Tecnologia inalambrica via comunicaciones satelitales para la defensa en Bolivia

ÁREA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN Y COMUNICACIÓN

TECNOLOGÍA INALÁMBRICA VÍA COMUNICACIONES SATELITALES PARA LA DEFENSA EN BOLIVIA

Tesis para optar al grado de: Master en Dirección Estratégica en Telecomunicaciones

Presentado por: Elder Antonio Ninahuanca Terán BOMDETEL1322888

Director: Dr. Jon Arambarri

La Paz, Bolivia Diciembre 17, 2014

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COMPROMISO DE AUTOR Yo, Elder Antonio Ninahuanca Terán con célula de identidad 6733614 L.P. y alumno del programa académico Master en Dirección Estratégica en Telecomunicaciones, declaro que:

El contenido del presente documento es un reflejo de mi trabajo personal y manifiesto que ante cualquier notificación de plagio, copia o falta a la fuente original, soy responsable directo legal, económico y administrativo sin afectar al Director del trabajo, a la Universidad y a cuantas instituciones hayan colaborado en dicho trabajo, asumiendo las consecuencias derivadas de tales prácticas.

Firma: ___________________________

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RESUMEN o ABSTRACT ¿Cómo puede ser compartida la información de vital importancia y al mismo tiempo como se pueden monitorear áreas que son remotas o de difícil acceso entre todas las fuerzas que componen el aparato de defensa en Bolivia? Esta tesis examina una alternativa inalámbrica para mejorar las infraestructuras de comunicación existentes como principal medio de intercambio de información. Al valorar la necesidad de la tecnología inalámbrica y haciendo una determinación de su uso, un estudio de su mercado, las tendencias, el futuro crecimiento, las políticas, y regulaciones que deben ser tomados en consideración. La tecnología inalámbrica vía comunicaciones satelitales puede ofrecer una gran ventaja de monitoreo e intercambio de información para tropas desplegadas que requieren una amplia cobertura geográfica, ya sea en tiempos de paz o de conflicto. Con la aparición de altas tasas de transmisión y opciones tecnológicas (videoconferencia, red de área amplia, la accesibilidad a Internet, transferencia de voz / audio / video, etc.) para la comunicación vía satélite, la examinación de la tecnología inalámbrica y las opciones que presenta se convierten en una base primordial de análisis. Los esfuerzos y la coordinación de las organizaciones civiles y militares para el mantenimiento de las operaciones militares, dependen exclusivamente del intercambio de información para la respuesta rápida y la disponibilidad operacional. El uso de la tecnología inalámbrica satelital como requisito necesario y primordial para la comunicación ayudará en la consecución de estos objetivos. 

Palabras clave o Keywords: Defensa, Tecnología Satelital, satélites, Comunicaciones, Mercado

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INDICE GENERAL TABLA DE CONTENIDO INDICE DE FIGURAS................................................................................. vii INDICE DE TABLAS ..................................................................................... x INDICE DE ECUACIONES .......................................................................... xi GLOSARIO ................................................................................................ xiv 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................... 1 1.1.

PROPÓSITO DEL ESTUDIO ..................................................................... 1

1.2.

DESARROLLO DE LAS TECNOLOGÍAS SATELITALES ................................... 1

1.3.

PRIMEROS PASOS ................................................................................ 1

1.4.

LAS COMUNICACIONES SATELITALES PARA USOS MILITARES ..................... 4

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................... 10 2.1.

PROBLEMA GENERAL ......................................................................... 10

2.2.

PROBLEMA ESPECÍFICO ...................................................................... 11

3. OBJETIVOS Y FINALIDAD DEL PROYECTO ......................................... 12 3.1.

OBJETIVO GENERAL ........................................................................... 12

3.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................... 12

3.3.

CARÁCTER INNOVADOR DE LOS OBJETIVOS .......................................... 12

3.4.

LÍMITES Y ALCANCES DEL PROYECTO ................................................... 12

3.4.1. Límites .................................................................................................. 12 3.4.2. Alcances ............................................................................................... 13 3.5.

ASPECTOS ESTRATÉGICOS .................................................................. 13

3.5.1. Justificación de la necesidad del proyecto ........................................... 13 3.5.2. Descripción del estado de la tecnología en el país y a nivel global ...... 13 3.5.3. Carácter innovador del proyecto .......................................................... 17 4. MARCO DEL PROYECTO ........................................................................ 18 4.1.

FUNDAMENTOS DE LA TECNOLOGÍA SATELITAL ..................................... 18

4.2.

FUNCIONAMIENTO BÁSICO DE UN SATÉLITE ........................................... 24

4.3.

CONCEPTOS DE LAS TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS ................................ 28

4.3.1. Modulación ........................................................................................... 28 4.3.2. Demodulación ...................................................................................... 29 4.3.3. Transmisor .......................................................................................... 29 4.3.3.1.

Partes principales de un radiotransmisor ........................................ 30

4.3.4. Medio de transmisión ........................................................................... 31

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4.3.5. Receptor ............................................................................................... 32 4.3.5.1.

Funcionamiento ............................................................................... 32

4.3.5.2.

Elementos de un receptor ............................................................... 33

4.3.6. Espectro de Frecuencia ....................................................................... 34 4.3.6.1.

Análisis espectral ............................................................................ 34

4.3.6.2.

Espectro Electromagnético ............................................................. 35

a. Rango energético del espectro ............................................................ 36 b. Radiofrecuencia ................................................................................... 36 c. Reutilización de frecuencias ................................................................. 39 d. Intereses tecnológicos .......................................................................... 41 4.4.

TENDENCIAS DE LAS TELECOMUNICACIONES ........................................ 42

4.4.1. Tendencias ........................................................................................... 43 4.5.

COMPARACIÓN ENTRE TECNOLOGÍAS ALÁMBRICAS E INALÁMBRICAS ....... 43

4.5.1. Aplicaciones de las redes inalámbricas ................................................ 44 4.5.2. Ventajas de las redes inalámbricas en comparación de las alámbricas .............................................................................................................. 44 4.5.3. Desventajas de redes alámbricas e inalámbricas ............................... 45 4.5.3.1.

Desventajas de las redes inalámbricas ........................................... 45

4.5.3.2.

Desventajas de las redes alámbricas .............................................. 45

4.5.4. Radiación ............................................................................................. 46 4.5.5. Topología física de los sistemas .......................................................... 46 4.5.6. Reconfiguración y movilidad ................................................................ 47 4.6.

POLÍTICAS Y REGULACIÓN DE LOS SISTEMAS INALÁMBRICOS .................. 47

4.7.

FUTURO DE LAS TELECOMUNICACIONES INALÁMBRICAS ......................... 48

4.7.1. Un cambio vertiginoso .......................................................................... 48 4.7.2. Aparatos móviles en las Fuerzas Armadas .......................................... 49 4.7.3. Aplicaciones Android para uso militar .................................................. 50 4.8.

COMUNICACIONES SATELITALES .......................................................... 50

4.8.1. Sistemas satelitales de banda ancha ................................................... 50 4.8.1.1.

Distribución de las frecuencias para los satélites de banda ancha . 51

4.8.1.2.

Segmentación espacial ................................................................... 52

4.8.1.3.

Segmentación terrestre ................................................................... 55

4.8.1.4.

Segmento de control ....................................................................... 58

4.8.2. Descripción de los sistemas comerciales existentes ............................ 59 4.8.2.1.

Intelsat ............................................................................................. 59

4.8.2.2.

Eutelsat ........................................................................................... 59

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4.8.2.3.

PanAmSat ....................................................................................... 59

4.8.2.4.

Intersputnik ...................................................................................... 60

4.8.3. Descripción de futuros sistemas ........................................................... 60 4.8.3.1.

Astrolink .......................................................................................... 60

4.8.3.2.

Skynet ............................................................................................. 61

a. Resumen de satélites ........................................................................... 61 4.8.3.3.

Skybridge ........................................................................................ 62

4.8.3.4.

Spaceway ........................................................................................ 63

4.8.3.5.

Teledesic ......................................................................................... 63

4.8.4. Problemas e interés ............................................................................. 64 4.8.4.1.

Interoperabilidad .............................................................................. 64

4.8.4.2.

Vulnerabilidad ................................................................................. 65

4.8.4.3.

Seguridad ........................................................................................ 65

4.8.4.4.

Congestión ...................................................................................... 66

4.8.4.5.

Latencia y calidad de servicio ......................................................... 66

a. Problemas en redes de datos conmutados .......................................... 67 b. Soluciones para la calidad de servicio ................................................. 68 4.9.

IMPLICACIONES DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS VÍA SATÉLITE PARA LAS OPERACIONES DE DEFENSA ............................................................ 69

4.9.1. Componentes del sistema .................................................................... 69 4.9.1.1.

Conceptos fundamentales ............................................................... 69

4.9.1.2.

Uso del VSAT .................................................................................. 70

a. Segmentos de una VSAT ..................................................................... 73 b. Tecnología aplicada en las VSAT ......................................................... 73 c. Características de la radiofrecuencia ................................................... 74 d. Tipos de servicios que prestan las redes VSAT ................................... 74 e. Aplicaciones de redes VSAT ................................................................ 75 4.9.1.3. Capacidades de envío y recepción de las estaciones personales terrenas PES ........................................................................................ 76 4.9.2. Beneficios e inquietudes de los sistemas de banda ancha .................. 79 4.9.2.1.

Beneficios ........................................................................................ 79

4.9.2.2.

Inquietudes ...................................................................................... 79

4.10.

ANÁLISIS DE MERCADO ....................................................................... 80

4.10.1.

Demanda ......................................................................................... 80

4.10.2.

Desventajas del sistema Negroponte Flip ....................................... 83

4.10.2.1. Económicos ..................................................................................... 83

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4.10.2.2. Inversión no recuperable y el confortable “estatus quo” .................. 84 4.10.2.3. La tecnología obsoleta tiene una fuerza de retorno ....................... 84 4.10.3. Factores del mercado que servirán como un freno a los cambios rápidos que se producen en el campo de las telecomunicaciones ...... 87 4.10.3.1. Necesidad de una nueva distribución de frecuencias para la tecnología digital celular y PCS ............................................................ 87 4.10.3.2. Atribución de Frecuencias creados para radio, televisión, sistemas militares ................................................................................................ 87 4.10.3.3. Tasas de aceptación del cliente ...................................................... 87 4.10.3.4. Disponibilidad del sistema y seguridad ........................................... 88 4.10.4. Estructura institucional y mercado de las telecomunicaciones en Bolivia .................................................................................................. 88 4.10.4.1. Bolivia y la liberalización de los servicios en la Organización Mundial de Comercio (OMC). ............................................................................ 89 4.10.4.2. La apertura del mercado de telecomunicaciones en Bolivia ........... 89 4.10.4.3. La red de fibra óptica en Bolivia ...................................................... 90 4.11.

EVALUACIÓN DEL MERCADO MUNDIAL DE LAS TELECOMUNICACIONES INALÁMBRICAS ............................................................................................. 92

5. SOLUCIÓN PROPUESTA ........................................................................ 94 5.1.

DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ........................................................... 94

5.2.

DIAGRAMA GENERAL .......................................................................... 94

5.2.1. Diagrama general con satélites LEO .................................................... 95 5.2.2. Diagrama general con satélite GEO ..................................................... 96 5.3.

POSIBLE PUNTO DE LOCALIZACIÓN DE LAS ESTACIÓN TERRENA .............. 97

5.4.

SISTEMAS SATELITALES A IMPLEMENTARSE .......................................... 98

5.4.1. Sistema de Satélites de órbita baja LEO .............................................. 98 5.4.1.1.

Características generales de los sistemas de satélites LEO ............ 98

a. Número de satélites y de órbitas necesarias ......................................... 98 b. Hand-off ................................................................................................ 99 c. Enlaces intersatélites ............................................................................ 99 d. Número de satélites necesarios para cobertura local ........................... 99 5.4.2. Satélite de órbita geoestacionaria GEO ............................................... 99 5.4.2.1.

Características de los satélites geoestacionarios ........................... 99

5.4.2.2.

Lanzamiento y puesta en órbita de un satélite geoestacionario .. 100

5.4.2.3.

Posiciones orbitales de los satélites geoestacionarios ................. 102

5.5.

MATEMÁTICA Y CÁLCULOS GENERALES DE PUESTA EN ÓRBITA ............. 103

5.5.1. Aspectos básicos ............................................................................... 103

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5.5.2. Ecuaciones de Movimiento ................................................................ 105 5.5.2.1.

Modelo Atmosférico ....................................................................... 105

5.5.2.2.

Modelo Gravitacional ..................................................................... 111

5.5.2.3.

Aerodinámica ................................................................................ 111

5.5.2.4.

Dinámica ....................................................................................... 115

5.5.2.5.

Elementos Orbitales ...................................................................... 121

5.5.2.6.

Optimización ................................................................................. 123

5.5.2.7.

Control ........................................................................................... 125

5.6.

USOS Y PROYECCIONES DE LA TECNOLOGÍA ...................................... 127

5.6.1. Desarrollo de infraestructuras tecnológicas basadas en cloud computing ............................................................................................................ 128 5.6.2. Aprovechar el impacto de cloud computing para transformar las TIC 128 5.6.3. La red móvil entra en la era Gigabyte ................................................ 128 5.6.4. Transformación hacia redes ‘All – IP’ ................................................. 128 5.6.5. Redes inteligentes y operaciones de ancho de banda bajo demanda ............................................................................................................ 128 5.6.6. Modernización de sistemas TI de los operadores .............................. 128 5.6.7. Integración del contenido digital y desarrollo de multiplataforma ....... 129 5.6.8. Análisis de grandes volúmenes de información ................................. 129 5.6.9. Garantizar la seguridad de la información .......................................... 129 5.6.10.

Implementación de redes ópticas inteligentes ............................... 129

6. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ............................................. 130 6.1.

METODOLOGÍA ................................................................................. 130

6.2.

PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO ......................................................... 130

7. ANÁLISIS DE RESULTADOS E IMPACTOS ESPERADOS .................. 132 7.1.

RESULTADOS ESPERADOS ................................................................ 132

7.1.1. Área tecnológica ................................................................................. 132 7.1.2. Área militar ......................................................................................... 132 7.1.3. Área Social ......................................................................................... 132 7.2.

IMPACTOS ESPERADOS ..................................................................... 132

7.2.1. Impacto en el desarrollo y crecimiento ............................................... 132 7.2.2. Impacto social ................................................................................... 132 7.2.3. Impacto económico ............................................................................ 133 7.2.4. Impacto en la competitividad del país ................................................ 135 7.2.5. Impacto en la competitividad de la región .......................................... 135 7.2.6. Impacto en la competitividad del país ................................................ 136

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a. Cálculo del ROI –Simple .................................................................... 136 b. Cálculo de ROI por períodos .............................................................. 137 8. CONCLUSIONES .................................................................................... 138 9. RECOMENDACIONES ........................................................................... 139 10. REFERENCIAS ....................................................................................... 141 ANEXOS .................................................................................................. 143

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INDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Componentes del Vanguard I ...................................................... 3 Figura 1.2. Vanguard I en el espacio ............................................................ 3 Figura 1.3. Sputnik I...................................................................................... 3 Figura 1.4. UAV Triton .................................................................................. 5 Figura 1.5. Funcionamiento de un sistema satelital con UAVs ..................... 6 Figura 1.6. Pruebas en la etapa de construcción de un satélite ................... 7 Figura 4.1. Cobertura aproximada de un satélite geoestacionario ≥ un tercio de la superficie de la Tierra. ....................................................................... 18 Figura 4.2. Huella del satélite Galaxy 18 en América para la banda Ku. .... 19 Figura 4.3. Cobertura en movimiento de un satélite de órbita baja ............ 22 Figura 4.4. Subsistemas de un satélite de comunicación ........................... 25 Figura 4.5. Funciones mínimas de los transpondedores ............................ 27 Figura 4.6. Partes principales de un radiotransmisor.................................. 30 Figura 4.7. Forma de onda de voz y su espectro de frecuencia ................. 34 Figura 4.8. Diagrama del espectro electromagnético, mas tipos y ejemplos. ................................................................................................................... 35 Figura 4.9. Cobertura por clusters para servicios celulares convencionales. ................................................................................................................... 40 Figura 4.10. PCS macro y micro células.

