ‬ሻ െ

(3.4)

ൌ ͵͵͹ǡͷ െ ሺͲǡͺ ൅ ͲǡͲʹͷ ‫ כ‬ͺͻሻ െ ʹ ൌ ͵͵ʹǡͶ͹

Es la información que se necesita para transmitir 89 canales con el estándar DBV-S2 y H.264. Figura 3.2 – Diagrama de red con DVB-S2/H.264

Fuente: Adaptado migración de plataforma satelital DVB-S2

296

H.265/HEVC Rb Mbps

# Canales

Total Rb Mbps

#ch SD

#ch HD

#ch 4K

Total Rb H.265

221

ൌ ʹ͵ͳǡ͵

297

Figura 3.3 Portadoras con el estándar DVB-S2X con H.265

ൌ ʹ͵ͳǡ͵ െ ሺͲǡͺ ൅ ͲǡͲʹͷ ‫ כ‬ͺͻሻ െ ʹ ൌ ʹʹ͸ǡ͵

Figura 3.4 – Diagrama de red con el estándar DVB-S2X

Fuente: Fuente: Adaptado migración de plataforma satelital DVB-S2

298

RbT Mbps de TP

EFF Mbps del TP

Rb Mbps TP libre

DVB-S2/AVC

330

67,5

337,5

7,5

DVB-S2X/HEVC

221

77,1

231,1

226,3

5,3

299

300

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS a) Revista científica electrónica facultad de ciencias de ingeniería Universidad del Sinú. b) ETSI

(European

Telecommunications

Standards

Institute)

(European

Telecommunications

Standards

Institute)

301

k) Ambos están disponibles en línea en el sitio de publicaciones de la UIT-T; https://www.itu.int/REC/T-REC-H/en

302

VIABILIDAD DE UN SISTEMA DTH EN BANDA KA APLICADO A TELEVISIÓN INTERACTIVA Kelly Allison Meneses Pabon RESUMEN En el presente trabajo se plantea analizar la viabilidad de implementar un sistema de televisión interactiva directa por satélite en la banda Ka. Para tal fin se realizó una investigación de los servicios de televisión con soporte satelital y la viabilidad para implementar un canal de retorno directo por satélite en banda Ka para la prestación del servicio de televisión interactiva en una región de Bolivia. El desarrollo de nuevas tecnologías ahora permite la implementación de un canal de retorno por satélite que tiene como base central el análisis de los esquemas de modulación y codificación de los estándares de televisión, así como una descripción del sistema de comunicación satelital requerido para implementar servicios de televisión interactiva en banda Ka. Adicionalmente mediante el balance de los enlaces de transmisión y recepción, se verá la factibilidad, disponibilidad y desempeño de los mismos para proveer el servicio indicado en una ubicación determinada. Se pretende realizar el análisis del enlace satelital con el fin de observar los lineamientos de modulación y codificación necesarios que se deben considerar en los equipos para garantizar el servicio en condiciones de lluvia. Palabras-clave: Satelital. Banda Ka. Televisión. Interactividad. DVB.

303

304

1 INTRODUCCION Las comunicaciones por satélite han ido en constante evolución, los servicios que se ofrecen por este medio también evolucionaron y en la actualidad son mayores sus requerimientos. La alta demanda de los servicios actuales ha dado paso al desarrollo de nuevas tecnologías que logren satisfacer las necesidades actuales. En el ámbito satelital la banda más usada para la prestación de servicios satelitales es la banda Ku, razón por lo cual se encuentra saturada. Por este motivo se vio necesario estudiar el uso de la banda Ka para cubrir servicios que la banda Ku ya no puede (Tudanca, 2015). La banda Ka presenta frecuencias más altas por lo cual puede prestar una mayor cantidad de servicios de ancho de banda mayores. Esta característica también permite a los usuarios utilizar antenas más pequeñas. Entre otras características de la esta banda se tiene el uso de spot-beams, que son haces muy estrechos capaces de concentrarse en zonas específicas. Esta característica permite hacer un uso eficiente de la potencia del satélite permitiendo la implementación de servicios bidireccionales. 1.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Los servicios de telecomunicaciones que utilizan el medio satelital en Bolivia, son brindados mayormente en las bandas C y Ku. Comercialmente estas bandas ya se encuentran saturadas debido a las características y ventajas que estas presentan. Por este motivo es necesario un análisis del uso de la banda Ka en Bolivia, con el fin de poder explotar las ventajas que ésta propone. La gran desventaja de la utilización de la banda Ka, es el mayor desvanecimiento que presenta en condiciones atmosféricas críticas en comparación con las otras bandas. Esta desventaja se puede aminorar con técnicas de modulación y codificación adaptativa.

305

Hoy en día se tienen sistemas de comunicación satelital para aplicaciones como ser radio, televisión, voz y datos. Estos servicios han evolucionado y hoy por hoy han desarrollado una creciente demanda de servicios de banda ancha tales como acceso a contenido multimedia a través de Internet, descarga masiva de datos o televisión de alta definición. A ello añadido el desarrollo de nuevas aplicaciones que requieren comunicaciones bidireccionales (Tudanca, 2015). 1.2. JUSTIFICACIÓN Entre los servicios satelitales de mayor incidencia se tiene el servicio de televisión directa por satélite o DTH (del inglés, Direct To Home), este servicio a evolucionado y ahora plantea un nuevo concepto de televisión en el que el usuario pasa a ser un elemento activo dentro del sistema de televisión, dando paso a la televisión interactiva iTV (del inglés, Interactive Television). Para cumplir la interactividad es necesario la implementación de un canal de retorno, el cual puede ser aplicado por satélite mediante el uso de redes interactivas por satélite o RIS o iDTH (del inglés, Interactive Direct To Home). El uso de la tecnología satelital para comunicaciones bidireccionales en televisión permite proporcionar una solución rápida en la cual solo interactúa el usuario con un proveedor de servicio, ya que anteriormente para lograr la interactividad se requería la presencia de un segundo operador que gestione el canal de retorno de la comunicación bidireccional. 1.3. OBJETIVOS 1.3.1. OBJETIVO GENERAL Evaluar la banda Ka para la prestación del servicio de televisión interactiva en una ciudad de Bolivia.

306

1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ▪

Analizar la televisión interactiva con soporte satelital, estudiando los esquemas de modulación y codificación que utiliza,

▪

Análisis de la banda Ka para la prestación de servicios interactivos mediante balance de enlace.

▪

Calcular los niveles de atenuación producido por los efectos de la lluvia sobre las frecuencias de Banda Ka en la ciudad de La Paz.

▪

Obtener los niveles de disponibilidad del sistema.