.......................................... 40

Figura 4.11. Cobertura para sistemas satelitales dentro de una distribución celular ......................................................................................................... 41 Figura 4.12. Topología Física de Redes ..................................................... 47 Figura 4.13. Antena VSAT .......................................................................... 56 Figura 4.14. Red General y segmentos en base a antenas VSAT ............. 57 Figura 4.15. Red VSAT............................................................................... 58 Figura 4.16. Diagrama de clases y latencia ................................................ 69 Figura 4.17. Diagrama de bloques de una estación VSAT ......................... 71 Figura 4.18. Red General de TX y Rx de datos independientes al video. .. 77 Figura 4.19. Comparación de crecimientos en las telecomunicaciones ..... 81 Figura 4.20. Evolución de ingresos en el sector de Telecomunicaciones en Bolivia en millones de bolivianos ................................................................ 82 Figura 4.21. Negroponte Flip ...................................................................... 82 Figura 4.22. Pelton Merge .......................................................................... 83

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Figura 4.23. Conexiones de fibra óptica en Bolivia ..................................... 91 Figura 4.24. Utilización de Fibra Óptica América Latina ............................ 92 Figura 5.1. Diagrama general de Red usando un sistema de satélites LEO ................................................................................................................... 95 Figura 5.2. Diagrama general de Red usando un satélite GEO.................. 96 Figura 5.3. Localidad de Tolata – Cochabamba, Bolivia y posible localización de estación terrena ................................................................. 97 Figura 5.4. Número de satélites para una cobertura global ........................ 98 Figura 5.5. Órbita geoestacionaria, ubicación respecto a la Tierra ........... 100 Figura 5.6. Proceso de colocación de un satélite en la órbita geoestacionaria ........................................................................................ 102 Figura 5.7. Gráfica de Temperatura molecular vs. Altitud geométrica ...... 108 Figura 5.8. Temperatura vs. Altitud ARDC1959. ...................................... 108 Figura 5.9. Gráfica de Densidad vs. Altitud .............................................. 109 Figura 5.10. Presión vs. Altitud ................................................................. 110 Figura 5.11. Velocidad del sonido vs. Altitud ............................................ 111 Figura 5.12. Componentes de la fuerza aerodinámica con relación al vector velocidad. ................................................................................................. 112 Figura 5.13. Componentes de la fuerza aerodinámica en el sistema del cohete ....................................................................................................... 113 Figura 5.14. Sistema de referencia terrestre. ........................................... 116 Figura 5.15. Fuerzas que actúan sobre el cohete. Los ejes ‘y’ y ‘yv’ salen ortogonales al plano de la hoja ................................................................. 118 Figura 5.16. Cohete orbitando. ................................................................. 119 Figura 5.17. Definición del eje mayor 2ª y el eje menor 2b ....................... 123 Figura 5.18. Elementos orbitales .............................................................. 124 Figura 5.19. Rotaciones y ejes del cohete ................................................ 126 Figura 5.20. Ángulo de guía ..................................................................... 127 Figura 7.1. Valor de importación y pérdida tributaria por contrabando ..... 134 Figura 7.2. Impacto en la competitividad del país. .................................... 135

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INDICE DE TABLAS Tabla 3.1. Aspectos importantes de los sistemas alámbrico, inalámbrico y satelital. ...................................................................................................... 17 Tabla 4.1. Designaciones de bandas ......................................................... 28 Tabla 4.2. Rangos de frecuencias y longitudes de onda ............................ 37 Tabla 4.3. Bandas de frecuencia de microondas ........................................ 39 Tabla 4.4. SHF Frecuencias de comunicaciones satelitales....................... 51 Tabla 4.5. Características de las órbitas satelitales .................................... 53 Tabla 4.6. Plan de frecuencias de los Transpondedores del satélite Star One C3 en Banda C ................................................................................... 55 Tabla 4.7. Resumen de satélites Skynet

.......................................... 62

Tabla 4.8. Sistemas satelitales emergentes de banda ancha..................... 64 Tabla 4.9. Características de Banda C y Ku ............................................... 74 Tabla 4.10. Servicios esenciales ................................................................ 85 Tabla 5.1. Datos correspondientes a los intervalos de altitud con sus correspondientes gradientes térmicos, modelo ARDC1959. .................... 107 Tabla 6.1. Planificación del Proyecto ........................................................ 131 Tabla 7.1. Valor de importación y pérdida tributaria por contrabando ...... 134 Tabla 7.2. Resultado del ROI - simple ...................................................... 136 Tabla 7.3. Resultados ROI por períodos .................................................. 137

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INDICE DE ECUACIONES Ecuación 1 .................................................................................................. 34 Ecuación 2 .................................................................................................. 36 Ecuación 3 .................................................................................................. 36 Ecuación 4 ............................................................................................... 103 Ecuación 5 ............................................................................................... 103 Ecuación 6 ............................................................................................... 104 Ecuación 7 ............................................................................................... 104 Ecuación 8 ............................................................................................... 104 Ecuación 9 ............................................................................................... 104 Ecuación 10 ............................................................................................. 106 Ecuación 11 ............................................................................................. 106 Ecuación 12 ............................................................................................. 106 Ecuación 13 ............................................................................................. 106 Ecuación 14 ............................................................................................. 107 Ecuación 15 ............................................................................................. 107 Ecuación 16 ............................................................................................. 107 Ecuación 17 ............................................................................................. 109 Ecuación 18 .............................................................................................. 109 Ecuación 19 .............................................................................................. 109 Ecuación 20 .............................................................................................. 109 Ecuación 21 .............................................................................................. 110 Ecuación 22 .............................................................................................. 111 Ecuación 23 .............................................................................................. 112 Ecuación 24 .............................................................................................. 112 Ecuación 25 .............................................................................................. 113 Ecuación 26 .............................................................................................. 113 Ecuación 27 .............................................................................................. 113 Ecuación 28 .............................................................................................. 113 Ecuación 29 .............................................................................................. 114 Ecuación 30 .............................................................................................. 114 Ecuación 31 .............................................................................................. 114 Ecuación 32 .............................................................................................. 114

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Ecuación 33 .............................................................................................. 114 Ecuación 34 .............................................................................................. 114 Ecuación 35 .............................................................................................. 115 Ecuación 36 .............................................................................................. 115 Ecuación 37 .............................................................................................. 115 Ecuación 38 .............................................................................................. 115 Ecuación 39 .............................................................................................. 116 Ecuación 40 .............................................................................................. 116 Ecuación 41 .............................................................................................. 116 Ecuación 42 .............................................................................................. 116 Ecuación 43 .............................................................................................. 116 Ecuación 44 .............................................................................................. 116 Ecuación 45 .............................................................................................. 116 Ecuación 46 .............................................................................................. 116 Ecuación 47 .............................................................................................. 117 Ecuación 48 .............................................................................................. 117 Ecuación 49 .............................................................................................. 117 Ecuación 50 .............................................................................................. 117 Ecuación 51 .............................................................................................. 119 Ecuación 52 .............................................................................................. 119 Ecuación 53 .............................................................................................. 119 Ecuación 54 .............................................................................................. 119 Ecuación 55 ............................................................................................. 120 Ecuación 56 ............................................................................................. 120 Ecuación 57 ............................................................................................. 120 Ecuación 58 ............................................................................................. 120 Ecuación 59 ............................................................................................. 120 Ecuación 60 ............................................................................................. 120 Ecuación 61 ............................................................................................. 120 Ecuación 62 ............................................................................................. 120 Ecuación 63 ............................................................................................. 121 Ecuación 64 ............................................................................................. 121 Ecuación 65 ............................................................................................. 121

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Ecuación 66 ............................................................................................. 121 Ecuación 67 ............................................................................................. 121 Ecuación 68 ............................................................................................. 121 Ecuación 69 ............................................................................................. 122 Ecuación 70 ............................................................................................. 122 Ecuación 71 ............................................................................................. 122 Ecuación 72 ............................................................................................. 122 Ecuación 73 ............................................................................................. 123 Ecuación 74 ............................................................................................. 123 Ecuación 75 ............................................................................................. 123 Ecuación 76 ............................................................................................. 124 Ecuación 77 ............................................................................................. 124 Ecuación 78 ............................................................................................. 124 Ecuación 79 ............................................................................................. 124 Ecuación 80 ............................................................................................. 125 Ecuación 81 ............................................................................................. 125 Ecuación 82 ............................................................................................. 125 Ecuación 83 ............................................................................................. 125 Ecuación 84 ............................................................................................. 126

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Glosario Acceso Igual - Cargo Igual: Acceso Igual es el que se presta a los operadores de características similares en las mismas condiciones de calidad y especificaciones técnicas. Cargo Igual es una misma remuneración por el acceso y utilización que se causa cuando se cumplen las condiciones de acceso igual. Acceso Universal: Es el derecho que tienen todos los usuarios de TPBC a comunicarse con cualquier otro usuario de la red de telecomunicaciones del Estado y de cualquier otra red de telecomunicaciones en el exterior. Para efectos de los Planes de Telefonía Social, Acceso Universal es la facilidad que tiene la población de acceder a servicios de telecomunicaciones a una distancia aceptable con respecto a los hogares. El significado de distancia aceptable dependerá de los medios de transporte disponibles al usuario para acceder al servicio de telecomunicaciones. Acometida Externa: Conjunto de obras, cables y ductos que hacen parte de una derivación de la red local desde el último punto donde es común a varios suscriptores, hasta el punto donde empieza la red interna del suscriptor o grupo de suscriptores. Capacidad de Transporte: Para efectos de la prestación del servicio de TPBC, es la disponibilidad que hay entre dos puntos de una red que permite establecer entre ellos una señal de telecomunicaciones y que se puede medir en términos de número de canales o bits por segundo, entre otras unidades, sin perjuicio de lo establecido en los reglamentos sobre la materia. “Call-Back”: Es el procedimiento de inversión intencional de llamadas que se inician en el territorio nacional mediante una señal de llamada incompleta, o una llamada completada mediante la cual el llamador transmite un código para iniciar una llamada de regreso, o cualquier otro medio para obtener sistemáticamente una señal de tono en el extranjero o acceso a una red pública fuera del territorio nacional para poder realizar una comunicación de larga distancia internacional que se registra como originada en el extranjero y terminada en el territorio nacional. El “Call-Back” se realiza fundamentalmente para que el cargo de las llamadas suceda fuera del territorio nacional. No se consideran llamadas de “Call-Back” las que involucran acuerdos entre operadores de TPBCLDI legalmente establecidos y conectantes internacionales. Cargo de acceso y uso de las redes: Es el peaje pagado a los operadores, por parte de otros operadores, por concepto de la utilización de sus redes, medido en términos de unidades de tiempo o cualquier otro concepto que resulte apropiado para tal efecto. CITS: Centros Integrados de Telefonía Social. Cláusula de período de permanencia mínima: Es la estipulación contractual que se pacta por una sola vez, al inicio del contrato, en la que el suscriptor o usuario se obliga a no terminar anticipadamente y sin justa causa, su contrato de prestación

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de servicios de telecomunicaciones, so pena de que el operador haga efectivas las sanciones a que haya lugar. Cláusula de prórroga automática: Es la estipulación contractual en la que se conviene que, el plazo contractual se prorrogará por un término igual al inicialmente convenido, sin necesidad de formalidad alguna. Comercialización de servicios de TPBC: Actividad por la cual una persona jurídica legalmente establecida compra servicios o líneas a un operador de TPBC para ofrecerla a terceros. Comercializador de Servicios de TPBC: Es aquella persona jurídica legalmente establecida que ejerce la comercialización de servicios de TPBC. Comité de Expertos Extendido: Es el Comité Expertos Comisionados con participación de delegados del Departamento Nacional de Planeación, de la SSPD y del Ministerio de Comunicaciones. Conectante internacional: Es el operador de otro país que cursa el tráfico de larga distancia internacional, entrante o saliente de Colombia, que se destina u origina en un operador del servicio de TPCLDI previa existencia de un acuerdo. Contrato de Acceso, Uso e Interconexión: Es el negocio jurídico que establece los derechos y obligaciones de los operadores solicitante e interconectante con respecto al acceso, uso e interconexión de sus redes de telecomunicaciones y las condiciones de carácter legal, técnico, comercial, operativo y económico que gobiernan el acceso, uso e interconexión. Hacen parte del contrato de acceso, uso e interconexión sus anexos, adiciones, modificaciones o aclaraciones. Contrato de Condiciones Uniformes: Es el contrato consensual, en virtud del cual el operador de TPBC presta a los usuarios sus servicios a cambio de un precio definido en dinero, de conformidad con estipulaciones definidas por él para ofrecerlas a muchos usuarios no determinados. Regula en su integridad las relaciones operador usuario. Costo de Interconexión: Es el valor de las inversiones y gastos necesarios para interconectar las redes, a partir del punto de interconexión hacia la red del operador solicitante,. Se incluyen, entre otros, los equipos de interconexión, los medios de acceso, los equipos, sistemas, soportes lógicos, dispositivos y órganos de conexión. Costo Medio de Referencia: Es el componente anualizado del costo medio de largo plazo por línea telefónica, calculado en un período equivalente a la vida útil del sistema. Para efectos del cálculo por línea, se toma en cuenta la capacidad de líneas en servicio del sistema actual y la demanda incremental debida a los proyectos de expansión. Costo Medio Variable de Corto Plazo: Son los costos variables totales de un año divididos por la unidad de producción, bien sea líneas, unidades de tráfico o unidades de tiempo, entre otras. Se entienden como costos variables totales aquellos costos que fluctúan con el tráfico o nivel de producción de un operador de TPBC.