307

308

REVISIÓN DE LA LITERATURA

2.1. ANTECEDENTES En cuanto a las redes interactivas satelitales se tienen varios artículos en los cuales se busca estudiar las características de los enlaces full dúplex, así como analizar las aplicaciones en las que se pueden aplicar estos. Entre los artículos se tienen mayor cantidad de aquellos que tratan la banda Ku esto debido a que las aplicaciones de la banda Ka se encuentran en pleno desarrollo y estudio. Para los servicios en banda Ka se encontraron proyectos que analizan la viabilidad de prestar servicios en la banda ka con los satélites HTS (del inglés, High Throughput Satellite). Se encontró también un análisis comparativo de la eficiencia del esquema de modulación DVB aplicado en la banda Ku y Ka, en el cual se comparan los resultados obtenidos de los balances de enlace y se sacan conclusiones sobre el rendimiento del esquema mencionado en ambas bandas. 2.2. TELEVISIÓN DIGITAL La televisión digital es el conjunto de tecnologías de transmisión y recepción de imagen y sonido, a través de señales digitales. Para esto codifica sus señales en forma binaria, permitiendo así utilizar vías de retorno entre el usuario y el proveedor de servicios. Con esto se pueden utilizar aplicaciones interactivas y tiene la capacidad de transmitir varias señales en un mismo canal asignado. El uso de tecnología digital permite la codificación y compresión de canales de televisión, el uso eficiente de ancho de banda, menor uso de MHz. Plataformas para televisión digital por cable, IPTV, terrestre y satelital. En Bolivia de acuerdo al Decreto Supremo Nº 819 del 16 de marzo de 2011, se adoptó el estándar ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting Terrestrial), con codificación H.264, MPEG-4, como sistema para transmisión y recepción de

309

Televisión Digital Terrestre. Sin embargo no existe un decreto que establezca el uso específico de un estándar para Televisión Digital por Satélite, razón por la cual es abierto, siendo el más comúnmente utilizado el estándar DVB-S. 2.2.1. TELEVISION DIGITAL INTERACTIVA La televisión digital interactiva es la que convierte al usuario en un elemento activo capaz de realizar acciones que pueden cambiar el contenido mostrado por su televisor. Para lograr la interactividad se emplea un canal de interacción bidireccional que posibilite la comunicación directa entre el dispositivo cliente y el proveedor de servicio. Figura 2.1 – Modelo de referencia de servicios interactivos

Se describe de modo general el esquema de funcionamiento de un sistema de servicios interactivos. Fuente: adaptada Toledo. (2001)

310

2.3. SISTEMAS DTH Los sistemas de televisión directa por satélite más conocidos como sistemas DTH, son sistemas utilizados para la distribución de señales audiovisuales y datos directamente al usuario final desde satélites geoestacionarios. Un sistema DTH está compuesto por tres etapas: la etapa de transmisión, la etapa del satélite y la etapa de recepción. La etapa de transmisión está conformada por el proveedor de servicios y es el que se encarga de hacer llegar la señal de televisión al satélite. La etapa satelital está compuesta únicamente por el satélite, el cual recibe, trata las señales y las repite de regreso a la Tierra. Por ultimo está la etapa de recepción en la que el satélite es capaz de entregar el contenido directamente a los usuarios. Adicionalmente previo a la etapa de transmisión se sigue el proceso de generación de contenido. Este proceso consta de las etapas de contribución, distribución y difusión.

311

Figura 2.2 – Red convencional de televisión por satélite

Se muestra de modo general el esquema de un sistema de televisión satelital. Fuente:

adaptada

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/166/A 07.pdf?sequence=7 2.3.1. SISTEMAS DTH INTERACTIVOS La evolución de los servicios de televisión digital ha permitido la incorporación de servicios interactivos que toman el nombre de televisión digital interactiva. A diferencia de los servicios DTH convencionales, en los cuales habitualmente solo se recibe el servicio de televisión directamente desde el satélite, un sistema DTH interactivo permite la implementación de un canal de retorno desde la terminal de usuario hacia el proveedor del servicio directamente por satélite. Haciendo uso de

312

un enlace de forward y otro de return se denomina a estas como redes interactivas por satélite o iDTH, sustentadas en los estándares DVB-S y DVB-RCS. 2.3.2. ESTANDARES DE TELEVISIÓN SOBRE SATELITE 2.3.2.1. DVB-S2 DVB-S es un estándar para encapsular trafico digital por satélite. DVB-S envuelve la carga útil con algoritmos de corrección. En su segunda generación DVB-S2 se permite otros tipos de flujo de información bajo las normas MPEG-4, trafico IP, backhaul para datos, etc. 2.3.2.2. DVB-RCS Por otra parte, el estándar DVB-RCS ofrece una solución normalizada para integrar el canal de retorno en la red satelital. El esquema de transmisión utilizado para el canal de retorno es el MF-TDMA, mediante el cual se pueden aplicar servicios interactivos. Las especificaciones y características de ambos estándares se pueden consultar en la recomendación ETSI EN 302 307 V1.2.1 (2009-08). 2.4. SISTEMAS DE COMUNICACIÓN SATELITAL EN BANDA KA Los sistemas satelitales en banda Ka ofrecen muchas ventajas sobre los sistemas en las bandas C y Ku, como ser disponibilidad de espectro, enlaces de comunicaciones que soportan tasas de bits más altas, ventajas tecnológicas para la construcción de satélites de haz múltiple, incorporación de terminales de usuario con antena de pequeño tamaño, etc. Las frecuencias definidas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) para los servicios satelitales en banda Ka se muestran en la tabla 2.1. estas asignaciones están definidas para el Servicio Fijo por Satélite (FSS) y el Servicio Móvil por Satélite (MSS).

313

Tabla 2.1 – Frecuencias asignadas por la UIT para FSS, MSS y BSS en banda Ka. FSS (GHz)

MSS (GHz)

BSS (GHz)

Bajada

17,7 – 21,2

20,1 – 21,2

22,0

Subida

27 – 31

29,9 – 31

25,25

Fuente: adaptada de Venugopal et al. (2016) Una característica de los sistemas satelitales en banda Ka es el uso de spot-beams provistos por satélites HTS, los cuales tienen un rendimiento variable entre los 5 Gbps a los 140 Gbps en esta banda. El tamaño del spot varia de 0.5 grados a 1 grado. La arquitectura de los spot-beams no solo permite obtener el PIRE y el G/T requeridos para operar con terminales de pequeña apertura, sino que también permite el rehúso de frecuencias. Para el uso de la banda Ka, se debe tomar en cuenta, los siguientes factores: a) las antenas de los satélites ofrecen mayores ganancias y patrones de radiación más estrechos, b) el uso de haces puntuales permite un mejor reúso de frecuencias, pero requiere un mejor alineamiento de las antenas, c) el concepto de onda corta es una ventaja, d) las líneas de trasmisión son de dimensiones más críticas.

314

Figura 2.3 – Esquema de un sistema de múltiples spot-beams.

Se muestra el esquema de un sistema de multiples spot beams en el que se muestra la forma en que se distribuyen los multiples spot beams en el área de servicio y los elementos que forman parte del sistema. Fuente: adaptada de Venugopal et al. (2016) 2.5. EFECTOS DE PROPAGACIÓN CAUSADOS POR EL CLIMA 2.5.1. ATENUACIÓN PRODUCIDA POR LLUVIA En condiciones meteorológicas de lluvia, la potencia de la portadora es atenuada en función de la distancia que recorren las ondas electromagnéticas a través de toda la zona lluviosa. Esta distancia depende de la altura de las nubes respecto a la superficie de la tierra, del ángulo de elevación de la antena y de la altura de esta antena sobre el nivel del mar. En la Recomendación UIT. R. 839-3, se estipula que la altura media de la lluvia por encima del nivel del mar, podría calcularse a partir de la isoterma de 0º C.

315

Figura 2.4 - Parámetros para el cálculo de la longitud horizontal del trayecto

Se muestran los parámetros necesarios para el cálculo de la longitud efectiva del trayecto para hallar su respectiva atenuación por lluvia. Fuente: Zalles Victor, Fundamentos básicos de los sistemas satelitales, 2015. 2.6. TECNICAS DE MITIGACIÓN DE DESVANECIMIENTO Para un sistema de satélite, la disponibilidad se define como el porcentaje de tiempo en un año durante el cual la relación de error de bits (BER) es inferior a un determinado umbral, más allá del cual se produce una interrupción del sistema (Livieratos, 2001), mientras que el margen de desvanecimiento está definido correctamente como la diferencia en dB entre la atenuación inducida por precipitación que conduce a una interrupción y la atenuación bajo condiciones de cielo despejado. Sin embargo, para sistemas satelitales que funcionan por encima de 10 GHz en regiones geográficas caracterizadas por fuertes precipitaciones, es posible que ocurran simultáneamente diferentes causas de atenuación y, en consecuencia, el margen de desvanecimiento requerido sea grande. Por lo tanto, el uso de una

316

técnica de mitigación de atenuación para permitir la operación del sistema con los menores márgenes de desvanecimiento es imprescindible (Castanet,1998). 2.6.1. ADAPTACIÓN DE LA SEÑAL Se da mediante esquemas de compensación del desvanecimiento con la adaptación de modulaciones más eficientes, múltiples esquemas de codificación y cambios de velocidad de transferencia, por otras más robustas cuando ocurre algún efecto climático. 2.6.1.1. CODIFICACIÓN ADAPTATIVA Consiste en la aplicación de una tasa de codificación variable de acuerdo a las condiciones del clima, es decir en condiciones favorables se utiliza una codificación más eficiente a fin de reducir la energía que se requiere por la transmisión de un bit de información. Como conocemos, los bits redundantes a los bits de información permiten la detección y corrección de errores en la transferencia de información. 2.6.1.2. MODULACIÓN ADAPTATIVA El objetivo de la modulación adaptativa es la de sacar mayor provecho del espectro satelital, mediante la utilización de modulaciones más eficientes durante condiciones favorables de clima despejado. Esto se plasma en que a medida que tengamos una menor energía para transmitir un bit de información, va a ser necesaria la aplicación de una modulación más robusta, o de nivel inferior, lo cual conlleva a una reducción de eficiencia espectral, es decir se utilizan más Hz para un mismo servicio.

317

318

METODOLOGÍA

Para lograr los objetivos propuestos, el presente trabajo cuenta de 4 fases. En la primera fase se realiza una revisión bibliográfica de la teoría necesaria para obtener los parámetros de diseño de un sistema iDTH en banda Ka. En la segunda fase se realiza el diseño del sistema iDTH en base a los parámetros obtenidos en la primera fase. En la tercera fase se analiza la viabilidad del sistema en una región del territorio boliviano mediante balance de enlace de forward y return, para tal hecho se emplean fórmulas de cálculos de enlace. En la cuarta fase se realiza un análisis de los resultados obtenidos en los cálculos donde se verán los rendimientos de los estándares de modulación aplicados y la eficiencia de los parámetros de transmisión adecuados para alcanzar estos niveles. 3.1. ESQUEMAS DE MODULACIÓN A UTILIZAR 3.1.1. DVB-S2 Para el enlace de forward se consideró el uso de los esquemas de modulación y codificación del estándar DVB-S2, siendo éste el mas utilizado actualmente para televisión digital sobre satélite. En la Tabla 3.1 se muestra el Eb/No y el Es/No requerido para el enlace forward que se utilizaran para el presente trabajo. Tabla 3.1 - Requerimientos de Eb/No para una canal DVD-S2 Modulación QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK

Codificación (FEC) 1/4 1/3 2/5 1/2 3/5 2/3 3/4

Eficiencia Es/No Eb/No Espectral requerido Requerido 0,490243 -2,35 0,75 0,656448 -1,24 0,59 0,789412 -0,3 0,73 0,988858 1 1,05 1,188304 2,23 1,48 1,322253 3,1 1,89 1,487473 4,03 2,31

319

QPSK 4/5 1,587196 QPSK 5/6 1,654663 QPSK 8/9 1,766451 QPSK 9/10 1,788612 8PSK 3/5 1,779991 8PSK 2/3 1,980636 8PSK 3/4 2,228124 8PSK 5/6 2,478562 8PSK 8/9 2,646012 8PSK 9/10 2,679207 16APSK 2/3 2,6372 16APSK 3/4 2,96672 16APSK 4/5 3,16562 16APSK 5/6 3,30018 16APSK 8/9 3,52314 16APSK 9/10 3,5673 32APSK 3/4 3,70329 32APSK 4/5 3,95157 32APSK 5/6 4,11954 32APSK 8/9 4,39785 32APSK 9/10 4,453 Fuente: adaptado de ETSI EN 30 307 V1.3.1, 2013.

4,68 5,18 6,2 6,42 5,5 6,62 7,91 9,35 10,69 10,98 8,97 10,21 11,03 11,61 12,89 13,13 12,73 13,64 14,28 15,69 16,05

2,67 2,99 3,73 3,89 3 3,65 4,43 5,41 6,46 6,7 4,76 5,49 6,03 6,42 7,42 7,61 7,04 7,67 8,13 9,26 9,56

3.1.2. DVB-RCS2 En la Tabla 3.2 se muestran los requerimientos de Eb/No para el canal de retorno bajo el estรกndar DVB-RCS2 que se utilizara en este trabajo.

320

Tabla 3.2 - Requerimientos de Eb/No para una canal DVB-RCS2 Codificación Eficiencia Es/No Eb/No (FEC) Espectral requerido Requerido QPSK 1/3 0,61 0 2,15 QPSK 1/2 0,93 2,3 2,62 QPSK 2/3 1,3 3,9 2,76 QPSK 3/4 1,47 5 3,33 QPSK 5/6 1,64 6,1 3,95 8PSK 2/3 1,75 8,2 5,77 8PSK 3/4 1,98 9,3 6,33 8PSK 5/6 2,19 11 7,6 Fuente: adaptado de EN 301-545- ”. DVB Documento A161, 2013. Modulación

3.2. ELECCIÓN DEL LUGAR DE ESTUDIO La televisión interactiva por satélite es un servicio orientado a usuarios residenciales. Este servicio es mayormente enfocado al área urbana en donde la demanda de televisión por satélite es más elevada que en el área rural (Villca, 2016). Por este motivo se definió como lugar de estudio la ciudad de La Paz, en ella se escogió la zona residencial de Achumani como lugar para la recepción del servicio de televisión interactiva para realizar las respectivas pruebas de disponibilidad.

321

Figura 3.1 – Zona de Achumani

Se muestra la zona de Achumani donde se plantea realizar los análisis de viabilidad. Fuente: Google Earth Para continuar con el presente estudio, se toman los datos de las coordenadas geográficas de latitud y longitud de la zona de Achumani. Con estos datos se procede a realizar los cálculos respectivos para obtener la viabilidad del sistema.

322

Tabla 3.3 – Datos de las coordenadas geográficas de la zona de Achumani. Grados decimales

Grados, minutos y segundos

LATITUD

16.535189°

16°32’6.68” S

LONGITUD

68.075858°

68°4’33.09” O

Altura sobre el nivel del mar m.s.n.m.

3345

Fuente: Google Earth (2017) 3.3. UBICACIÓN DE LA ESTACIÓN TERRENA Para objeto del presente estudio se utilizará la ubicación de la estación terrena de Amachuma, de ella se tomarán los datos de sus coordenadas de latitud y longitud para proceder con los respectivos cálculos. Tabla 3.4 – Datos de las coordenadas geográficas de la estación de Amachuma. Grados decimales

Grados, minutos y segundos

LATITUD

16.622017°

16°37'19.26"S

LONGITUD

68.129681°

68° 7'46.85"O

Altura sobre el nivel del mar m.s.n.m.