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Costos para proveer el acceso y uso de la red del operador interconectante: Es el valor de las inversiones y gastos necesarios para proveer el acceso y uso de la red del operador interconectante a partir del punto de interconexión hacia el interior de su red. Coubicación: Es el suministro de espacio y de los servicios involucrados en los predios del operador interconectante, con el fin que el operador solicitante pueda colocar en él los equipos necesarios para la interconexión o para el acceso a los usuarios finales. CRT: Comisión de Regulación de Telecomunicaciones. Desagregación: Es la separación de elementos (físicos y/o lógicos), funciones o servicios de una red de telecomunicaciones, con el objeto de darles un tratamiento específico y cuyo costo puede determinarse por separado. Empaquetamiento de servicios: Es la oferta conjunta de más de un servicio de Telecomunicaciones. ESP: Empresa de Servicios Públicos: es una sociedad por acciones cuyo objeto es la prestación de los servicios públicos de que trata la ley 142 de 1994. Espectro Electromagnético: Es el conjunto de todas las frecuencias de emisión de los cuerpos de la naturaleza. Comprende un amplio rango que va desde ondas cortas (rayos gamma, rayos X), ondas medias o intermedias (luz visible), hasta ondas largas (las radiocomunicaciones actuales). Indicadores de Gestión: Son medidas objetivas de resultados alrededor de diversos objetivos, utilizadas para asegurar su mejoramiento y evaluación y medir el desempeño. Ingresos brutos totales: Es el total de los ingresos percibidos por un operador de TPBC por concepto de la prestación de los servicios de TPBC, sin descontar ningún valor. Instalaciones: Son los elementos de la infraestructura de los operadores. Instalaciones esenciales: Todo elemento o función de una red o servicio que sea suministrado exclusivamente o de manera predominante por un operador o por un número limitado de los mismos, cuya sustitución con miras al suministro de un servicio no sea factible en lo técnico o en lo económico. Instalaciones Suplementarias: Toda instalación de una red o servicios relacionada directamente con la prestación del servicio, que no sean instalaciones esenciales. Integración Vertical: Posibilidad de que los operadores de TPBC puedan prestar simultáneamente los servicios de TPBCL, TPBCLE, TMR y TPBCLD. Integridad del Sistema de Medición del Consumo: Se refiere a que la información presentada en cada uno de los procesos que conforman el Sistema de Medición del

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Consumo refleje correctamente el origen, tipo, destino y la duración del servicio prestado. Interconexión: Es la vinculación de recursos físicos y soportes lógicos, incluidas las instalaciones esenciales necesarias, para permitir el interfuncionamiento de las redes y la interoperabilidad de servicios de telecomunicaciones. Interconexión Directa: Es la interconexión entre las redes de dos operadores que comparten al menos un punto de interconexión entre ellas, con el objeto de lograr el interfuncionamiento de las redes conectadas y la interoperabilidad de los servicios. Interconexión indirecta: Es la interconexión que permite a cualquiera de los operadores interconectados, cursar el tráfico de otros operadores a la red del operador interconectante, siempre que no se contravenga el reglamento para cada servicio. El solo servicio portador entre dos redes no se considera interconexión indirecta. Interfuncionamiento de las Redes: Es el correcto funcionamiento de dos redes intercontectadas. Interoperabilidad de los Servicios: Es el correcto funcionamiento de los servicios que se prestan sobre dos redes intercontectadas. Llamada Completada: Llamada fructuosa según las definiciones de la Unión Internacional de Telecomunicaciones UIT. Negociación Directa: Es el procedimiento mediante el cual los operadores solicitante e interconectante acuerdan mutuamente las condiciones y términos del contrato de acceso, uso e interconexión, ciñéndose a las condiciones requeridas para tal negociación en la Ley y la presente Resolución. Nodo: Es el elemento de red, ya sea de acceso o de conmutación, que permite recibir y reenrutar las comunicaciones. Nodo de interconexión: Es el nodo vinculado directamente con el punto de interconexión. Oferta Básica de Interconexión –OBI-: Es el proyecto de negocio que un operador pone en conocimiento general y que contiene los elementos esenciales para la interconexión OMC: Organización Mundial del Comercio. Operador: Es la persona jurídica pública, mixta o privada que es responsable de la gestión de un servicio de telecomunicaciones en virtud de autorización, licencia o concesión, o por ministerio de la ley. Esta Resolución se refiere indistintamente al operador y al concesionario. Operador de destino: Es el operador a cuya red pertenece el usuario o servicio a donde va dirigida una determinada comunicación.

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Operador de origen: Es el operador a cuya red pertenece el usuario que origina una determinada comunicación. Operador de TPBC: Se entiende como tal cualquier operador del servicio de TPBCL, TPBCLE, TPBCLD o TMR, en los términos de la Ley 142 de 1994. Operador de tránsito: Es el operador que interconecta, a través de su propia red, dos o más redes de dos operadores distintos. Operador interconectante: Es el operador al cual se le solicita y provee interconexión. Operador solicitante: Es el operador que presta, o se alista a prestar, un servicio de telecomunicaciones y para tal efecto solicita, por derecho propio, interconexión con otra red, en los términos y condiciones establecidos en la Ley y en la presente Resolución. Participación Indirecta: Es la participación de una empresa en el capital de otra, a través de interpuesta persona o en asociación con otra empresa, socio o sociedad. PCS: Servicios de Comunicación Personal. Plan de expansión: Conjunto de previsiones adoptadas por un operador de TPBC tendientes a ampliar su infraestructura destinada a la prestación de servicios de TPBC. Plan de Gestión y Resultados: Es el conjunto ordenado de objetivos, estrategias y metas propuestas por los operadores de TPBC en un horizonte de corto, mediano y largo plazo el cual, con base en un diagnóstico inicial y en la proyección de su escenario futuro, busca garantizar la mejora continua de la gestión de la Empresa, de acuerdo con el Artículo 2o. de la Ley 142 de 1994. Planes Técnicos Básicos: Son el conjunto de normas establecidas por el Ministerio de Comunicaciones, que determinan las características técnicas fundamentales de la RTPC. Hacen parte de los Planes Técnicos Básicos el plan de enrutamiento, el plan de numeración, el plan de señalización, el plan de sincronización y plan de tarificación. Portabilidad numérica: Es el servicio mediante el cual un usuario de TPBC puede mantener el mismo número o identificación telefónica aun cuando cambie de operador o de domicilio. Posición dominante: Es la posibilidad de determinar, directa o indirectamente, las condiciones de un mercado. Procesos Críticos: Son las actividades fundamentales para la supervivencia de un operador de TPBC de acuerdo con el objeto social de la misma. Procesos de Apoyo: Son las actividades que soportan los procesos críticos de un operador de TPBC.

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Proceso de Facturación: Es la etapa en la que se realiza el conjunto de actividades mediante la cual se generan las facturas correspondientes a los consumos de los usuarios o suscriptores de los servicios públicos de telecomunicaciones de que trata la ley 142 de 1994. Proceso de Tarificación: Es la etapa en la que se realiza el conjunto de actividades mediante la cual se le aplica un valor monetario a los consumos medidos en el proceso de tasación. Proceso de Tasación: Es la etapa en la que se realiza el conjunto de actividades mediante la cual se mide el consumo de los usuarios o suscriptores de los servicios Públicos de Telecomunicaciones de que trata la ley 142 de 1994. Programa de Gestión: Corresponde al conjunto de acciones que deben adoptar los operadores de TPBC en el evento de que en el proceso de control y vigilancia a su gestión realizada por la SSPD arroje como resultado un posible incumplimiento a las metas establecidas en el plan de gestión y resultados aprobados por el Ministerio de Comunicaciones. Programas De Telefonía Social: Los programas de Telefonía Social son aquellos que tienen por objeto promover y financiar proyectos para la prestación de servicios de telecomunicaciones en zonas rurales y urbanas del territorio nacional, caracterizadas por la existencia de usuarios con altas necesidades básicas insatisfechas. Prueba de imputación: Operación que sirve para comprobar la obligación que tienen los operadores de telecomunicaciones de que la tarifa impuesta por la utilización de una instalación esencial, la prestación de servicios adicionales o el suministro de espacio físico, sea igual a la tarifa que se cobraría a sí mismo el proveedor por el uso de la instalación. Punto de interconexión: Es el punto físico en donde se efectúa la conexión entre dos redes, para permitir su interfuncionamiento y la interoperabilidad de los servicios que estas soportan. Red Telefónica Pública Conmutada “RTPC”: Es el conjunto de elementos que hacen posible la transmisión conmutada de voz, con acceso generalizado al público, tanto en Colombia como en el exterior. Incluye las redes de los operadores de TPBCL, TPBCLE, TMR y TPBCLD. Separación contable: Es la presentación de la información económica y financiera de un operador de TPBC de manera separada para cada servicio prestado, sin perjuicio de las disposiciones legales y las establecidas por el Contador General de la Nación y la SSPD. Servicio de Telefonía Pública Básica Conmutada ”TPBC”: Es el servicio básico de telecomunicaciones cuyo objeto es la transmisión conmutada de voz o a través de la RTPC con acceso generalizado al público. Cuando en la presente Resolución se haga referencia a los servicios u operadores de los servicios de TPBC, se entenderán incluidos los servicios de Telefonía Pública Básica Conmutada Local (TPBCL) Local

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Extendida (TPBCLE), Telefonía Móvil Rural (TMR) y Telefonía Pública Conmutada de Larga Distancia (TPBCLD) Servicio de Telefonía Pública Básica Conmutada de Larga Distancia “TPBCLD”: Es el servicio de TPBC que proporciona en sí mismo capacidad completa de comunicación telefónica entre usuarios de distintas redes de TPBCL, TPBCLE y TMR del País, o entre un usuario de la RTPC en Colombia y un usuario situado en un país extranjero. Este servicio comprende los servicios de TPBCLDN y TPBCLDI. Servicio de Telefonía Básica Pública Conmutada de Larga Distancia Nacional o Servicio de Telefonía Pública Básica Conmutada de Larga Distancia Nacional “TPBCLDN”: Es el servicio de TPBC que proporciona en sí mismo capacidad completa de comunicación telefónica entre usuarios de distintas redes de TPBC local y/o local extendida del País. Servicio de Telefonía Pública Básica Conmutada de Larga Distancia Internacional “TPBCLDI”: Es el servicio de TPBC que proporciona en sí mismo capacidad completa de comunicación telefónica entre un usuario de la RTPC en Colombia y un usuario situado en un país extranjero. Servicio de Telefonía pública Básica Conmutada Local “TPBCL”: Es el servicio de TPBC uno de cuyos objetos es la transmisión conmutada de voz a través de la Red Telefónica Conmutada con acceso generalizado al público, en un mismo municipio. Servicio de Telefonía Básica Pública Conmutada Local Extendida o Servicio de Telefonía Pública Básica Conmutada Local Extendida “TPBCLE”: Es el servicio de TPBC prestado por un mismo operador a usuarios de un área geográfica continua conformada por municipios adyacentes, siempre y cuando ésta no supere el ámbito de un mismo Departamento. Servicio de Telefonía Pública Básica Conmutada Local Móvil Rural (TMR): Es la actividad complementaria del servicio de TPBCL que permite la comunicación a usuarios ubicados fuera de la cabecera municipal, o en un municipio con población total menor a 7,000 habitantes de acuerdo con el censo realizado en 1993, o en un corregimiento departamental, con cualquier usuario ubicado dentro del mismo municipio.

Servicio portador: Es aquel que proporciona la capacidad necesaria para la transmisión de señales entre dos o más puntos definidos de la red de telecomunicaciones. Comprende los servicios que se hacen a través de redes conmutadas de circuitos o de paquetes y los que se hacen a través de redes no conmutadas. Forman parte de estos, entre otros, los servicios de arrendamiento de pares aislados y de circuitos dedicados. Servicio universal: Se entiende por Servicio Universal aquel que pretende llevar el acceso generalizado a los hogares de los servicios básicos de telecomunicaciones, iniciando con el servicio de telefonía y posteriormente integrando otros servicios a medida que los avances tecnológicos y la disponibilidad de recursos lo permitan.

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Servicios adicionales: Son todos aquellos servicios que atienden necesidades específicas relacionadas con la actividad de interconexión, los cuales pueden contratarse por separado. Entre tales servicios adicionales se encuentran los servicios de medición y registro de tráfico, gestión operativa de reclamos, fallas y errores. Servicios semiautomáticos y especiales: Son todos aquellos servicios de que trata el artículo 29 contenido en el Decreto 25 del 2002 o las normas que los sustituyan, modifiquen o deroguen. Servicios suplementarios: Son aquellos servicios suministrados por una red de TPBC, además de su servicio o servicios básicos, entre otros los siguientes: conferencia entre tres, llamada en espera, marcación abreviada, despertador automático, transferencia de llamada, conexión sin marcar y código secreto. Servidumbre de acceso, uso e interconexión: Es el acto administrativo mediante el cual la CRT impone los derechos y obligaciones a los operadores solicitante e interconectante y prevé las condiciones de carácter técnico, comercial, operativo y económico del acceso, uso e interconexión de las redes. Sistema de Medición del Consumo: Es el conjunto de definiciones, principios, reglas, procedimientos y funciones de la empresa, organizado en tres procesos básicos a saber: tasación, tarificación y facturación. Sistema de multiacceso: Es el mecanismo de acceso de los usuarios a los operadores de TPBCLD en virtud del cual el usuario escoge uno de los operadores marcando un prefijo que lo identifica, para que le curse cada llamada. Sitio de Interconexión: Areas relacionadas directamente con el punto de interconexión. SSPD: Superintendencia de Servicios Públicos Domiciliarios. Suscriptor: Es la persona natural o jurídica con la cual un operador ha celebrado un contrato de condiciones uniformes de servicios públicos. Tarjeta Prepago: Es cualquier medio impreso o electrónico, que mediante el uso de claves de acceso u otros sistemas de identificación, permite a un usuario acceder a una capacidad predeterminada de servicios de telecomunicaciones que ha adquirido en forma anticipada. Tasa Contable: Es un valor acordado entre un operador de TPBCLDI y un interconectante internacional, con el fin de distribuir los ingresos recibidos por las llamadas internacionales cursadas entre ellos, en concordancia con el reglamento de la UIT. Tasa de retorno razonable o utilidad razonable: Es la que permite remunerar el patrimonio de los accionistas en la misma forma en que lo habría remunerado una actividad eficiente en un sector de riesgo comparable, la cual será estimada por el departamento nacional de planeación.

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Teléfono Público: Aparato telefónico de acceso generalizado al público, conectado a la RTPC, por medio del cual se prestan servicios de telecomunicaciones. Tráfico internacional entrante: Es el tráfico constituido por las llamadas de larga distancia internacional completadas, efectuadas a través de marcación directa o con asistencia de operadora, destinadas a usuarios ubicados en el territorio colombiano y facturadas por el operador extranjero. Tráfico internacional saliente: Es el tráfico constituido por las llamadas de larga distancia internacional completadas, efectuadas a través de marcación directa o con asistencia de operadora, originadas por suscriptores ubicados en el territorio colombiano, destinadas a usuarios ubicados en el extranjero y facturadas por el operador al suscriptor que origina la llamada. TMC: Telefonía Móvil Celular UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones.