4013

Fuente: Google Earth (2017)

323

Figura 3.2 - Estación terrena de Amachuma

Fuente: Google Earth (2017) 3.4. ESPECIFICACIONES DEL SATELITE A UTILIZAR Para objeto del presente estudio se utilizará un satélite en banda Ka con cobertura en el territorio boliviano. Por este motivo se utilizó la posición orbital del satélite

324

Tupac Katari 1, el cual cuenta con un spot en banda Ka dedicado a Bolivia. Del satélite se tomaron los datos disponibles en su ficha técnica, para los demás datos se consideran valores típicos disponibles en el mercado. (Merino, 2015) Tabla 3.5 – Especificaciones técnicas del satélite Parámetro

Valor

Longitud

87.2° O

Banda de operación

Rango de frecuencias ascendente

27.5 - 30.0 GHz

Rango de frecuencias descendente 17.7 – 20.2 GHz Ancho de banda del transponder

120 MHz

Polarización Uplink

RHCP

Polarización Downlink

LHCP

Input Back Off (IBO)

4.00 dB

Output Back Off (OBO)

3.00 dB

Figura de mérito (G/T)

19.00 dB/K

Potencia radiada efectiva (PIRE)

45 – 52 dBw

Fuente: Agencia Boliviana Espacial (www.abe.bo) y Merino 2015. Los datos del PIRE del satélite están definidos según los mapas de contorno, este valor varía de acuerdo a la ubicación en recepción. Estos mapas se encuentran en

325

la ficha técnica del satélite, siendo distintos para cada banda y aplicación. Para el presente trabajo sólo se utiliza el mapa de contorno del PIRE para banda Ka. Figura 3.3 – Mapa de contornos PIRE del TKSAT-1 en banda Ka

Contornos PIRE del satélite TKSAT-1 en banda Ka que van desde los 45 dBw y 52dBw sobre el territorio boliviano. Fuente: Ficha Técnica TKSAT-1 (www.abe.bo, 2017) 3.5. ESPECIFICACIONES TECNICAS DE ESTACION TERRENA Al no disponer de datos de la estación terrena del satélite a utilizar, para finalidades de estudio se consideran equipos disponibles en el mercado. De estos equipos se

326

obtienen los parámetros de interés a través de sus respectivas hojas técnicas, Anexo 1. En la Tabla 3.6 se muestran los valores de estos parámetros. Tabla 3.6 – Especificaciones técnicas para la estación terrena Parámetro

Valor

Diametro

8.1 m

Polarización

Circular

Ganancia de antena en transmisión

64.7 dBi

Ganancia de antena en recepción

62.1 dBi

Temperatura del sistema en °K

111 °K

Temperatura del sistema en dBK

20.45 dBK

Potencia del HPA

150 w

Perdidas en el tramo Antena- HPA

1 dB

Fuente: Producción del autor 3.6. ESPECIFICACIONES TECNICAS DEL TERMINAL DE USUARIO Del mismo modo que para la estación terrena, para los datos técnicos del terminal de usuario se consideran valores típicos de equipos disponibles en el mercado. De estos equipos se obtienen los parámetros de interés a través de sus respectivas hojas técnicas, Anexo 2. En la Tabla 3.7 se muestran los valores de estos parámetros.

327

Tabla 3.7 – Especificaciones técnicas del terminal de usuario Parámetro

Valor

Diámetro

0.78 m

Polarización

Circular

Ganancia de antena en transmisión

45.3 dBi

Ganancia de antena en recepción

42.1 dBi

Temperatura del sistema en °K

90 °K

Temperatura del sistema en dBK

19.54 dBK

Potencia del HPA

Perdidas en el tramo Antena- HPA

1 dB

Fuente: Producción del autor 3.7. APUNTAMIENTO El apuntamiento al satélite requiere de los ángulos de elevación y de azimut. Estos a su vez dependen de la ubicación de la antena, ya que en cada ubicación estos ángulos son distintos. Para hallar estos ángulos se hizo uso de la página web: http://satbeams.com/footprints.

Esta

página

web

proporciona

información

consolidada sobre los satélites geoestacionarios de comunicaciones, sus detalles técnicos, zonas de cobertura y las tablas de frecuencia. 3.7.1. APUNTAMIENTO TERMINAL DE USUARIO-SATELITE En la Fig. 3.4 se muestra el entorno de la página web Satbeams.com, el cual cuenta en su parte superior con las posiciones orbitales de satélites actualmente activos. Una vez elegida la posición orbital se muestran los satélites disponibles en esa posición. Para el presente trabajo se escogió el satélite Tupac Katari 1 (TKSAT-1) en la posición 87°O, con el haz en banda. La línea verde indica el ángulo sobre el plano horizontal (azimut) al que debe apuntarse la antena para tener dirección al satélite. Adicionalmente la página nos provee datos que nos sirven para los cálculos

328

de enlace, como ser el PIRE recibido del satélite en la ubicación elegida, distancia al satélite, ángulo de elevación y ángulo de azimut. Figura 3.4 – Apuntamiento desde Estación terrena al TKSAT-1

Apuntamiento al satélite TKSAT-1 desde el punto de recepción del terminal de usuario elegido. Fuente: https://www.satbeams.com/footprints En la Tabla 3.8 se tienen los datos obtenidos de la página Satbeam.com una vez ingresados los datos de longitud y latitud del sitio de apuntamiento del terminal de usuario. Tabla 3.8 – Datos obtenidos del apuntamiento terminal de usuario- satélite TU-SAT

Latitud

Longitud Distancia

Achumani

16,54°S

68.08°O

36464 km

PIRE

Angulo de elevación

Angulo de azimut

52 dBw

60,8°

309.7°

Fuente: Producción del autor

329

3.7.2. APUNTAMIENTO ESTACIÓN TERRENA-SATELITE De igual modo utilizando la ubicación de la estación terrena se obtuvo los datos para el apuntamiento al TKSAT-1. Figura 3.5 – Apuntamiento desde la ubicación del usuario al TKSAT-1

Apuntamiento al satélite TKSAT-1 desde el punto la estación terrena de Amachuma. Fuente: https://www.satbeams.com/footprints En la Tabla 3.9 se tienen los datos obtenidos de la página Satbeam.com una vez ingresados los datos de longitud y latitud del sitio de la estación terrena. Tabla 3.9 – Datos obtenidos del apuntamiento estación- satélite TU-SAT

Latitud

Achumani

16,62°S

Longitud Distancia

68.13°O

36464.7 km

Fuente: Producción del autor

330

PIRE

Ángulo de elevación

Ángulo de azimut

52 dBw

60,8°

309.9°

3.8. CONDICIONES INICIALES PARA EL CALCULO DE ENLACE Para la realización de los cálculos de disponibilidad se presenta una tabla resumen de los parámetros a utilizar. Para la denominación de los enlaces tanto de forward como de return se utilizarán las siguientes abreviaciones: ✓ SAT- Satelite, ✓ ET- Estación terrena, ✓ TU- Terminal de usuario. Tabla 3.10 – Resumen de datos para el cálculo de enlace Latitud Satélite (SAT(

Altura sobre el nivel del mar m.s.n.m

Longitud

Ángulo de elevación

Ángulo de azimut

87.2 °O

Estación 16.62°S 68.13°O Terrena (ET)

4013

60.8°

309.9°

Terminal de usuario (TU)

3345

60.8°

309.7°

16.54°S 68.08°O

Fuente: Producción del autor. 3.9. ECUACIONES NECESARIAS 3.9.1. CALCULO DE LA DISTANCIA Para calcular la distancia que existe entre la Estación Terrena y el Satélite geoestacionario a utilizarse, se requiere determinar con la mayor exactitud posible

331

la latitud y longitud donde se instalara la antena de la EstaciĂłn Terrena y la posiciĂłn orbital del SatĂŠlite. El cĂĄlculo de la distancia se efectĂşa a travĂŠs de la siguiente ecuaciĂłn:

Donde:

đ??ˇđ??ˇ = 35787(1.42 â&#x2C6;&#x2019; 0.42 cos đ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??ż cos đ??´đ??´)1/2 (đ??žđ??žđ??žđ??ž)

(3.1)

đ??´đ??´ = đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;. đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸. đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;. đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;

đ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??ż = đ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??żđ??ż đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; 3.9.2. ECUACIONES PARA EL CĂ LCULO DE ENLACE El balance de enlace utiliza las formulas del caculo de enlace de forward y return, las cuales se presentan a continuaciĂłn: a) atenuaciĂłn por lluvia;