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CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1. INTRODUCCIÓN 1.1

Propósito del estudio

El propósito de esta investigación es proveer un análisis y estudio de lo que es la tecnología inalámbrica, proveer una estimación de cómo esta tecnología puede ser utilizada para las operaciones de defensa en Bolivia con ayuda de sistemas satelitales. Para tal efecto, esta tesis introduce conceptos clave de las comunicaciones inalámbricas como: las tendencias y el crecimiento del mercado, el crecimiento futuro de las tecnologías, la descripción de varios sistemas satelitales, la matemática que es necesaria para poner en órbita un satélite y la posible localización de la(s) estaciones terrenas. Finalmente, provee recomendaciones para los sistemas inalámbricos para los requerimientos de operaciones de defensa, especialmente aquellas que se desarrollan en regiones remotas. 1.2

Desarrollo de las tecnologías satelitales

La tecnología inalámbrica es una de las tecnologías que más crecimiento y usos ha tenido en los últimos tiempos, transformando nuestras vidas y la forma como interactuamos con nuestro entorno diariamente, constituyéndose así en parte integral del diario vivir de cada persona. Es en este sentido que en las últimas décadas, los satélites artificiales se han convertido en elementos fundamentales dentro de las comunicaciones en las que los enlaces por línea de vista “LOS” (Line-of-sight por sus siglas en inglés) no son posibles. Es por estas razones que hoy en día los satélites son de uso común en países desarrollados y en países en vías de desarrollo. Tal es el caso de Bolivia que cuenta con un satélite en órbita geoestacionaria “GEO” (Geostationary Orbit por sus siglas en inglés) cuyo código de identificación es TKSAT1 “Satélite Tupac Katari de comunicaciones” que fue lanzado a orbita el año 2013 desde China. Este es un claro ejemplo de la tendencia de los países a utilizar los satélites con más frecuencia en las diferentes áreas de las comunicaciones. Solo por dar un ejemplo, hoy en día ya utilizamos aplicaciones ligadas a la parte satelital, tal es el caso de los Sistemas de Posicionamiento Global “GPS” (Global Positioning Systems – por sus siglas en inglés), que mínimamente han debido ser utilizados por todos en alguna ocasión. 1.1.1

Primeros pasos

Sin duda un gran salto en la historia de las comunicaciones se dio cuando el ser humano pudo colocar satélites artificiales fuera de nuestro planeta lográndose que estos retransmitieran a la tierra diferentes señales, principalmente de comunicación: radio, televisión, llamadas telefónicas y hoy datos. Lograr este tipo de hazaña está relacionada con la evolución de la tecnología de los cohetes que

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hicieron posible que un artefacto de estos lograra vencer la fuerza natural de la gravedad y posicionar un satélite en el espacio. No fue sino hasta 1945, cuando el entonces Secretario de la Sociedad Interplanetaria Británica, Arthur C. Clarke, publicó un artículo -que muchos calificaron como fantasioso- acerca de la posibilidad de transmitir señales de radio y televisión a través de largas distancias (transatlánticas) sin la necesidad de cables coaxiales (en el caso de la televisión o relevadores en el de la radio), proponiendo un satélite artificial ubicado a una altura de 36 mil km, que girara alrededor de la Tierra una vez cada 24 horas, de tal forma que se percibiera como fijo sobre un punto determinado y, por lo tanto, cubriendo en su transmisión una fracción de la superficie terrestre. Este artefacto estaría equipado con instrumentos para recibir y transmitir señales entre él mismo y uno o varios puntos desde tierra; también, añadía que para hacer posible la cobertura de todo el planeta habrían de colocarse tres de estos satélites de manera equidistante a la altura mencionada, en la línea del Ecuador. El artículo presentaba, además, algunos cálculos sobre la energía que se requeriría para que dichos satélites funcionaran, y para ello proponía el aprovechamiento de la energía solar. Con esos elementos en mente, la Marina de los Estados Unidos de América, unos años más tarde, utilizó con éxito el satélite natural de la Tierra, la Luna, para establecer comunicación entre dos puntos lejanos en el planeta, transmitiendo señales de radar que dicho cuerpo celeste reflejaba, logrando con ello comunicar a la ciudad de Washington con la Isla de Hawai. Esto comprobó que se podrían utilizar satélites artificiales con los mismos fines, pero salvando la desventaja de depender de la hora del día para obtener las señales reflejadas. Se emprendió, un ambicioso proyecto denominado Echo, el cual consistía en utilizar un enorme globo recubierto de aluminio para que sirviera como espejo y reflejara las señales emitidas desde la Tierra. El artefacto, visible a simple vista, fue el primer satélite artificial de tipo pasivo por su característica de servir solamente como reflejo y no tener aparatos para retransmisión; los llamados satélites activos vendrían después, con los avances tecnológicos y las experiencias que poco a poco fueron enriqueciendo el conocimiento en este campo. En la siguiente década, el Año Geofísico Internacional (1957-1958), marcó el banderazo de salida de una carrera espacial que durante muchos años protagonizaron EE.UU. y la Unión Soviética, siendo esta última la que se llevó la primicia al lanzar al espacio, el 4 de octubre de 1957, el satélite Sputnik I, el cual era una esfera metálica de tan solo 58 [cm] de diámetro. En diciembre de ese mismo año, EE.UU. también lanzó su propio satélite, el Vanguard, aunque sin éxito, pues se incendió en el momento de su lanzamiento.

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Figura 1.1 Componentes del Vanguard I

Figura 1.2. Vanguard I en el espacio

Figura 1.3. Sputnik I

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En la mañana del 4 de Octubre de 1957 el mundo recibió una de las noticias más impactantes del siglo XX: por primera vez en la historia de nuestra civilización se logró enviar un artefacto al espacio exterior. El nombre del aparato enviado era Sputnik I que se convirtió en el primer satélite artificial creado por la humanidad. Lo increíble era que dicho satélite alcanzaba a duras penas el tamaño de un balón de basquetbol y pesaba sólo 183 libras, alcanzando orbitar una elíptica alrededor de nuestro planeta en 98 minutos. El impacto que tuvo el Sputnik sobre el desarrollo tecnológico en el resto del siglo XX fue inmenso. Pocos meses después EE.UU. colocó el Explorer I su primer satélite de comunicaciones, y con ello se apuntó un tanto en el mundo de la ciencia al descubrir los cinturones de radiación que rodean a la Tierra, a los que llamaron Van Allen en honor al líder de los científicos responsables de esa misión. Posterior a ese satélite, siguieron sus versiones II, III y IV, de los cuales el Explorer II falló. El primer experimento en comunicaciones desde el espacio también fue en 1958, cuando un cohete Atlas-B, equipado con un transmisor y un reproductor, emitió hacia la Tierra un mensaje grabado con anterioridad por el presidente Eisenhower. El Atlas-Score permitió demostrar que la voz humana podía propagarse superando la considerable distancia existente entre el planeta y el satélite. El concepto fundamental era sencillo: un repetidor colocado en un lugar suficientemente elevado podría dominar mucha mayor superficie que sus homólogos terrestres. El repetidor, por supuesto, sería colocado en órbita, aunque su limitación principal sería la movilidad del objeto en el espacio. 1.1.2

Las comunicaciones satelitales para usos militares

La comunicación efectiva en el campo de batalla siempre ha sido una parte integral de las operaciones militares y una pieza decisiva para alcanzar el éxito de las misiones. Hoy en día, esto significa disponer de comunicaciones seguras en cualquier parte del mundo, por muy remoto e inaccesible que sea el lugar. Los soldados del siglo XXI desarrollan su actividad principalmente en base a las comunicaciones, con el fin de mantenerse conectados a una red en el campo de batalla y, en última instancia, garantizar el éxito de la misión. Nuevas tecnologías se fueron desarrollando en las últimas décadas; las más importantes dentro de las operaciones militares está dadas por la llegada de los UAV (Unmanned Autonomous Vehicle) y con las soluciones de Inteligencia, Vigilancia y Reconocimiento (ISR), es por eso que la dependencia de las comunicaciones en red, tanto visual como de audio, están aumentando considerablemente. Las necesidades de disponer de mayores capacidades en red, se traducen en una creciente dependencia de las comunicaciones por satélite (SATCOM). Este punto es particularmente importante para los EE.UU., ya que sus fuerzas armadas están desplegadas en todo el mundo y, a menudo, en áreas con muy poca o inexistentes infraestructuras de comunicaciones. Para que nos hagamos una idea, en términos de gasto, los EE.UU. representan casi el 50% de la inversión total mundial en equipos militares SATCOM.

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La consolidación de una ingeniería más avanzada ha propiciado un incremento en la cantidad de datos generados. Los UAVs, por ejemplo, pueden llegar a recopilar enormes cantidades de información que se envían en tiempo real de forma constante durante el período operativo. Pero esto tiene un precio. El notable aumento de los datos significa que el consumo de ancho de banda en los satélites militares se dispara, generando a menudo el colapso de las comunicaciones debido a una demanda muy por encima de la capacidad actualmente disponible. Como resultado, el ancho de banda se está convirtiendo en un bien preciado y, para los soldados, el acceso actual a SATCOM no siempre está garantizado.

Figura 1.4. UAV Triton

En la siguiente figura se puede observar como las actuales necesidades militares conjuncionan los sistemas para proporcionar información rápida y fidedigna a los mandos, y de esta manera tomar decisiones que pueden cambiar el curso de una misión.

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Figura 1.5. Funcionamiento de un sistema satelital con UAVs

Tanto los militares como los gobiernos, en particular en occidente, están buscando formas de aliviar la excesiva demanda de los satélites militares. Con presupuestos cada vez más ajustados, se está recurriendo al sector privado para complementar la capacidad necesaria a través del uso de satélites comerciales para ofrecer comunicaciones no críticas. Esto libera la capacidad y garantiza el acceso de los satélites militares solo para operaciones de vital importancia. En 2010, se estimó que el Departamento de Defensa de EE.UU. (DoD) gastó 640 millones de dólares de un presupuesto de 1,6 mil millones para SATCOM en servicios de satélites comerciales, es decir, casi el 40% del presupuesto total. La Agencia de Sistemas de Información de Defensa, organismo principal del Departamento de Defensa responsable de las comunicaciones gubernamentales, predijo que el costo de los satélites comerciales podría aumentar a 5 mil millones de dólares en los próximos 15 años. El sector de los satélites comerciales se ha expandido rápidamente en los últimos años, gracias principalmente a un creciente mercado de la televisión por satélite y a la radiodifusión de alta definición en todo el mundo. Para satisfacer esta demanda, las empresas comerciales pueden a día de hoy desarrollar, construir y lanzar un

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satélite en torno a tres o cuatro años como mucho. Para los militares, este proceso puede oscilar de 5 a 15 años1.

Figura 1.6. Pruebas en la etapa de construcción de un satélite

Las compañías de satélites pueden obtener beneficios mediante la venta de capacidad a los operadores de radiodifusión televisiva y a empresas de telecomunicaciones, por lo general en contratos a largo plazo que duran de cinco a diez años. Los militares de EE.UU., por el contrario, solo alquilan la capacidad durante un año e incluso pueden adquirir ancho de banda durante unos pocos meses (conocido como “spot-market”), que son evidentemente la opción más cara. En un informe de este año realizado por la US Defense Business Board analizaron el asunto en cuestión, advirtiendo que esto podría conducir a un aumento de los costes en el futuro. Otro de los efectos secundarios de esta situación es la falta de voluntad del sector comercial (a causa de los mayores costes para el fabricante y el usuario final), de cara a invertir en medidas de seguridad eficaces para sus sistemas SATCOM. La mayoría de las empresas de carácter civil y los organismos de radiodifusión no necesitan seguridad avanzada para sus necesidades de SATCOM, y no están dispuestos a pagar los costes adicionales de alquiler para cubrir su implementación. Los acontecimientos recientes han demostrado que los satélites comerciales pueden verse comprometidos. En septiembre de 2013, por ejemplo, el canal de noticias catarí Al-Jazeera acusó a Egipto de causar interferencias en el satélite ArabSat provocando problemas en su canal. Las interferencias, tanto intencional como no intencional, pueden poner en peligro de manera significativa las comunicaciones, que en un escenario militar podría costar vidas. El downlink de un satélite, es decir, las comunicaciones que se transmiten desde el satélite a la tierra,

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http://www.disa.mil/Services/SATCOM/Comsatcomservices/~/media/Files/DISA/Services/SATCOM/Scoop/july2013.pdf

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también estarían en riesgo de intercepción, lo que significa que los datos sensibles podrían terminar en las manos equivocadas.2 Hay una variedad de diferentes formas de mitigar este tipo de interferencias o bloqueos. Por ejemplo, anulando haces y la conmutación de frecuencia, cambiando la propia frecuencia, reduciendo la velocidad de datos, asignando toda la potencia y ancho de banda a las comunicaciones críticas, así como realizar un salto de frecuencia y técnicas de espectro ensanchado. Además, si las comunicaciones de un vehículo aéreo no tripulado o de otro activo valioso no se realizan a través de un solo satélite o ruta de comunicaciones, sino a través de múltiples canales de comunicación redundantes plenamente disponibles, permitiría que en el caso de la pérdida de un canal en particular, el activo no quede sin vínculos de comunicación. Los ingenieros de BAE Systems y EADS Astrium han ayudado recientemente a desarrollar un corredor de comunicaciones seguro a través de satélites comerciales que utilizan las frecuencias de banda Ka. El uso de la banda Ka, una frecuencia normalmente poco congestionada, crea capacidad y habilita la transferencia de grandes cantidades de datos a altas velocidades. Esto permitirá que un gobierno o ejército utilice las ventajas de la disponibilidad de la capacidad comercial, garantizando a la vez una máxima seguridad para un funcionamiento en operaciones críticas. Cualquier tipo de actividad que necesite de un enlace de comunicaciones por satélite, pueden beneficiarse de la utilización de la banda Ka. Las aeronaves, en particular los UAVs, pueden sacar una gran ventaja con esta tecnología, así como las instalaciones terrestres, vehículos de tierra y buques de superficie. Como resultado, los operadores de satélites comerciales están entendiendo la importancia de la seguridad, tanto para los gobiernos como para los ejércitos. Muchas empresas ven la seguridad y la creciente necesidad de ancho de banda como un punto clave de venta, apareciendo nuevas oportunidades de mercado que generarán mayores avances en el campo de la ingeniería en telecomunicaciones. Sin embargo, el aumento de la capacidad no siempre puede ser una opción, por lo que las empresas comerciales también están buscando maneras de incrementar la eficiencia del ancho de banda para los usuarios de SATCOM. Para ello, la utilización de recientes tecnologías como el HX System de los ingenieros de Hughes Network, permitiría identificar donde existe la mayor necesidad de ancho de banda y recalibrar los sistemas en cuestión de segundos, en lugar de semanas como ocurre actualmente en la mayoría de los casos. De esta manera se puede decir que las comunicaciones satelitales han ido evolucionando radicalmente en todos los ámbitos hasta el punto de volverse imprescindibles en el campo de batalla. Estas necesidades requieren la urgente alianza con empresas privadas para poder reducir los costes de fabricación e

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http://dbb.defense.gov/Portals/35/Documents/Reports/2013/FY1302%20Taking%20Advantage%20of%20Opportunities%20for%20Commercial%20Satellite%20Communication s%20Services.pdf

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investigación de nuevas tecnologías. Por lo que el análisis del mercado también es de suma importancia.

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CAPÍTULO 2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Este proyecto examina un problema que involucra más allá de las comunicaciones por línea de vista. El área técnica de esta tesis son las tecnologías inalámbricas vía comunicaciones satelitales, que se abordan desde el punto de vista de un ingeniero electrónico para optar al título de Master. Los satélites y otros sistemas de teledetección son una gran área de interés e investigación para los ingenieros, ya que requieren un profundo conocimiento de los sistemas de comunicaciones analógicas y digitales, transceptores disponibles, antenas y otros componentes de hardware. 2.1

Problema General

Cuando una problemática para los militares surge en un área geográfica específica, un enlace de comunicación entre esa zona y una base de operaciones es necesario. Este enlace debe ser robusto y constante. Las soluciones actuales a este problema implican el uso de transmisiones y telefonía satelital, torres de radiodifusión de comunicación estáticas e incluso cables físicos para la transmisión de datos (como cables transatlánticos submarinos para las comunicaciones telefónicas o internet). Los satélites de órbita terrestre alta (GEO) ofrecen cobertura constante de un área, siempre y cuando las condiciones climáticas sean adecuadas para la transmisión de datos. Sin embargo, el aumento de la altitud también significa que haya una mayor demora, y esto lleva a la necesidad de tener una señal más fuerte. Un sistema de órbita terrestre baja (LEO) podría posiblemente mejorar en estos temas. Un sistema LEO es más flexible y ofrece más cobertura que las torres estáticas, además que es mucho más fácil de proteger, en relación con una conexión física expuesta. El monitoreo constante de un área de interés puede ser muy beneficioso en el momento de un desastre natural o un conflicto bélico; tener información rápida y confiable acerca de un área de interés aumenta las probabilidades de éxito de la misión. Un método actual de cartografía de un área es el denominado Radar de Apertura Sintética (SAR), que utiliza una serie de imágenes ligeramente diferentes en el tiempo y la posición para formar una imagen de dos o tres dimensiones, y el resultado es un mapa de alta definición de un área específica. Una restricción de SAR es que está limitado a la cartografía de áreas y objetos estacionarios, esto debido a que la implementación tradicional de SAR es efectuada por una aeronave con una antena que recoge datos del terreno en una sola pasada. Si un sistema de satélites se utiliza, puede ser posible actualizar continuamente el SAR compartiendo imágenes uno con otro con el fin de obtener un mapa mucho más exacto.