â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; : Altura de lluvia (km)

â&#x201E;&#x17D;0 : Altura de la ET o TU (km)

â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; = â&#x201E;&#x17D;0 + 0,36 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;

đ??żđ??żđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020; =

đ??żđ??żđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020; : Longitud de trayecto oblicuo (km)

â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2019;â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020; sin đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;

đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;: Angulo de elevacion (Grados)

332

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;

(3.2)

(3.3)

(3.4)

đ??żđ??żđ??şđ??ş = đ??żđ??żđ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020; cos đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;

đ??żđ??żđ??şđ??ş : Longitud de proyeccion horizontal (km)

đ?&#x203A;žđ?&#x203A;žđ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x; = đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź

(3.5)

Los valores de los coeficientes đ??žđ??ž đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź se pueden determinar utilizando los valores calculados en la RecomendaciĂłn UIT-R P.838-3. đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;0,01 =

đ??żđ??ż đ?&#x203A;žđ?&#x203A;ž 1+0,78â&#x2C6;&#x161; đ??şđ??ş đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2019;0,38(1â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019;2đ??żđ??żđ??şđ??ş ) đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;

(3.6)

đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;0,01 : Factor de ajuste horizontal para el 0,01% del tiempo

đ?&#x203A;žđ?&#x203A;žđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; : Atenuacion especifica debido a lluvia (dB/km) đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;: Frecuencia (Ghz)

â&#x201E;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019;â&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;

đ?&#x153; đ?&#x153; = tanâ&#x2C6;&#x2019;1 (đ??żđ??ż đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;

đ??şđ??ş 0,01

Para ď ş>ď ą,

đ??żđ??żđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; =

Si | ď Ş | < 36Â°,

đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł0,01 =

) đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;

đ??żđ??żđ??şđ??ş đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;0,01 cos đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;

(3.8)

đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;

đ?&#x2018;&#x2039;đ?&#x2018;&#x2039; = 36 â&#x2C6;&#x2019; |đ?&#x153;&#x2018;đ?&#x153;&#x2018;| đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; 1

(3.7)

â&#x2C6;&#x161;đ??żđ??żđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x203A;žđ?&#x203A;žđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2019;0,45) đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;2

1+â&#x2C6;&#x161;sin đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;(31[1â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; â&#x2C6;&#x2019;(đ?&#x153;&#x192;đ?&#x153;&#x192;/(1+đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ) ]

đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;0,01 : Factor de ajuste vertical para el 0,01% del tiempo đ??żđ??żđ??¸đ??¸ = đ??żđ??żđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;Łđ?&#x2018;Ł0,01 đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;

(3.9) (3.10)

(3.11)

333

đ??żđ??żđ??¸đ??¸ : Longitud efectiva del trayecto (km)

đ??´đ??´0,01 = đ?&#x203A;žđ?&#x203A;žđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; đ??żđ??żđ??¸đ??¸ đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;

(3.12)

đ??´đ??´0,01 : AtenuaciĂłn prevista para el 0,01% de un aĂąo medio (dB) b) perdida de espacio libre;

đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;: Distancia (km),

đ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??š = 92.44 + 20 log(đ?&#x2018;&#x;đ?&#x2018;&#x;) + 20log(đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;)

(3.13)

đ??şđ??ş

(3.14)

đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C;: Frecuencia (Ghz),

c) figura de mĂŠrito;

Donde:

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;

= đ??şđ??ş [đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;] â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; [đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;]

đ??şđ??ş: Ganancia de la antena,

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;: Temperatura en el receptor,

d) Potencia isotropica radiada efectiva;

Donde:

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; = đ??şđ??şđ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; + đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;

đ??şđ??şđ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; : Ganancia de antena transmisora (dB), đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; : Potencia de tranmision (dBw),

e) RelaciĂłn de portadora con densidad de potencia de ruido;

334

(3.15)

đ??śđ??ś

đ??şđ??ş

= đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; + đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; â&#x2C6;&#x2019; đ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??š â&#x2C6;&#x2019; 10 log(đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;) â&#x2C6;&#x2019; đ??´đ??´đ??żđ??żđ??żđ??ż

đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x153;

Donde:

(3.16)

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;: Potencia isotrĂłpica radiada efectiva, đ??şđ??ş đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;

: Figura de merito,

đ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??š: Perdida de espacio libre, đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;: Constante de Boltzman,

đ??´đ??´đ??żđ??żđ??żđ??ż : AtenuaciĂłn por lluvia.

f) RelaciĂłn portadora a ruido đ??śđ??ś

đ?&#x2018; đ?&#x2018;

Donde:

đ??śđ??ś

= (đ?&#x2018; đ?&#x2018; ) â&#x2C6;&#x2019; 10log(đ??ľđ??ľđ??ľđ??ľâ&#x201E;&#x17D;đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ ) 0

(3.17)

đ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ: Ancho de banda

g) RelaciĂłn portadora a ruido Requerida; đ??śđ??ś

Donde: đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸

đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;

(đ?&#x2018; đ?&#x2018; )

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;

(đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;) =

đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸

đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ đ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??š

+ 10 đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; (1+đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;)

(3.18)

: RelaciĂłn de energĂa de bit a densidad de potencia de ruido (dB),

đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;: Ă?ndice de modulaciĂłn,

đ??šđ??šđ??šđ??šđ??šđ??š: Forward Error Correction, 49

335

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;: Factor de correcciĂłn de antena,

h) RelaciĂłn de portadora a ruido total del sistema;

đ??śđ??ś

(đ?&#x2018; đ?&#x2018; )

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;

= 10 đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; [

1 đ??śđ??ś/đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇ đ??śđ??ś/đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ??´đ??´đ??´đ??´đ??´đ??´ ) đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;( 10 )+đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;( 10

] đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; (3.19)

Donde: đ??śđ??ś/đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ??´đ??´đ??´đ??´đ??´đ??´ : RelaciĂłn seĂąal a Ruido Ascendente (dB),

đ??śđ??ś/đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇđ??ˇ : RelaciĂłn seĂąal a Ruido descendente (dB), i) Margen de enlace;

đ??śđ??ś

đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x20AC;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018; đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸đ??¸ = (đ?&#x2018; đ?&#x2018; )

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;

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(3.20)

3.9.3. ECUACIONES DE LA PORTADORA Para contemplar un diseĂąo de red es necesario definir en primer punto los parĂĄmetros de la portadora. Para ello se definieron las siguientes ecuaciones: j) ancho de banda; đ??ľđ??ľđ??ľđ??ľ = đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020; đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;: Tasa de sĂmbolos

336

(3.21)

k) tasa de datos. 𝐷𝐷𝐷𝐷

𝑆𝑆𝑆𝑆 = 𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹

Donde:

(3.22)

𝐷𝐷𝐷𝐷 = 𝑆𝑆𝑆𝑆 𝑥𝑥 𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹

𝐷𝐷𝐷𝐷: Tasa de datos

𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹: Valores obtenidos del esquema de modulación

3.10. ESPECIFICACIONES DE LA PORTADORA

Para el análisis a realizarse en el presente trabajo se considera un tamaño de portadora usualmente utilizado para la prestación servicios de Banda Ka de 120 Mbps para el enlace OUTBOUND (Merino, 2015). Para el enlace de INBOUND se analizó la portadora de 2Mbps que es el valor comúnmente utilizada en el canal de retorno (Mohanchur Sarkar, et al., 2014). 3.11. SISTEMA PROPUESTO PARA LAS PRUEBAS Se propone el un sistema iDTH para las pruebas, el cual consta de un sistema de comunicación satelital para servicios DTH con el añadido del canal de retorno vía el mismo satélite. En la Fig. 3.1 se observa el escenario indicado, aplicado a la televisión digital interactiva por satélite.