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2.2

Problema específico

Este proyecto examina un método alternativo de intercambio de información para operaciones de defensa cuando las infraestructuras existentes no pueden cumplir con los requisitos, necesarios para operaciones militares, de comunicación oportuna y confiable. La telecomunicación inalámbrica es claramente diversa, con varios tipos de servicios operativos ofrecidos y con la continua investigación y desarrollo que incrementan sus posibilidades de ser introducidas y aplicadas a las distintas áreas rápidamente. El uso de satélites proporciona comodidad de uso y la instalación es esencial para las regiones que requieren mayores campos de visión para las comunicaciones por LOS. La comunicación satelital será vista como una necesaria alternativa para mejorar o reemplazar las comunicaciones cableadas en infraestructuras a corto y largo plazo.

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CAPÍTULO 3 OBJETIVOS Y FINALIDAD DEL PROYECTO 3 OBJETIVOS Y FINALIDAD DEL PROYECTO 3.1

Objetivo general

 Diseñar una propuesta para la utilización de la Tecnología inalámbrica vía comunicaciones satelitales para la defensa en Bolivia 3.2

Objetivos específicos    

3.3

Describir los fundamentos de la tecnología inalámbrica. Describir las comunicaciones satelitales. Implicaciones de la tecnología inalámbrica en la defensa Descripción de todo el sistema – satélite o sistemas de satélites a usarse en Bolivia para la defensa. Carácter innovador de los objetivos

Los objetivos anteriormente enunciados corresponden a las necesidades que surgen de los esfuerzos desarrollados por el gobierno boliviano para tener un sistema de satélites. Es por eso que el enfoque de este proyecto es la defensa, ya que si se tiene la voluntad política y económica de llevar adelante proyectos de alta tecnología, el área de la defensa es fundamental. Es así que los objetivos se centran en el estudio, descripción y posible implementación de sistemas satelitales para la defensa, cubriendo importantes áreas que dentro del contexto tecnológico boliviano son nuevas. Estas áreas son: 1. 2. 3. 4. 5.

Tecnologías inalámbricas Comunicaciones satelitales Uso y resultados de comunicaciones satelitales para la defensa Análisis de los posibles sistemas a usarse. Escalabilidad del sistema a utilizarse e interconexión con otros sistemas.

3.4 Límites y alcances del proyecto 3.4.1 Límites Los límites que se tienen en el siguiente proyecto son los siguientes: a. No se implementará el proyecto durante el desarrollo del estudio, puesto que las implicaciones económicas son elevadas. b. No se realizara la descripción y/o estudio a detalle de la ingeniería del satélite en sí, puesto que esto escapa a los propósitos de este proyecto.

3.4.2 Alcances

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a. Para la elaboración del siguiente proyecto, se pretende abarcar las áreas de la tecnología inalámbrica y satelital; las implicaciones de su uso en operaciones militares y los posibles satélites o sistemas de satélites que se pueden utilizar para fines de defensa. b. Con este proyecto se pretende dar una propuesta de implementación a futuro para la defensa en Bolivia, de ésta manera se fortalecerían los esfuerzos desarrollados en materia de seguridad, defensa e investigación tecnológica. c. Se darán los fundamentos y las ecuaciones necesarias para la puesta en órbita, más no se profundizará con un estudio exacto de puesta en órbita ya que se requerirían varios datos como ser el peso de los diferentes sistemas del satélite, la localización geográfica exacta del lanzamiento para elegir el tipo de cohete y saber la masa total de combustible necesaria para poder poner en órbita el satélite. 3.5 Aspectos estratégicos 3.5.1 Justificación de la necesidad del proyecto Los avances tecnológicos de las últimas décadas y la utilización comercial de la tecnología espacial en los campos de las telecomunicaciones, la observación de la tierra y la navegación por satélite han permitido desarrollar nuevas aplicaciones comerciales y mejorar las prestaciones de sistemas que tradicionalmente no utilizaban recursos espaciales. Es en este sentido que los países en vías de desarrollo también cuentan con satélites en órbita o con sistemas satelitales. Tal es el caso de Bolivia que con la adquisición del satélite Tupac Katari “TKSAT-I”, entra a esta era tecnológica. Es una realidad que el sector de la defensa no sea ajeno a este desarrollo, y demanda cada vez con mayor intensidad aplicaciones militares espaciales en sus diferentes campos que tienen altos beneficios para Bolivia ya que permitiría combatir ilícitos como el contrabando, narcotráfico, terrorismo y minería ilegal. Es en este sentido que el presente proyecto intenta fomentar las tecnologías inalámbricas vía comunicaciones satelitales desde el punto de vista militar – y sabemos bien que las tecnologías y aplicaciones militares se proyectan y adecuan con mayor facilidad al área civil 3.5.2 Descripción del estado de la tecnología en el país y a nivel global El desarrollo mundial económico y social se basa en la capacidad de producir conocimiento, lo cual está relacionado con la inversión que las sociedades realizan en educación, ciencia, tecnología e innovación y a procesos que permiten la estructuración de sistemas nacionales de Ciencia y Tecnología(C&T) enlazados orgánicamente con la economía3.

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Calderon 2011, Diseño e implementación de un sistema de Información Geográfica Catastral para la Alcaldía Municipal de Santa Tecla de la República de El Salvador

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De esta manera con el lanzamiento del satélite Tupac Katari TKSAT I, se pretende reducir la brecha que existe entre países desarrollados y el nuestro en alguna manera. Sin embargo las nuevas tecnologías van evolucionando constantemente y más aún en el ámbito militar en el cuál Bolivia no cuenta con ningún satélite de defensa. Los nuevos satélites que se están desarrollando en países como Estados Unidos o Rusia en materia de defensa son simplemente extraordinarios con avanzados sistemas electrónicos (circuitos, sensores y energía) y tecnología aeroespacial (propulsión, control y materiales). Un ejemplo claro es el sistema GSAP (Geosynchronous Space Situational Awareness Program) de los Estados Unidos, se trata de un nuevo tipo de sistema satelital espía cuya existencia ha sido recientemente desclasificada. El sistema GSAP estará formado por dos satélites que deben ser lanzados este año para vigilar los objetos artificiales que orbitan nuestro planeta. Estarán situados cerca de la órbita geoestacionaria (GEO), a 36000 kilómetros de la Tierra, y su fabricación correrá a cargo de la empresa Orbital Sciences. De acuerdo con el Pentágono, el sistema GSAP servirá para inspeccionar objetos de la órbita geoestacionaria, una zona donde se encuentran todo tipo de satélites meteorológicos, de comunicaciones… y militares (alerta temprana, vigilancia electrónica, etc.). Dicho de otro modo: todo indica que GSAP se dedicará realmente a espiar de cerca otros satélites situados en GEO e incluso puede que cuente con la capacidad de interferir algunos de sus sistemas, aunque este último punto es mera especulación. Y es que el programa ha sido desclasificado, pero no su verdadera misión ni características. A más de uno todo esto puede que le parezca una especie de déjà vu, porque GSAP se parece mucho -pero mucho, mucho- a un hipotético programa de satélites espías de los años 90 denominado Prowler, un programa cuya existencia nunca ha sido reconocida por el Pentágono. Según el general William Shelton, que dio a conocer la existencia del sistema GSAP hace unos días, en 2016 se lanzarán otros dos satélites mediante cohetes Delta IV para formar una red de cuatro vehículos que estará controlada desde la Base Aérea Schriever en Colorado. Los GSAP orbitarán la Tierra ligeramente por encima o por debajo de la órbita geoestacionaria para moverse a lo largo de toda ella a discreción mientras se dedican a espiar satélites de otras naciones a cierta distancia. Evidentemente, para poder viajar por la órbita geoestacionaria y acercarse a sus objetivos deberán ser bastante maniobrables. Según el Pentágono, el sistema GSAP permitirá proteger el enorme número de satélites militares estadounidenses situados en GEO, incluyendo los SBIRS de alerta temprana o los gigantescos Orión/Mentor de vigilancia electrónica. Cómo unos satélites espía serán capaces de proteger otros satélites es todo un misterio y con toda probabilidad se trata de una forma de desviar la atención de la naturaleza ‘intrusiva’ de los GSAP. El reconocimiento de la existencia de este programa plantea varias incógnitas. La primera es cómo van a reaccionar otras potencias espaciales -aliadas o no- ante un programa dedicado a espiar -y quizás interceptar en caso de conflicto- sus vehículos espaciales. No hace falta ser muy listo para imaginar que, por poner un ejemplo, a China no le hará ninguna gracia que sus satélites puedan ser analizados de cerca por los EEUU. Puesto que la inspección

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cercana de un satélite enemigo puede ser considerado un acto hostil, seguramente los GSAP estarán dotados de instrumentos electro-ópticos avanzados que permitan un reconocimiento relativamente lejano. La segunda cuestión es por qué la Fuerza Aérea ha decidido desclasificar un programa que todavía no está operativo. En este último caso, la respuesta podría ser que el Pentágono sabe que los GSAP serán detectados y vigilados por aficionados u otras naciones y no quieren levantar más polémica de la necesaria. Otro misterio es la relación de GSAP con el Prowler original, aunque existen rumores de que este nuevo programa estaría basado en realidad en el programa MiTEx (Micro-satellite Technology Experiment) desarrollado hace unos años por la agencia militar DARPA. Puede que GSAP sea una versión aumentada y operativa de MiTEx, aunque, una vez más, todo son especulaciones. De hecho, la verdadera misión y capacidades de MiTEx siguen siendo alto secreto. Los Estados Unidos ya poseen de forma oficial un sistema parecido, aunque menos espectacular, denominado SBSS (Space-Based Space Surveillance), una constelación de satélites construidos por Boeing y el primero de los cuales fue lanzado en 2010. Los SBSS se dedican a catalogar la basura espacial y otros satélites -incluidos los situados en GEO- desde una órbita baja terrestre, pero evidentemente son incapaces de tomar fotografías de alta resolución de sus objetivos. Y tampoco pueden dañarlos o incapacitarlos en caso de conflicto. Lo más preocupante es que la existencia de GSAP podría ser el inicio de una guerra fría espacial que puede desembocar en algún que otro disgusto. Porque si los EEUU abren la veda del espionaje orbital, China o Rusia pueden decidir hacer lo propio algún día de éstos. Y al Pentágono no le va a hacer ninguna gracia4. Como se puede observar, las tecnologías satelitales son un mundo lleno de nuevas tecnologías que se van desarrollando a pasos gigantescos. Bolivia al no contar con estos sistemas pierde valiosas oportunidades, pues un sistema de estas características tiene implicaciones tecnológicas, industriales y económicas que se traducen en desarrollo para el país. En contra parte, el gobierno boliviano encargó a la Corporación Industrial Gran Muralla, subsidiaria de la Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China la construcción del satélite Tupac Katari TKASAT-I. Dicha empresa se encargó de la construcción; el lanzamiento y puesta en órbita del satélite cuya función principal es repetir señales de televisión abierta. La utilidad no es muy amplia pero sirve como punto de partida para futuros proyectos. En conclusión la evolución de sistemas intercomunicados en red para la defensa se resume en tres tipos, alámbrico (todo cableado), inalámbrico (antenas de comunicaciones y satélites). La siguiente tabla muestra los aspectos positivos y negativos de cada sistema.

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http://danielmarin.naukas.com/2014/02/24/un-nuevo-tipo-de-satelite-militar-norteamericano-para-espiarotros-satelites/

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Sistema Breve descripción Alámbrico Desde los sistemas interconectados basados en cable UTP Cat5, Cat5e, Cat6, Cat7. Se ha visto un gran avance en los sistemas alámbricos pasando a coaxial y fibra óptica

Inalámbrico Antenas Las antenas fueron un gran paso para evitar el cableado de todas las zonas de comunicación.

Aspectos Positivos

Aspectos Negativos

Los aspectos positivos que dan los sistemas alámbricos son que proporcionan una fácil escalabilidad y control de las redes. Además que tienen un alto nivel de fiabilidad, y esto se ve demostrado en la interconexión de las redes continentales por fibra óptica que atraviesa los océanos.

La implementación es cara y difícil en lugares de difícil acceso.

Ahorran tiempo de implementación, por lo que los ingresos se incrementan. Además que se tiene comunicación en lugares de difícil acceso.

Para la interconexión ente dos puntos se requiere línea de vista, por lo que en algunas ocasiones su implementación es difícil y limitada a aproximadamente 75 [km]. También se deben considerar los fenómenos climáticos y las zonas (salares, bosques, lagunas, etc.) puesto que estos atenúan las señales.

Cubren áreas donde las otras tecnologías no pueden llegar o su implementación es muy difícil.

Los costos son relativamente altos, pero esto depende del satélite y su aplicación. La

Satélites Los satélites conforman lo último en sistemas de comunicaciones. Estos son lanzados al espacio en tres

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diferentes órbitas LEO (debajo de los 5035 kilómetros), MEO (altura de entre 10075 y 20150 kilómetros.) y GEO (orbitan a 35848 kilómetros sobre el ecuador terrestre) desde las cuáles ya sea en forma directa con las estaciones terrenas o por triangulación con otros satélites pueden cubrir áreas bastante grandes.

Tienen una amplia gama de aplicaciones desde simples repetidoras hasta sistemas complejos de vigilancia y espionaje.

tecnología utilizada para la fabricación y puesta en órbita de estos sistemas se reduce a un pequeño grupo de países.

Tabla 3.1. Aspectos importantes de los sistemas alámbrico, inalámbrico y satelital.

3.5.3 Carácter innovador del proyecto Un satélite o un sistema de satélites enfocado a la defensa, crean una variedad de oportunidades, permiten la innovación, la investigación y el desarrollo académico en nuevos enfoques tecnológicos. El proyecto se centra en las tecnologías inalámbricas vía comunicaciones satelitales para la defensa que tienen un amplio carácter innovador dentro de nuevas tecnologías y usos como:  

 

  

Optimización del uso del espectro en señales de radionavegación por satélite. Generación de señales de integridad y WADGPS, complementarias a las señales de radionavegación básicas, que permiten mejorar las prestaciones básicas del sistema para aplicaciones críticas. Software de procesado para receptores multifrecuencia y multinorma (i.e. GPS + GLONASS + EGNOS). Procesado diferencial, relativo y cinemático de señales de radionavegación por satélite, que permiten mejorar las prestaciones del sistema GPS, haciendo su uso posible en aplicaciones como topografía, ayuda a la aproximación y aterrizaje de aeronaves en campos no preparados y plataformas móviles (p.ej. buques), determinación de orientación de tubos lanzacohetes y otros sistemas, calibración de otras radio-ayudas, etc. Integración de sistemas de localización y sistemas de comunicaciones para optimizar la gestión de flotas. Utilización de la base de tiempos GPS-UTC para aplicaciones de sincronización en esquemas de comunicaciones TDMA. Herramientas de gestión de frecuencias en todo el rango del espectro electromagnético.