337

Figura 3.6 â&#x20AC;&#x201C; Diagrama del sistema iDTH propuesto

return Diagrama del sistema iDTH propuesto en el cual se observan los enlaces forward y return, asi como los elementos participes del sistema Fuente: adaptada Toledo. (2001)

338

4 DISCUSIÓN Y RESULTADOS Para comenzar con los respectivos cálculos primero se definieron las frecuencias que se utilizaran tanto para el enlace de forward como para el de return. Para tal fin se tiene la Tabla 4.1 en la que se indican los valores de las frecuencias a utilizar. Tabla 4.1 – Frecuencias en banda Ka a utilizar ET- TU

TU – ET

Enlace de subida

30 GHz

29 GHz

Enlace de bajada

20 GHz

19 GHz

Fuente: Producción del autor Se escogieron diferentes frecuencias para los enlaces de subida y bajada, tanto forward como en return para evitar posibles interferencias. 4.1. CÁLCULO DE ATENUACIÓN POR LLUVIA Para realizar el cálculo de atenuación por lluvia se siguieron los pasos descritos en la recomendación UIT P.618 – 4. 1) Determinación de la altura de lluvia, hr, mediante la ecuación (3.2) 2) cálculo de la longitud del trayecto oblicuo en el espacio correspondiente a la altura de lluvia,Le, ecuación (3.3) 3) determinación de la proyección horizontal de la longitud del trayecto oblicuo, ecuación (3.4)

339

Tabla 4.2 – Resultados de los valores de hr, Ls y Lg para cada enlace Enlace ET - SAT SAT - TU TU - SAT SAT – ET 30GHz 20GHz 29GHz 19GHz Hr 5,583 4,871 4,871 5,583 Ls 1,799 1,748 1,748 1,799 Lg 0,877 0,853 0,853 0,877 Fuente: Producción del autor 4) obtención de la intensidad de lluvia R0.01 en la ubicación de ET y TU, este valor se obtuvo mediante un programa de Matlab publicado en la misma web de la recomendación UIT P.837-6, 5) cálculo de atenuación específica, R, utilizando los coeficientes dependientes de la frecuencia que aparecen en la recomendación UIT-R P.838 y el índice de intensidad de la lluvia, R0,01, Ecuación (3.5) Tabla 4.3 – Resultados de R0,01 y R αv

αc

1,069 0,086

0,993

0,084

1,030

41,538

3,882

0,092

1,057 0,096

0,985

0,094

1,020

42,617

4,311

0,222

0,958 0,212

0,920

0,217

0,940

42,617

7,386

0,240

0,949 0,229

0,913

0,235

0,931

41,538

7,542

Enlace

SAT-ET

0,081

SAT-TU TU-SAT ET-SAT

Atenuación por lluvia especifica (dB)

Intensidad de lluvia (dB/km)

Frecuencia (Ghz)

αh

Fuente: Producción del autor

6) cálculo del factor de reducción horizontal, r0,01, para el 0,01% del tiempo, ecuación (3.6)

340

7) cálculo del factor de ajuste vertical, v0,01, para 0,01% del tiempo, ecuación (3.10). Tabla 4.4 – Resultados de v0.01 y de r0.01 ET-SAT Factor de ajuste 0,951 vertical v0.01 Factor de ajuste 62,022 horizontal r0.01 Fuente: Producción del autor

Enlace SAT-TU TU-SAT

SAT-TU

0,977

0,950

0,984

61,362

62,033

61,185

8) cálculo de la longitud de trayecto efectiva, Le, ecuación (3.11) 9) cálculo de la atenuación por lluvia prevista para el 0,01% de un año medio A0,01, ecuación (3.12) 10) cálculo de la atenuación por lluvia estimada para otros porcentajes de un año medio, en el margen del 0,01% al 0.1%. Tabla 4.5 – Resultados de Le, de las atenuaciones debida a lluvia al 0.01% A0.01 y al 0.1% A0.1 del año medio.

Longitud efectiva (Le) Atenuación al 0,01 (A0,01)

ET-SAT

Frecuencia SAT-TU TU-SAT

SAT-ET

2,480

2,230

2,393

2,272

18,706

9,613

17,675

8,818

3,821

7,483

3,471

Atenuación al 7,960 0,1 (A0,1) Fuente: Producción del autor

341

Se puede observar que los valores de atenuación por lluvia al 0.01% del año medio son mayores que en el caso de atenuación al 0.1%, esto debido a que en el caso del 0.01% se toman como referencia una mayor cantidad de muestras para determinar la intensidad de lluvia en la localidad, que con él 0.1%. 4.2. CÁLCULO DE LA PERDIDA DE ESPACIO LIBRE La pérdida de espacio libre se determina a partir de la frecuencia y la distancia del satélite a los puntos de recepción, tal como se indica en la ecuación (3.13) en el capítulo 3. La Tabla 4.6 expone los resultados obtenidos para todos los enlaces considerados. Tabla 4.6 – Resultados obtenidos de la atenuación de espacio libre por enlace ET-SAT

Perdida de espacio libre 213,226 (dB) Fuente: Producción del autor

Enlace SAT-TU TU-SAT

SAT.ET

209,704

209,258

212,931

4.3. CÁLCULO DEL PIRE Y DEL G/T Los valores de PIRE y G/T dependen del tipo de enlace a utilizar. El PIRE es un valor medido o calculado de la potencia del lado de la transmisión y la figura de mérito G/T es un valor medido o calculado de sensibilidad en el lado receptor.

342

Tabla 4.7- Valores obtenidos del PIRE y del G/T para los enlaces considerados Ganancia Temperatura de la del sistema antena (K°) Rx (dB) ET ETSAT SAT TU 42,1 90 SATTU SAT ET 62,1 111 SATET SAT TU TUSAT SAT Fuente: Producción del autor

G/T (dB) 19 22,558

Ganancia Potencia Potencia de la PIRE de Tx de Tx antena (dBw) (w) (dBw) Tx (dB) 64,7 150 21,761 86,461

41,647

45,3

6,990

52 52,290

Se observa que para el enlace de ET a SAT (subida) se toman los valores de ganancia de antena transmisora y la potencia del HPA del lado de ET para poder calcular el PIRE, del lado de SAT se tomó el valor genérico definido en el capítulo 3 de la figura de mérito G/T. Por otro lado, para el enlace de SAT a ET (bajada) el valor de PIRE pertenece al lado del satélite, siendo éste el valor de potencia medido en mapas de contorno, y el valor de G/T pasa a ser calculado del lado de la terminal de usuario, con la ganancia de la antena en recepción y la temperatura del sistema. 4.4. DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN POTENCIA CON DENSIDAD DE POTENCIA DE RUIDO Para determinar el valor de la relación de la potencia con la densidad de potencia de ruido se hizo uso de la denominada ecuación de enlace (3.16) indicada en el capítulo 3. Pare el caso del presente trabajo se consideraron 3 escenarios para realizar el análisis de viabilidad: Con atenuación debida a lluvia prevista para el 0.01% del año medio, atenuación debida a lluvia prevista para el 0.1% del año medio y condiciones de cielo despejado. La tabla 4.8 expone los resultados obtenidos con los datos presentados en anteriores puntos.

343

Tabla 4.8 - Valores obtenidos de C/No para tres escenarios Outbound

Inbound

Condiciones de enlace ET - SAT SAT - TU TU - SAT SAT - ET A0.01

102,129

83,841

69,283

104,170

A0.1

112,876

89,633

79,476

109,518

Cielo Despejado

120,835

93,454

86,959

112,989

Fuente: Producción del autor La tabla muestra que la relación C/No es mayor cuando se tiene condiciones de cielo despejado debido a que no se presentaría atenuación por lluvia. En cambio, en condiciones de lluvia con los porcentajes de lluvia prevista en el año medio 0.01% y 0.1% la relación C/No es menor. De acuerdo a la tabla mientras menor es el porcentaje mayor es la atenuación por lluvia y como consecuencia la relación C/No es menor. 4.5. CÁLCULO DEL ANCHO DE BANDA PARA LAS PORTADORAS DE OUTBOUND E INBOUND El ancho de banda requerido para una portadora se halla mediante la ecuación (3.21) referente a los cálculos para la portadora de una señal digital citada en el capítulo 3. Para el presente trabajo en la Tabla 4.9 se exponen los anchos de banda requeridos para cada modulación y codificación permitida en el estándar DVB, utilizando los datos de portadoras de 120000Kbps (outbound) y 2048Kbps(inbound).

344

Tabla 4.9 – Ancho de banda en KHz requerido para outbound e inbound por cada esquema de modulación y codificación OUTBOUND INBOUND portadora portadora 120 Mbps 2048 kbps Modulación

FEC

BW (KHz)

QPSK

1/4

288000

4915

QPSK

1/3

216000

3686

QPSK

2/5

180000

3072

QPSK

1/2

144000

2458

QPSK

3/5

120000

2048

QPSK

2/3

108000

1843

QPSK

3/4

96000

1638

QPSK

4/5

90000

1536

QPSK

5/6

86400

1475

QPSK

8/9

81000

1382

QPSK

9/10

80000

1365

8PSK

3/5

80000

1365

8PSK

2/3

72000

1229

8PSK

3/4

64000

1092

8PSK

5/6

57600

983

8PSK

8/9

54000

922

345

8PSK

9/10

53333

910

16APSK

2/3

54000

922

16APSK

3/4

48000

819

16APSK

4/5

45000

768

16APSK

5/6

43200

737

16APSK

8/9

40500

691

16APSK

9/10

40000

683

32APSK

3/4

38400

655

32APSK

4/5

36000

614

32APSK

5/6

34560

590

32APSK

8/9

32400

553

32APSK

9/10

32000

546

Fuente: Producción del autor En la tabla se observa que mientras menor sea el índice de modulación y mayor sea la redundancia por corrección de errores mayor será el ancho de banda requerido para la portadora. 4.6. CÁLCULO DE LA RELACÍON DE PORTADORA A RUIDO Para hallar el valor de la relación de portadora a ruido se hizo uso de la ecuación (3.17) presente en el capítulo 3. Para tal fin se obtuvo C/N de los enlaces ascendente y descendente para la portadora de outbound e inbound con sus respectivas portadoras, para todos los esquemas de modulación disponibles en cada caso.

346

Tabla 4.10 – Valor de C/N para la portadora de outbound de 120 Mbps

MOD QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 8PSK 8PSK 8PSK 8PSK 8PSK 8PSK 16APSK 16APSK 16APSK 16APSK 16APSK 16APSK 32APSK 32APSK 32APSK 32APSK 32APSK

OUTBOUND A0,01 ET – SAT – MOD COD BW EB/NO SAT TU 2 1/4 288000 0,75 17,535 -0,753 2 1/3 216000 0,59 18,785 0,497 2 2/5 180000 0,73 19,577 1,289 2 1/2 144000 1,05 20,546 2,258 2 3/5 120000 1,48 21,337 3,049 2 2/3 108000 1,89 21,795 3,507 2 3/4 96000 2,31 22,307 4,019 2 4/5 90000 2,67 22,587 4,299 2 5/6 86400 2,99 22,764 4,476 2 8/9 81000 3,73 23,044 4,756 2 9/10 80000 3,89 23,098 4,810 3 3/5 80000 3 23,098 4,810 3 2/3 72000 3,65 23,556 5,268 3 3/4 64000 4,43 24,067 5,780 3 5/6 57600 5,41 24,525 6,237 3 8/9 54000 6,46 24,805 6,517 3 9/10 53333 6,7 24,859 6,571 4 2/3 54000 4,76 24,805 6,517 4 3/4 48000 5,49 25,317 7,029 4 4/5 45000 6,03 25,597 7,309 4 5/6 43200 6,42 25,774 7,486 4 8/9 40500 7,42 26,055 7,767 4 9/10 40000 7,61 26,109 7,821 5 3/4 38400 7,04 26,286 7,998 5 4/5 36000 7,67 26,566 8,278 5 5/6 34560 8,13 26,743 8,456 5 8/9 32400 9,26 27,024 8,736 5 9/10 32000 9,56 27,078 8,790 Fuente: Producción del autor

A0,1

ET SAT 28,282 29,531 30,323 31,292 32,084 32,542 33,053 33,333 33,511 33,791 33,845 33,845 34,303 34,814 35,272 35,552 35,606 35,552 36,063 36,344 36,521 36,801 36,855 37,033 37,313 37,490 37,770 37,824

SAT TU 5,040 6,289 7,081 8,050 8,842 9,299 9,811 10,091 10,268 10,549 10,603 10,603 11,060 11,572 12,029 12,310 12,363 12,310 12,821 13,101 13,279 13,559 13,613 13,790 14,070 14,248 14,528 14,582

Cielo despejado ET SAT – SAT TU 36,242 8,860 37,491 10,110 38,283 10,901 39,252 11,870 40,044 12,662 40,501 13,120 41,013 13,631 41,293 13,912 41,470 14,089 41,751 14,369 41,805 14,423 41,805 14,423 42,262 14,881 42,774 15,392 43,231 15,850 43,511 16,130 43,565 16,184 43,511 16,130 44,023 16,642 44,303 16,922 44,481 17,099 44,761 17,380 44,815 17,434 44,992 17,611 45,272 17,891 45,450 18,068 45,730 18,349 45,784 18,403

347

Se tiene en la Tabla 4.10 los C/N calculados para la portadora outbound y en la Tabla 4.11 los C/N para la portadora de inbound para los tres casos de estudio planteados. Tabla 4.11 – Valor de C/N para la portadora de inbound de 2 Mbps

ET SAT 3,617 2 1/3 3686 2,15 5,378 2 1/2 2458 2,62 6,628 2 2/3 1843 2,76 7,139 2 3/4 1638 3,33 7,597 2 5/6 1475 3,95 8,389 3 2/3 1229 5,77 8,900 3 3/4 1092 6,33 9,358 3 5/6 983 7,60 Fuente: Producción del autor

MOD MOD COD BW QPSK QPSK QPSK QPSK QPSK 8PSK 8PSK 8PSK

EB/NO

IBOUND A0,01 SAT - TU 38,504 40,265 41,514 42,026 42,484 43,275 43,787 44,245

ET SAT 13,810 15,571 16,820 17,332 17,789 18,581 19,093 19,550

A0,1 SAT - TU 43,852 45,613 46,862 47,373 47,831 48,623 49,134 49,592

Cielo despejado ET SAT - TU SAT 21,293 47,323 23,054 49,084 24,303 50,333 24,815 50,844 25,272 51,302 26,064 52,094 26,576 52,605 27,033 53,063

Tras los resultados en ambas tablas se observó que mientras menor sea el índice de modulación que utilice una corrección de errores más redundante, la relación portadora a ruido se reduce, esto debido a que el ancho de banda requerido por la portadora aumenta y como consecuencia la potencia de la señal disminuye. Esto también se ve afectado por la atenuación por lluvia. 4.7. CÁLCULO DEL MARGEN ALCANZADO POR ENLACE El margen de enlace es el excedente entre el C/N total del sistema y el C/N requerido según la ecuación 3.19 y 3.18 respectivamente. Para fines del análisis, se consideró 0.5 dB para posibles degradaciones adicionales a las ya calculadas. En la tabla 4.12 se muestran los márgenes obtenidos sobre los esquemas de modulación que se escogieron para dicho análisis, para los tres escenarios del presente estudio.