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CAPÍTULO 4 MARCO DEL PROYECTO 4 MARCO DEL PROYECTO El proyecto titulado Tecnología inalámbrica vía comunicaciones satelitales nace como una iniciativa gubernamental para la cobertura comunicacional total del territorio nacional con el lanzamiento del satélite Tupac Katari TKSAT-I y su posterior operación desde dos radio bases (Amachuma y la Guardia). Como resultado, se tienen futuros proyectos gubernamentales en los que se pretenden lanzar nuevos satélites y posiblemente conformar un sistema satelital para el uso en diferentes áreas. Es en este sentido que la defensa es un área muy importante dentro de las políticas estratégicas de cada país, y es así que se propone el siguiente proyecto. 4.1

Fundamentos de la Tecnología Satelital

Los satélites de comunicación pueden recibir y enviar desde el espacio ondas de radio en cualquier dirección que se tenga previsto en su diseño. Normalmente lo hacen desde y hacia grandes áreas de la Tierra, y en algunos casos también de y hacia otros satélites. El hecho de poder emitir desde un satélite de comunicación una señal que pueda recibirse con intensidad similar y simultáneamente en cualquier punto de una gran superficie geográfica es su característica más notable, y es la causa principal de su utilización, debido a sus implicaciones. La posibilidad de recibir señales emitidas por estaciones ubicadas en cualquier punto de una gran superficie de la Tierra es casi tan importante como la característica anterior, siendo indispensable para aprovechar los satélites para servicios de comunicación bidireccional en toda su área de cobertura, es decir, para los que implican el diálogo entre los puntos extremos de la comunicación, como el servicio telefónico o un servicio interactivo de comunicación de datos.

Figura 4.1. Cobertura aproximada de un satélite geoestacionario ≥ un tercio de la superficie de la Tierra.

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Un solo satélite puede emplearse para cubrir una gran superficie un poco mayor que un tercio de la superficie de la Tierra, o para cubrir básicamente un solo país (caso satélite Tupak Katari), y al mismo tiempo contar con haces adicionales de emisión que cubran con mayor densidad de potencia una porción de un país, llamados puntuales. La figura 7 representa un satélite de gran cobertura o huella, mediante el cual pueden comunicarse entre sí estaciones ubicadas en cualquier lugar de ella, llamadas comúnmente estaciones terrenas, y la figura 8 muestra un satélite de cobertura nacional. La órbita ecuatorial llamada geoestacionaria representa un círculo virtual alrededor de 36 000 kilómetros sobre la superficie terrestre, en el cual es posible ubicar satélites que giren en sincronía con la rotación de la Tierra. Debido a que existen perturbaciones que tienden a desplazar lentamente a los satélites de sus posiciones fijas en dicha órbita, para lograr que permanezcan en ellas se emplean fuerzas de corrección de pequeña magnitud, aplicadas en determinados intervalos de tiempo.

Figura 4.2. Huella del satélite Galaxy 18 en América para la banda Ku.

Vista desde un satélite en esa órbita, la Tierra abarcaría aproximadamente 17° de ángulo visual, por lo que los haces de recepción y de emisión del satélite se deben conservar dentro del mismo, o en uno menor, para optimar la comunicación, evitando hasta donde sea posible radiar energía al espacio exterior. La cobertura útil máxima de dichos haces, medida sobre la superficie de la Tierra en grados del ecuador o de los meridianos, es de unos 140 a 150°, por lo que un sistema de cobertura global requiere un mínimo de tres satélites en la órbita geoestacionaria para abarcar todo el planeta, excepto las regiones polares, a las cuales solo pueden comunicar los satélites en otras órbitas que para ese fin sean más convenientes. La principal ventaja de que un satélite ocupe una posición fija en la órbita geoestacionaria consiste en que dentro de su zona de cobertura pueda comunicarse con estaciones terrenas de apuntamiento fijo, las cuales cuenten con haces muy concentrados, para aumentar extraordinariamente tanto la potencia recibida de las señales del satélite, como la que es posible enviar en dirección del mismo. Se puede entonces utilizar un mínimo de energía radiada para una alta calidad de la comunicación, gracias a su concentración, principalmente dentro de

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un ángulo de 1° de arco, o menor. Esta característica es de gran importancia para los denominados servicios fijos por satélite (SFS). Debido a lo agudo de los haces de las antenas terrenas del servicio fijo, es necesario que el satélite no varíe su posición orbital, para evitar pérdida de la potencia de las ondas emitidas o recibidas, la cual representaría un deterioro de la comunicación, o que sea necesario emplear a un costo adicional sistemas de rastreo o seguimiento del satélite, por medio de mecanismos que permitan el reapuntamiento automático del eje de las antenas. Al mismo tiempo, la agudeza de los haces de las antenas de estaciones terrenas evita que su radiación interfiera a otros satélites contiguos, haciendo posible que éstos utilicen las mismas frecuencias de radio múltiples veces, lo que aumenta la capacidad de comunicación desde y hacia la órbita geoestacionaria. Las estaciones de bajo tráfico bidireccional que se comunican por medio de un satélite pueden ser miles, y las de recepción directa de señales de televisión pueden ser millones, por lo que resulta muy importante el ahorro en su costo individual y en la inversión total en ellas, evitando el empleo de dispositivos de seguimiento de los satélites que se usan para la orientación continua de las antenas, además de la conveniencia y la reducción de las probabilidades de fallas que se logra por esta simplificación. Sin embargo, en un sistema de varios satélites geoestacionarios, las antenas de alto tráfico de estaciones terrenas de servicio público, cada una de las cuales lo entregan a numerosos usuarios mediante enlaces terrenales, comúnmente están dotadas de dichos dispositivos de rastreo o seguimiento, para evitar pérdidas de señal, y para poder cambiar fácilmente su apuntamiento hacia otro satélite en caso de fallas, o en caso de necesidad de redistribución del tráfico entre las naves. Tales estaciones son poco numerosas en cualquier país. En cuanto un satélite está en condiciones de operar, se pueden instalar estaciones para comunicarse por medio de él, en cualquier parte de su zona de cobertura, en un tiempo muy corto. Esta ventaja es más apreciable para el caso de redes privadas en los países en que éstas se autorizan, debido a que la comunicación entre dos estaciones cualesquiera puede realizarse mediante un solo salto Tierra-satéliteTierra, sin pasar por otras estaciones u otros medios de comunicación. La posibilidad de una cobertura total, directa, inmediata y simultánea en un extenso territorio es una de las grandes ventajas de los satélites de comunicación, de importancia máxima para los servicios móviles y de difusión. En contraste, los sistemas terrenales como las redes de microondas y de cables de fibras ópticas, aunque se extiendan por un territorio del tamaño del de la huella de un satélite tienen una cobertura de puntos específicos, y dejan grandes áreas sin cubrir. Además, normalmente requieren de un programa de desarrollo de varios años para completarse, deben contar con estaciones de alimentación de energía y de reprocesamiento de las señales a intervalos regulares, y se tienen que conectar con redes locales de distribución dentro de las ciudades. Todas estas etapas de desarrollo y conexión pueden introducir en los servicios que prestan inconvenientes y dilaciones para obtener el servicio inicial, y para la recuperación del mismo

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después de fallas, así como implicar más de una empresa en la operación y conservación de las redes, además de dificultar los cambios que requieran los usuarios en su estructura de comunicación. Por otro lado, las redes terrenales no pueden transmitir a un costo competitivo una señal unidireccional única, como las de televisión, de manera simultánea a un gran número de destinos, aunque solo haya decenas de puntos de recepción en una extensa cobertura deseada, mucho menos si se trata de miles o millones de ellos, como lo requieren algunos servicios de difusión. Debido a la facilidad para la instalación y retiro de las estaciones terrenas más modernas de comunicación bidireccional para servicios fijos, y a su costo actual relativamente más bajo, la comunicación por satélite es muy útil para servicios no permanentes en zonas donde no se prestan aún los servicios públicos terrenales de mayor demanda y desarrollo, como en muchas áreas rurales. Las redes de radiocomunicación móvil, como las de telefonía celular, generalmente no pueden, debido a obstáculos naturales, tener la cobertura total de un área geográfica grande, incluso instalando múltiples estaciones repetidoras en lugares elevados, por lo que conseguir la cobertura deseada puede requerir un largo proceso de desarrollo, o no ser viable desde el punto de vista económico. Debido a que los satélites pueden prestar servicios móviles en el mar, tierra y espacio aéreo, sin límites de cobertura, al desarrollo de nuevas tecnologías, y a una mayor aceptación política de la concepción de servicios comerciales privados por satélite de cobertura global en casi todas las naciones, su potencial en este mercado ha aumentado en forma extraordinaria en los últimos años para la comunicación en transportes terrestres, aéreos y marítimos, e incluso para la comunicación personal con terminales portátiles muy ligeras, acaparando muchos de los proyectos de telecomunicación más ambiciosos del momento actual. Los servicios móviles comerciales por satélite se han prestado durante muchos años empleando la órbita geoestacionaria, pero debido a dos ventajas operativas particulares de los satélites de órbitas más bajas, junto con razones económicas y de diseño, los nuevos sistemas de satélites de cobertura global para servicio móvil se están concibiendo para órbitas bajas. El período de circunvolución de un satélite no geoestacionario es típicamente desde menos de 2 hasta 12 horas, según la altitud de la órbita, teniendo una cobertura geográfica en constante movimiento, como se muestra en la figura 9, por lo que desde cualquier punto sobre la Tierra solo se puede establecer comunicación con cada uno de los más bajos durante pocos minutos en cada ocasión. Para poder establecer comunicaciones sin interrupción entre dos estaciones terminales móviles que no estén al mismo tiempo al alcance de uno de ellos, deben constituir un sistema con numerosas naves de cobertura traslapada que se enlacen en el espacio, o que para ese propósito se apoyen en una red terrenal.

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Figura 4.3. Cobertura en movimiento de un satélite de órbita baja

Una empresa propietaria y operadora de satélites no es necesariamente la que proporciona los servicios a usuarios finales, sino que puede vender o alquilar capacidad de comunicación de sus satélites a otras prestadoras de servicios públicos, como las de televisión por cable; las cadenas de televisión para transmitir sus señales a estaciones llamadas repetidoras, que a su vez las redifunden al público; las empresas telefónicas; y otras que utilizan los satélites para apoyar sus servicios en ciertos tramos de los enlaces de comunicación de sus redes. También, debido a la facilidad para establecer redes de estaciones terrenas de distintos niveles de tráfico, con opción de diversas configuraciones y tecnologías, sin limitaciones de cobertura y bajo el control total del usuario, la comunicación por satélites ha sido atractiva para muchas empresas, a fin de establecer redes propias diseñadas para las necesidades de su comunicación interna. En el caso de los geoestacionarios esto se puede lograr arrendando la capacidad necesaria directamente del propietario del satélite, o de sus agentes, o pagando solo el servicio de una red ad hoc que otra organización dedicada a estas actividades y seleccionada libremente le proporcione, en los países en que la reglamentación permite ambas cosas, gracias a la desregulación que se ha venido extendiendo y profundizando en distinto grado en casi todo el planeta. Es de notarse que la capacidad de tráfico planeada para un satélite o para un conjunto de satélites en la órbita geoestacionaria, a fin de prestar servicios en una zona de cobertura o huella determinada, no depende de la ubicación de las redes de estaciones terrenas que operen en dicha región a través de él o de ellos, sino del tráfico total que requiera el conjunto de los servicios. Tampoco es necesario prever con rigor una proporción determinada de cada uno de los tipos de circuitos o canales de comunicación que vayan a utilizarse en un satélite no especializado. Lo anterior se debe a la inherente flexibilidad de los satélites de comunicación, que los hace relativamente tolerantes a los errores de planeación, ya que en una misma cobertura se compensan los errores de falta o de reducción de demanda con los de exceso en otras zonas, aunque se trate de distintos servicios.

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En cambio, las redes terrenales deben planearse tomando en cuenta la ubicación específica de la demanda dentro de la región en que van a prestarse los servicios, ya que generalmente no es posible, o puede resultar muy costosa la reubicación de tramos de una red, en caso de que la demanda real difiera de lo previsto. Además, como en ellas es imposible la cobertura total, y los tramos de enlace tienen distinta jerarquía, con capacidades decrecientes hacia los puntos terminales, puede resultar no redituable extender los servicios a muchos puntos terminales de muy bajo tráfico. A pesar de las características mencionadas de flexibilidad, que reducen los riesgos de planeación de los satélites, en este aspecto tienen que enfrentar un riesgo distinto, que consiste en la probabilidad de falla de su lanzamiento a la órbita de destino, la cual es aproximadamente 5% en la actualidad. A diferencia de los sistemas terrenales, la capacidad de comunicación por satélite no puede desarrollarse en forma gradual, por medio de programas anuales de ampliación, si un sistema geoestacionario, por sus requerimientos y objetivos, solo puede contar con uno o dos satélites en una huella. Esta característica implica, para los sistemas nacionales pequeños o que vayan a proporcionar servicios a un grupo de pocos países con tráfico no muy alto, que el costo de la inversión inicial corresponda a la capacidad final de tráfico requerida, aunque por varios años no pueda ocuparse en su totalidad. Sin embargo, un operador de satélites como la Organización Internacional de Telecomunicaciones por Satélite INTELSAT, que cuenta con varios satélites para cubrir cada una de las tres regiones oceánicas, y que en caso necesario puede mover satélites de una región oceánica a otra, está en posibilidad de aumentar en una forma relativamente gradual la capacidad total de tráfico en una zona de cobertura determinada, en proporción al tráfico total que maneja, y eventualmente de reducirla intencionalmente, lo cual le permite una mejor utilización de sus recursos. No es fácil hacer una comparación general de la capacidad de servicio de los satélites de uso múltiple con la de redes terrenales, por sus diferencias estructurales, y solo es posible para servicios concretos con características específicas. La comparación más favorable para las redes terrenales es la comunicación de alto tráfico punto a punto, como la comunicación bidireccional entre centrales telefónicas de distintas ciudades, ya que cada enlace entre dos puntos requiere tanto en las redes por satélite como en las terrenales dedicar al menos algunas unidades de equipo específicas para cada uno de ellos. La comparación es más favorable a los satélites para el caso de señales en un solo sentido. Por ejemplo, para enviar una señal de televisión por satélite de su origen a cincuenta estaciones repetidoras en igual número de ciudades de un país solo se requiere ocupar cuando más una unidad básica de comunicación o transpondedor del satélite. En cambio, hacerlo por una red terrenal desde un nodo a otros cincuenta puede requerir numerosos enlaces con capacidad para un canal de televisión, dependiendo de su configuración, ya que a partir del nodo de origen debe encaminarse la señal por varias rutas apropiadas para llegar a todos los destinos, y en algunos sitios ramificarse nuevamente.

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Además, usualmente cualquier parte de la capacidad de un satélite puede utilizarse para comunicación bidireccional o unidireccional en el momento que se requiera, lo que generalmente no es posible en las redes terrenales. Asimismo, el origen de una señal de un punto a múltiples destinos puede ubicarse en cualquier sitio dentro de la huella del satélite y cambiarse de ubicación sin limitaciones cuando sea necesario. Por todo lo anterior, en un ejemplo extremo, un satélite de comunicación puede dedicarse a la difusión directa de televisión por subscripción transmitiendo cerca de 100 programas simultáneos, que pueden ser originados al mismo tiempo desde varios puntos cualesquiera dentro de la huella y recibidos por un número ilimitado de usuarios en cualquier parte de la misma, lo cual sería imposible proporcionarlo por medio de redes terrenales. La vida útil planeada de los satélites comerciales destinados a la órbita geoestacionaria, para una posición estrictamente controlada, es aproximadamente de 10 a 15 años en la actualidad. Esta duración en servicio está determinada en forma ineludible por la del propulsante que les permite conservar su posición en la órbita original, y en forma parcialmente aleatoria por el deterioro de las baterías o de las células solares, así como, con menor probabilidad, por la posible falla de otras partes de la nave espacial. La vida útil de los satélites en órbitas bajas es mucho menor que la de los de la órbita geoestacionaria, principalmente por el agotamiento de su dotación de propulsante y por un mayor deterioro de sus baterías a causa del gran número de eclipses que les ocurren durante cada año. Al terminar su vida útil, los satélites que operan en la órbita geoestacionaria deben ser desactivados y colocados en una órbita cuando menos 150 km más alejada (preferiblemente 300 km o más), quedando a la deriva sin control, formando parte de los despojos espaciales de la Tierra creados por el hombre, junto con otros satélites, cohetes, y sus fragmentos, por lo que existen en órbita miles de objetos identificados de 10 centímetros o más de dimensión máxima, y millones de tamaño mayor a 1 milímetro, tanto de satélites como de vehículos de lanzamiento. Tales despojos son peligrosos para las naves activas aunque tengan dimensiones de pocos milímetros, ya que una parte de ellos transita a alta velocidad relativa por o a través de las órbitas ocupadas, acercándose también muchos de ellos a la Tierra a la que finalmente pueden caer por los efectos progresivos de la fricción atmosférica. 4.2

Funcionamiento básico de un satélite

Un satélite puede dividirse en dos partes fundamentales para su operación: el conjunto de equipos y antenas que procesan las señales de comunicación de los usuarios como función substancial, denominado carga útil o de comunicaciones, y la estructura de soporte, con otros elementos de apoyo a la mencionada función, denominada plataforma. Existe una interacción precisa entre ambas partes que debe preservarse y controlarse en todo momento. La carga útil tiene el amplio campo de acción de la cobertura de la huella del satélite y del empleo de las ondas de radio en una extensa gama de frecuencias que constituyen la capacidad de comunicación al servicio de los usuarios, en tanto que la acción de los elementos de la plataforma no se extiende fuera de los límites del propio satélite, salvo en la comunicación con su centro de control. A su vez, el

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llamado centro de control actúa recíprocamente tanto con la carga útil como con la plataforma, para adecuar el funcionamiento del satélite a las necesidades de operación y a los servicios contratados por los usuarios. La plataforma puede dividirse para su análisis funcional en varios subsistemas que apoyan la operación satisfactoria de la carga de comunicaciones como muestra la figura 10. La estructura de la plataforma sirve de soporte tanto para sus demás elementos como para la carga útil. Debe tener la suficiente resistencia para soportar las cargas estáticas y vibraciones del lanzamiento, y paradójicamente, a la vez el menor peso posible, lo cual se logra conciliando sus parámetros de fiabilidad. Está construida con aleaciones metálicas ligeras y con compuestos químicos tanto de alta rigidez y bajo coeficiente de dilatación térmica, como resistentes al deterioro en el espacio, entre otras de sus características más requeridas.

Satelite

Carga util

Estructura

Propulsion

Plataforma

Control de orientacion y de orbita

Energia

Telemetria y telemando

Control termico

Figura 4.4. Subsistemas de un satélite de comunicación

Los sistemas de propulsión pueden incluir un motor de apogeo que permita al satélite llegar a su órbita de destino después de ser liberado por el vehículo de lanzamiento si éste no lo hace directamente. Si el satélite debe ubicarse en una posición determinada de la órbita geoestacionaria, y los servicios de lanzamiento utilizan un vehículo que solo sea capaz de dejarlo en una órbita elíptica con apogeo cercano a aquella, una opción de diseño permite programar una serie de encendidos breves de dicho motor (cuando éste utiliza combustible líquido), cuando menos en el apogeo, para llevarlo por aproximaciones sucesivas a la órbita circular prevista, al incrementarse progresivamente la altitud del perigeo. Una vez en la órbita y emplazamiento deseados, las correcciones a las desviaciones fuera de ellos, debidas a las perturbaciones causadas por el Sol, la Luna y la propia Tierra se realizan principalmente mediante pequeños impulsores, cuyo número depende del tipo de satélite, los cuales pueden emplear propulsantes líquidos, gas o iones. En los satélites geoestacionarios típicos los propulsantes químicos requeridos para conservar su posición durante su vida útil representan del 20 al 40 % de masa adicional a la de la nave sin combustible, o masa seca, en misiones de 10 a 15 años.

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El subsistema de control de orientación o actitud está constituido por los componentes que permiten conservar la precisión del apuntamiento de la emisión y recepción de las antenas del satélite dentro de los límites de diseño, corrigiendo no solo las desviaciones de éstas por dilatación térmica e imprecisión de montaje, sino de toda la nave en su conjunto. Para este fin cuenta con sensores y dispositivos giroscópicos como referencia, y un procesador digital con algoritmos de corrección que le pueden permitir un amplio grado de autonomía de su función, y que incluyen el control de oscilaciones transitorias mediante amortiguamiento. Las correcciones de orientación pueden realizarse por medio de los impulsores y por otros elementos a bordo. El subsistema de energía está constituido generalmente por células solares que alimentan los circuitos eléctricos de la nave, las baterías que aseguran el suministro durante los eclipses y los dispositivos de regulación y adaptación, que evitan tanto la introducción de pulsos en las líneas de alimentación hacia la carga útil como las variaciones de tensión que podrían ser causadas por el ángulo de recepción de los rayos solares, la mayor o menor distancia del Sol, o el deterioro de las células. El sistema de telemetría permite conocer el estado de todos los demás subsistemas. Utiliza un gran número de sensores que detectan o miden estados de circuitos y variaciones de temperatura, presión, voltaje, corriente eléctrica, etc., convierte esa información en datos codificados, y los envía en secuencia al centro de control a través de un canal especial de comunicación, repitiéndose la secuencia a intervalos regulares. Esta información se utiliza para acción inmediata si fuera necesario, y se registra para su análisis estadístico y detallado. El sistema de telemando permite enviar órdenes al satélite desde el centro de control a través de un canal de comunicación dedicado que se activa cuando éstas se transmiten. Los comandos pueden tener efecto tanto sobre la carga útil como sobre la plataforma, y solo son admitidos por el satélite mediante códigos de seguridad que evitan su acceso ilegítimo, debido a las consecuencias catastróficas que puede tener un comando inadecuado, y a que es fácil tener acceso al satélite no solo desde cualquier lugar dentro de la huella objetivo, sino, en condiciones propicias, desde cientos de kilómetros fuera de ella, si se emplea suficiente potencia en una estación terrena transmisora. Para evitar variaciones de temperatura extremas en los componentes del satélite, fuera de las toleradas para su adecuado funcionamiento y duración, el subsistema de control térmico emplea conductos de calor y radiadores que lo disipan fuera de la plataforma. También protege a las diversas partes de la nave de frío intenso durante los eclipses o en áreas no expuestas al Sol, por medio de calefactores eléctricos, y emplea materiales aislantes para lograr el equilibrio térmico requerido dentro de la misma. Los dispositivos de control interno permiten modificar las acciones térmicas cuando es necesario. Como se mencionó anteriormente, un satélite de comunicación puede operar en una amplia gama de frecuencias. Las diversas bandas de frecuencias que pueden utilizar los satélites son determinadas (atribuidas, en la terminología convencional de este campo) por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) en forma exclusiva para éstos, o en forma compartida con otros servicios, quedando a cargo

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de los gobiernos de cada país asignarlas a usuarios específicos. Para satisfacer las necesidades mundiales de comunicación, cada banda de frecuencias puede ser utilizada simultáneamente por muchos países, con las debidas precauciones técnicas para evitar interferencias que pueden originarse, entre otras causas, por la dificultad de limitar las radiaciones solo a las áreas de servicio. Cuando por las interferencias que se originarían no es posible el uso simultáneo de toda una banda por cada uno de los países de una región, se puede realizar una planificación regional para utilizarla en fracciones distribuidas entre los países de la misma, aprobada por ellos, que queda registrada por la UIT. Para evitar interferencias mutuas a los servicios de dos países cercanos, se realizan coordinaciones específicas caso por caso, que pueden ser complementadas por convenios bilaterales. Un satélite o sistema de satélites puede operar en una o más de las bandas atribuidas a los servicios de satélite, dependiendo de las necesidades de capacidad de tráfico, en su caso de las bandas que se hayan empleado en la generación anterior de satélites del mismo sistema, de los servicios que se pretenden prestar, en cierta medida de las condiciones climáticas de la zona de servicio, y de las posibilidades técnicas de ocupación de una órbita o de una posición orbital sin causar interferencias a otros satélites. Cada banda de frecuencias dispone de una parte de la misma para los enlaces ascendentes Tierra-satélite y otra para los enlaces descendentes satélite-Tierra, a fin de evitar interacciones inconvenientes. Cada unidad básica de la carga útil o transpondedor recibe las emisiones desde la Tierra como enlaces ascendentes, las amplifica para compensar la enorme pérdida en el espacio, realiza la transposición o conversión de sus frecuencias y las devuelve a tierra como enlaces descendentes, operando en fracciones diferentes de la banda que los demás transpondedores (salvo en los casos de reuso de frecuencias en el mismo satélite), como muestra la figura 11.

Canalizacion Transposicion Amplificacion Enlace ascendente

Enlace descendente

Figura 4.5. Funciones mínimas de los transpondedores

Además de las funciones mínimas mencionadas, si se requiere, la carga útil puede diseñarse para realizar la conmutación de señales a bordo y otros tipos de procesamiento, así como la comunicación con otros satélites. La parte del espectro de radiofrecuencias atribuido por la UIT a la comunicación por satélite para cada uno de los tipos de servicio móvil por satélite (SMS), fijo por satélite (SFS), difusión (SRS), o entre satélites (SES), comprende porciones en el

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intervalo de aproximadamente 0.1 a 400 GHz. Actualmente, más del 90% de la capacidad de comunicación en órbita para fines comerciales se utiliza para el servicio fijo por satélite en la gama de frecuencias de 3.4 a 14.8 GHz (principalmente en las llamadas bandas C y Ku), considerando el número de satélites que las emplean y la reutilización de frecuencias en muchos de ellos. Para sus propios fines reglamentarios, la UIT considera tres regiones en el mundo: la región 1, que abarca África, los países Arabes, Europa y los países que anteriormente constituían la URSS; la región 2, que abarca los países de América; y la región 3, que incluye a Asia y Oceanía, existiendo algunas diferencias menores en la atribución de frecuencias para cada región y excepciones registradas por países en forma individual. Por razones prácticas, a las bandas de frecuencias más comunes para el servicio por satélite se les designa por fabricantes de equipos, operadores de satélites y usuarios por medio de letras empleadas originalmente para radar, aunque no son utilizadas oficialmente por la UIT. De acuerdo con estas siglas, las principales bandas para los servicios por satélite son las mostradas en la tabla 2 para la región 2 (Américas), como ejemplo. Banda L S C

X Ku Ka

Ejemplos de Atribución [GHz]* 1.525 – 1.71 1.99 – 2.2 2.5 – 2.69 3.4 – 4.2, 4.5 – 4.8, 5.15 – 5.25, 5.85 – 7.075 7.2 – 8.4 10.7 – 13.25, 13.75 – 14.8 27 – 31

Designación Alternativa Banda de 1.5 [GHz] Banda de 2 [GHz] Banda de 2.5 [GHz] Banda de 4/6 [GHz] Banda de 5/7 [GHz] Banda de 7/8 [GHz] Banda de 11/14 [GHz], Banda de 12/14 [GHz] Banda de 30 [GHz]

*A frecuencias más bajas se utiliza otra forma de designaciones y abreviaturas. Tabla 4.1. Designaciones de bandas

4.3

Conceptos de las tecnologías inalámbricas

Cada sistema inalámbrico consta de 3 partes fundamentales: el transmisor (utilizado para la modulación), el receptor (utilizado para la demodulación) y el canal de frecuencias que es utilizado para transmitir la señal de una estación a otra o de una estación a un punto móvil. 4.3.1 Modulación Modulación engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea además de mejorar la

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resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Según la American National Standard for Telecommunications, la modulación es el proceso, o el resultado del proceso, de variar una característica de una onda portadora de acuerdo con una señal que transporta información. El propósito de la modulación es sobreponer señales en las ondas portadoras. Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que queremos transmitir.5 4.3.2 Demodulación También conocida como detección, es el proceso inverso de la modulación que se lleva adelante en el receptor. En este proceso la onda recibida por el transmisor es retornada a su condición actual para poder ser entendida o interpretada por el usuario.6 4.3.3 Transmisor Transmisor en el área de comunicaciones es el origen de una sesión de comunicación. Un transmisor es un equipo que emite una señal, código o mensaje a través de un medio. Para lograr una sesión de comunicación se requiere: un transmisor, un medio y un receptor. El transmisor de radio es un caso particular de transmisor, en el cual el soporte físico de la comunicación son ondas electromagnéticas. El transmisor tiene como función codificar señales ópticas, mecánicas o eléctricas, amplificarlas, y emitirlas como ondas electromagnéticas a través de una antena. La codificación elegida se llama modulación. Ejemplos de modulación son: la amplitud modulada o la frecuencia modulada.7

5

Academia de Networking de Cisco System (2006). Fundamentos de Redes Inalámbricas. Madrid: Pearson Educación, S.A. 6 Academia de Networking de Cisco System (2006). Fundamentos de Redes Inalámbricas. Madrid: Pearson Educación, S.A. 7 Academia de Networking de Cisco System (2006). Fundamentos de Redes Inalámbricas. Madrid: Pearson Educación, S.A.

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4.3.3.1

Partes principales de un radiotransmisor

Figura 4.6. Partes principales de un radiotransmisor

Un radiotransmisor típico de modulación de amplitud (AM), como el representado en la figura 12, consta de diversos elementos:  Oscilador Encargado de generar las frecuencias (a). En general, se tratará de un Oscilador de cristal, para garantizar la exactitud y pureza de la frecuencia generada.  Preamplificador de audiofrecuencia Se trata de un amplificador de audio de baja potencia para elevar la señal de muy bajo nivel (c) generada, en el caso de la figura por un micrófono, aunque podría venir de cualquier otra fuente de señal de bajo nivel obtener una señal de nivel superior (d) con la que atacar al amplificador modulador.  Amplificador modulador Es el encargado de generar una señal (e) que modulará la onda portadora. Esto es, hará variar la amplitud de la onda portadora de forma que esta cambie de acuerdo con las variaciones de nivel de la señal moduladora, que es la información que se va a transmitir.  Amplificador de radiofrecuencia El amplificador de radiofrecuencia, cumple dos funciones, por una parte eleva el nivel de la portadora (a) generada por el oscilador y por otra sirve como amplificador separador para asegurar que el oscilador no es afectado por variaciones de tensión o impedancia en las etapas de potencia.

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 Amplificador de potencia de RF En este amplificador se produce la elevación de la potencia de la señal (b), generada en la etapa precedente, hasta los niveles requeridos por el diseño para ser aplicada a la antena. En esta etapa es también donde se aplica la señal moduladora (e), obtenida a la salida del amplificador modulador para finalmente obtener la señal de antena (f).  Fuente de alimentación La fuente de alimentación es el dispositivo encargado de generar, a partir del suministro externo, las diferentes tensiones requeridas por cada una de las etapas precedentes. 4.3.4 Medio de transmisión Un canal de comunicación es el medio de transmisión por el que viajan las señales portadoras de información emisor y receptor. Es frecuente referenciarlo también como canal de datos. Los canales pueden ser personales o masivos: los canales personales son aquellos en donde la comunicación es directa. Voz a voz. Puede darse de uno a uno o de uno a varios. Los canales masivos pueden ser escritos, radiales, televisivos e informáticos. Así sucesivamente se pueden ir identificando los diferentes canales de trasmisión del pensamiento. En telecomunicaciones, el término canal también tiene los siguientes significados:  Una conexión entre los puntos de inicio y terminación de un circuito.  Un camino único facilitado mediante un medio de transmisión que puede ser:  Con separación física, tal como un par de un cable multipares.  Con separación eléctrica, tal como la multiplexación por división de frecuencia (MDF) o por división de tiempo(MDT).  Un camino para el transporte de señales eléctricas o electromagnéticas, usualmente distinguido de otros caminos paralelos mediante alguno de los métodos señalados en el punto anterior.  En conjunción con una predeterminada letra, número o código, hace referencia a una radiofrecuencia específica.  Porción de un medio de almacenamiento, tal como una pista o banda, que es accesible a una cabeza o estación de lectura o escritura.  En un sistema de comunicaciones, es la parte que conecta una fuente (generador) a un sumidero (receptor) de datos. En comunicación, cada canal de transmisión es adecuado para algunas señales concretas y no todos sirven para cualquier tipo de señal. Por ejemplo, la señal eléctrica se propaga bien por canales conductores, pero no ocurre lo mismo con las señales luminosas.