348

349

MODCOD C/N Req DESC ASC 8 PSK 5/6 9,47 8 PSK 2/3 13,54 QPSK 3/4 7,16 8 PSK 2/3 8,23 QPSK 1/2 11,99

C/N Req DESC 10,79 7,99 4,3 7,99 1,83

MODCOD MODCOD C/N Req C/N Req ASC DESC ASC DESC 8 PSK 5/6 8 PSK 5/6 10,79 8,6 8 PSK 2/3 8 PSK 2/3 7,99 5,87 QPSK 3/4 QPSK 3/4 4,3 3,28 8 PSK 2/3 8 PSK 3/5 7,99 4,76 QPSK 1/2 QPSK 1/2 1,83 0,26 Fuente: Producción del autor

MODCOD ASC 16 APSK 3/4 32 APSK 5/6 8 PSK 3/4 16 APSK 2/3 32 APSK 3/4

C/N Margen Margen C/N total ASC DESC total 9,208 -2,08 0,11 19,15 8,239 -0,25 1,87 18,181 6,989 2,19 3,21 16,93 8,222 -0,27 2,69 18,139 5,228 2,9 4,47 15,171

C/N total 25,261 26,648 23,998 24,743 26,115

0,01 Margen Margen C/N ASC DESC total 15,29 13,97 35,874 12,61 18,16 37,167 16,34 19,2 34,579 16,02 16,26 35,342 13,63 23,79 36,468

ET-SAT 0,1 Margen ASC 25,91 23,13 26,92 26,62 23,98 TU-SAT Margen ASC 7,86 16,7 12,13 9,65 12,84 Margen DESC 10,05 18,82 13,15 12,88 14,41

C/N Margen Margen total ASC DESC 26,154 14,87 17,06 25,185 9,69 11,81 23,966 19,14 20,16 25,098 16,71 19,84 22,175 19,85 21,42

Cielo Despejado Margen C/N Margen Margen DESC total ASC DESC 24,59 43,512 33,54 32,22 28,68 44,598 30,56 36,11 29,78 42,144 34,48 37,35 26,85 42,94 34,22 34,46 34,14 43,56 31,07 41,23

Tabla 4.12 – Resultados de los márgenes obtenidos de cada enlace

Se utilizaron diferentes valores de modcod tanto para enlace descendente como para enlace ascendente para poder comparar los niveles de margen que pueden llegar a obtenerse en los enlaces analizando los tres escenarios de estudio. Los márgenes con valores negativos indican que bajo esos parámetros de modcod y condiciones climáticas el enlace no es viable, como se ve en el enlace ascendente desde TU al SAT con modulaciones de 8PSK y FEC de 5/6 y 2/3, esto debido a que, si bien en estos valores se tiene una relación C/N relativamente alta con respecto a los demás en las mismas condiciones climáticas, el modcod seleccionado nos pide una relación C/N req. mayor. 4.8. DISPONIBILIDAD DEL ENLACE La disponibilidad del enlace tiene relación directa con la tasa de probabilidad de lluvia con la que se pretende operar un servicio. Para el caso de este trabajo se tomó una tasa de lluvia al 0.1% anual y otra de 0.01% anual. Tabla 4.13 – Disponibilidad de enlace de acuerdo a la tasa de probabilidad de lluvia ET-SAT SAT-TU Ascendente Descendente Total Ascendente Descendente Total 0,01 99,99% 99,99% 99,98% 99,99% 99,99% 99,98% 0,1 99,90% 99,90% 99,80% 99,90% 99,90% 99,80%

Fuente: Producción del autor

Para la tasa de precipitación por lluvia del 0.01%, el año se dividió en 0,88 horas el cual vendría a ser el tramo de mayor precipitación, por lo tanto, la disponibilidad de este tramo será de 99.99%. Para la tasa de precipitación por lluvia del 0.1%, el año se dividió en 8.76 horas el cual vendría a ser el tramo de mayor precipitación, por lo tanto, la disponibilidad de este tramo será de 99.9%. Bajo ese criterio se obtuvo la tasa de disponibilidad total por enlace siendo del 99.98% para la tasa de 0.01 de precipitación y del 99.80% para la tasa de precipitación del 0.1%.

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5 CONCLUSIONES En el presente proyecto se utilizaron como variables los índices de modulación y el FEC, tomando los demás valores del balance de enlace como constantes, esto para analizar el desempeño de la modulación y codificación para la aplicación de televisión digital interactiva por satélite. Debido al rango de frecuencias que se plantea utilizar para este servicio es muy importante tomar en cuenta la atenuación por lluvia porque de esta depende la disponibilidad del sistema. Tras realizado el análisis, se observó que las disponibilidades de los enlaces están relacionadas con el porcentaje de atenuación por lluvia previsto en el año medio, dado que la disponibilidad es mayor cuando se toma en cuenta mayores valores de atenuación en el balance de enlace. Donde se debe tener mayor atención al momento de analizar la factibilidad de estos sistemas es en los enlaces entre la terminal de usuario y el satélite, esto debido a que las capacidades del terminal de usuario son limitadas tanto en potencia, ganancia y modcod que puede utilizar. Si se toma como escenario un cielo despejado se tiene alta factibilidad para la aplicación de tv digital interactiva sobre la banda Ka. Sin embargo, ya entrando en un escenario real donde si se toma en cuenta la atenuación por lluvia se deben considerar ciertos parámetros de modcod con los cuales la aplicabilidad del servicio banda ka se hace factible.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. HENRY WILLIAM MERINO ACUÑA ,“Análisis de viabilidad de los hts de banda ka para la prestación de servicios de banda ancha satelital en el perú mediante la aplicación de modelos matemáticos en el desarrollo de cálculos de enlace”, 2014. 2. DESARAJU VENUGOPA, et al, “ka band satellite communication systems– applications and configurations”, 2015. 3. GABRIELA GHEORGHE, “Improvements of DVB-RCS2 to DVB-RCS”, 2015. 4. Landeros-Ayala Salvador, “Análisis de la eficiencia de los estándares de transmisión de televisión digital por satélite en las bandas Ku y Ka”, 2009. 5. http://www.gr.ssr.upm.es/docencia/grado/csat/material/CSA08-4BalanceEnlace1_2p.pdf (Consultado el 5 de marzo de 2017). 6. http://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302300_302399/302307/01.02.01_60/en _302307v010201p.pdf (Consultado el 4 de marzo de 2017). 7. MOHANCHUR SARKAR, SHUKLA y DASGUPTA, “Digital Video Broadcast Return Channel via Satellite (DVB-RCS) Protocol Analyzer”, Institute Of Technology, BHU, Varanasi 221005. 8. Digital Video Broadcasting (DVB), “DVB-S2 Fact Sheet - 2nd Generation Satellite”, Geneva, Switzerland, http://www.dvb.org/standards, (Consultado el 15 de marzo de 2017. 9. Digital Video Broadcasting (DVB), “DVB-RCS2 - Return Channel SatelliteFact Sheet”, Geneva, Switzerlandhttp://www.dvb.org/standards, (Consultado el 15 de marzo de 2017.

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ANEXOS ANEXO 1: ESPECIFICACIONES TECNICAS EQUIPOS ESTACIÃ&#x201C;N TERRENA ANEXO 1-A. Especificaciones de antena

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ANEXO 1-B- Especificaciones del HPA

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ANEXO 2: ESPECIFICACIONES TECNICAS EQUIPOS TERMINAL DE USUARIO ANEXO 2-A. Especificaciones de antena

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ANEXO 2-B. Especificaciones del BUC

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