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Un canal está definido desde el punto de vista telemático por sus propiedades físicas: naturaleza de la señal que es capaz de transmitir, velocidad de transmisión, ancho de banda, nivel de ruido que genera, modo de inserción de emisores y receptores, etc. El ejemplo más común de canal acústico es la atmósfera. Para señales electromagnéticas se puede utilizar multitud de canales dependiendo de la frecuencia de las señales transmitidas: cables, el vacío (satélites), la propia atmósfera, etc. Un caso particular de canal electromagnético son las fibras ópticas, especializadas en transmisiones luminosas, extraordinariamente rápidas e insensibles al ruido o las posibles contaminaciones de la señal luminosa.8 4.3.5 Receptor El receptor de radio es el dispositivo electrónico que permite la recuperación de las señales vocales o de cualquier otro tipo, transmitida por un transmisor mediante ondas electromagnéticas. 4.3.5.1

Funcionamiento

Un receptor de radio consiste en un circuito eléctrico, diseñado de tal forma que permite filtrar o separar una corriente pequeñísima, que se genera en la antena, por efecto de las ondas electromagnéticas (el fenómeno se llama inducción electromagnética) que llegan por el aire normalmente (aunque viajan por cualquier medio, inclusive el vacío) y luego amplificarla selectivamente, miles de veces, para enviarla hacia un elemento con un electroimán, que es el altavoz (o parlante), donde se transforman las ondas eléctricas en sonido. En este circuito hay un condensador variable, que en las radios antiguas iba adosado a un botón de mando o perilla, de modo que al girarlo se varía la capacidad del condensador. El efecto de la variación de la capacidad del condensador en el circuito es filtrar corrientes de distinta frecuencia, y por lo tanto, escuchar lo transmitido por distintas emisoras de radio. El receptor de radio más simple que podemos construir es el denominado en los orígenes de la radio receptor de galena. Se llamaba así porque el material semiconductor que se utilizaba como diodo detector era una pequeña piedra de este material sobre la que hacía contacto un fino hilo metálico al que se denominaba barba de gato. Este componente es el antecesor inmediato de los diodos de germanio o silicio utilizados actualmente.

8

Federal Standard 1037C y MIL-STD-188

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Este receptor rudimentario sólo permite la audición de emisoras potentes y no muy lejanas, ya que no dispone de amplificación de ningún tipo.9 4.3.5.2 











  

Elementos de un receptor

Antena receptora: En receptores portátiles las antenas son de tipo telescópico y los que tienen en el hogar se forma de un conjunto de conductores que son cortados de una longitud apropiada para una banda de 88 a108 MHz. Amplificador de radiofrecuencia: Es el tipo sintonizado, básicamente se encarga de seleccionar una emisora de FM y posteriormente la entrega al sistema conversor conformada por un transistor de alta frecuencia con base a tierra o emisor a tierra. Sección conversora: Cambia la frecuencia portadora de emisora seleccionada a un valor de FI (Frecuencia Intermedia) cuyo valor es de 10.7 MHz. En receptores baratos y económicos la conversora usada es auto DINA y en receptores de mayor costo o valor es del tipo de oscilador separado y con control automático de ganancia. Canal o sección de frecuencia intermedia: Formado por dos o tres etapas, sintonizado para una frecuencia de 10.7 MHz, se encarga de seleccionar y amplificar la nueva frecuencia a que fue convertida la estación seleccionada cuyo componente finalmente es entregado al discriminador. El canal de FI. (Frecuencia Intermedia) realmente constituye el amplificador principal de la sección de RF. (Radiofrecuencia) tanto de FM y AM, con la única diferencia de que existen dos canales diferentes. Discriminador FM: Tiene a su cargo la función demoduladora, es decir se encarga de extraer el envolvente de modulación, en consecuencia en su circuito de salida obtendremos la señal de audio determinada principalmente por la forma de conexión de los diodos, determinando dos tipos de discriminadores: discriminador de Foster y detector de relación. Sección de audio: Es el amplificador de audio que sirve tanto como para AM y FM. Comienza en el control de volumen (mono o estéreo) precedidos de una llave selectora para operar con FM ó con AM. Si el aparato es del sistema estéreo la calidad es mejor con sus canales Izquierdo-Derecho que atraviesan el codificador. Cada canal Izq.-Der. opera con su propio parlante. Preamplificador de audiofrecuencia Parlantes Fuente de alimentación10

9

Communications Receivers, Third Edition, Ulrich L. Rohde, Jerry Whitaker, McGraw Hill, New York, 2001, ISBN 0-07-136121-9 10

Buga, N.; Falko A., Chistyakov N.I. (1990). Chistyakov N.I., ed.Radio Receiver Theory. Translated from the Russian by Boris V. Kuznetsov. Moscow: Mir Publishers. ISBN 5-03-001321-0 First published in Russian as «Радиоприёмные устройства»

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4.3.6 Espectro de Frecuencia El espectro de frecuencia se caracteriza por la distribución de amplitudes para cada frecuencia de un fenómeno ondulatorio (sonoro, luminoso o electromagnético) que sea superposición de ondas de varias frecuencias. También se llama espectro de frecuencia al gráfico de intensidad frente a frecuencia de una onda particular. El espectro de frecuencias o descomposición espectral de frecuencias puede aplicarse a cualquier concepto asociado con frecuencia o movimientos ondulatorios como son los colores, las notas musicales, las ondas electromagnéticas de radio o TV e incluso la rotación regular de la tierra. 4.3.6.1

Análisis espectral

Figura 4.7. Forma de onda de voz y su espectro de frecuencia

Análisis se refiere a la acción de descomponer algo complejo en partes simples o identificar en ese algo complejo las partes más simples que lo forman. Como se ha visto, hay una base física para modelar la luz, el sonido o las ondas de radio en superposición de diferentes frecuencias. Un proceso que cuantifique las diversas intensidades de cada frecuencia se llama análisis espectral. Matemáticamente el análisis espectral está relacionado con una herramienta llamada transformada de Fourier o análisis de Fourier. Dada una señal o fenómeno ondulatorio de amplitud s (t) esta se pude escribir matemáticamente como la siguiente combinación lineal generalizada: 𝒔(𝒕) = ∫𝑹 𝑨(𝝊) 𝒆−𝟐𝝅𝒊𝝂𝒕 𝒅𝝎

(1)

Es decir, la señal puede ser concebida como la transformada de Fourier de la amplitud 𝑨 = 𝑨(𝝊). Ese análisis puede llevarse a cabo para pequeños intervalos de tiempo, o menos frecuentemente para intervalos largos, o incluso puede realizarse 𝐬𝐢𝐧 𝒕 el análisis espectral de una función determinista (tal como 𝒕 ). Además la transformada de Fourier de una función no sólo permite hacer una descomposición espectral de los formantes de una onda o señal oscilatoria, sino que con el espectro generado por el análisis de Fourier incluso se puede reconstruir (sintetizar) la función original mediante la transformada inversa. Para poder hacer eso, la transformada no solamente contiene información sobre la intensidad de determinada frecuencia, sino también sobre su fase. Esta información se puede representar como un vector bidimensional o como un número complejo. En las

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representaciones gráficas, frecuentemente sólo se representa el módulo al cuadrado de ese número, y el gráfico resultante se conoce como espectro de potencia o densidad espectral de potencia (SP): 𝑺𝑷𝝊 ∝ |𝑨(𝝊)|𝟐 Es importante recordar que la transformada de Fourier de una onda aleatoria, mejor dicho estocástica, es también aleatoria. Un ejemplo de este tipo de onda es el ruido ambiental. Por tanto para representar una onda de ese tipo se requiere cierto tipo de promediado para representar adecuadamente la distribución frecuencial. Para señales estocásticas digitalizadas de ese tipo se emplea con frecuencia la transformada de Fourier discreta. Cuando el resultado de ese análisis espectral es una línea plana la señal que generó el espectro se denomina ruido blanco. 4.3.6.2

Espectro Electromagnético

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir ver el espectro, permiten realizar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

Figura 4.8. Diagrama del espectro electromagnético, mas tipos y ejemplos.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de

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onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo. a. Rango energético del espectro El espectro electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas. Existen frecuencias de 30 Hz y menores que son relevantes en el estudio de ciertas nebulosas. Por otro lado se conocen frecuencias cercanas a 2,9×10 27 [Hz], que han sido detectadas provenientes de fuentes astrofísicas. La energía electromagnética en una particular longitud de onda λ (en el vacío) tiene una frecuencia f asociada y una energía de fotón E. Por tanto, el espectro electromagnético puede ser expresado igualmente en cualquiera de esos términos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones: 𝒄 = 𝒇𝝀 , 𝒐 𝒍𝒐 𝒒𝒖𝒆 𝒆𝒔 𝒍𝒐 𝒎𝒊𝒔𝒎𝒐 𝝀 = 𝑬 = 𝒉𝒇 , 𝒐 𝒍𝒐 𝒒𝒖𝒆 𝒆𝒔 𝒍𝒐 𝒎𝒊𝒔𝒎𝒐 𝑬 =

𝒄

(2)

𝒇 𝒉𝒄 𝝀

(3)

𝒎 𝑫𝒐𝒏𝒅𝒆: 𝒄(𝒗𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒍𝒖𝒛) = 𝟐𝟗𝟗𝟕𝟗𝟐𝟒𝟓𝟖 [ ] 𝒔 𝒉 (𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝑷𝒍𝒂𝒏𝒌) ≈ 𝟔. 𝟔𝟐𝟔𝟎𝟔𝟗 𝟏𝟎−𝟑𝟒 [𝑱𝒔] Por lo tanto, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y mucha energía mientras que las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía. Por lo general, las radiaciones electromagnéticas se clasifican basándose en su longitud de la onda en ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible –que percibimos como luz visible– ultravioleta, rayos X y rayos gamma. El comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de onda. Cuando la radiación electromagnética interactúa con átomos y moléculas puntuales, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por quantum que lleve. Al igual que las ondas de sonido, la radiación electromagnética puede dividirse en octavas. La espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro electromagnético que el rango visible de 400 a 700 [nm]. Un espectrómetro de laboratorio común y corriente detecta longitudes de onda de 2 a 2500 [nm]. b. Radiofrecuencia En radiocomunicaciones, los rangos se abrevian con sus siglas en inglés. Los rangos son:

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Nombre

Abreviatura inglesa

Banda ITU

Frecuencias

Longitud de onda

Inferior a 3Hz

> 100.000km

Extra baja frecuencia

ELF

1

3-30 Hz

100.000– 10.000 km

Super baja frecuencia

SLF

2

30-300 Hz

10.000–1000 km

Ultra baja frecuencia

ULF

3

300–3000 Hz

1000–100 km

Muy baja frecuencia

VLF

4

3–30 kHz

100–10 km

Baja frecuencia LF

5

30–300 kHz

10–1 km

Media frecuencia

MF

6

300–3000 kHz

1 km – 100 m

Alta frecuencia HF

7

3–30 MHz

100–10 m

Muy alta frecuencia

VHF

8

30–300 MHz

10–1 m

Ultra alta frecuencia

UHF

9

300–3000 MHz

1 m – 100 mm

Super alta frecuencia

SHF

10

3-30 GHz

100-10 mm

Extra alta frecuencia

EHF

11

30-300 GHz

10–1 mm

Por encima de los < 1 mm 300 GHz Tabla 4.2. Rangos de frecuencias y longitudes de onda

Frecuencias extremadamente bajas: Llamadas ELF (Extremely Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 3 a 30 Hz. Este rango es equivalente a aquellas frecuencias del sonido en la parte más baja (grave) del intervalo de percepción del oído humano. Cabe destacar aquí que el oído humano percibe ondas sonoras, no electromagnéticas, sin embargo se establece la analogía para poder hacer una mejor comparación. Frecuencias super bajas: SLF (Super Low Frequencies), son aquellas que se encuentran en el intervalo de 30 a 300 Hz. En este rango se incluyen las ondas electromagnéticas de frecuencia equivalente a los sonidos graves que percibe el oído humano típico.

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Frecuencias ultra bajas: ULF (Ultra Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 300 a 3000 Hz. Este es el intervalo equivalente a la frecuencia sonora normal para la mayor parte de la voz humana. Frecuencias muy bajas: VLF, Very Low Frequencies. Se pueden incluir aquí las frecuencias de 3 a 30 kHz. El intervalo de VLF es usado típicamente en comunicaciones gubernamentales y militares. Frecuencias bajas: LF, (Low Frequencies), son aquellas en el intervalo de 30 a 300 kHz. Los principales servicios de comunicaciones que trabajan en este rango están la navegación aeronáutica y marina. Frecuencias medias: MF, Medium Frequencies, están en el intervalo de 300 a 3000 kHz. Las ondas más importantes en este rango son las de radiodifusión de AM (530 a 1605 kHz). Frecuencias altas: HF, High Frequencies, son aquellas contenidas en el rango de 3 a 30 MHz. A estas se les conoce también como "onda corta". Es en este intervalo que se tiene una amplia gama de tipos de radiocomunicaciones como radiodifusión, comunicaciones gubernamentales y militares. Las comunicaciones en banda de radioaficionados y banda civil también ocurren en esta parte del espectro. Frecuencias muy altas: VHF, Very High Frequencies, van de 30 a 300 MHz. Es un rango popular usado para muchos servicios, como la radio móvil, comunicaciones marinas y aeronáuticas, transmisión de radio en FM (88 a 108 MHz) y los canales de televisión del 2 al 12 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)]. También hay varias bandas de radioaficionados en este rango. Frecuencias ultra altas: UHF, Ultra High Frequencies, abarcan de 300 a 3000 MHz, incluye los canales de televisión de UHF, es decir, del 21 al 69 [según norma CCIR (Estándar B+G Europa)] y se usan también en servicios móviles de comunicación en tierra, en servicios de telefonía celular y en comunicaciones militares.11 Frecuencias super altas: SHF, Super High Frequencies, son aquellas entre 3 y 30 GHz y son ampliamente utilizadas para comunicaciones vía satélite y radioenlaces terrestres. Además, pretenden utilizarse en comunicaciones de alta tasa de transmisión de datos a muy corto alcance mediante UWB. También son utilizadas con fines militares, por ejemplo en radares basados en UWB. Frecuencias extremadamente altas: EHF, Extrematedly High Frequencies, se extienden de 30 a 300 GHz. Los equipos usados para transmitir y recibir estas señales son más complejos y costosos, por lo que no están muy difundidos aún.

11

J. J. Condon y S. M. Ransom. «Essential Radio Astronomy: Pulsar Properties». National Radio Astronomy

Observatory. Consultado el 5 de enero de 2008.

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Existen otras formas de clasificar las ondas de radiofrecuencia. 

Microondas

Cabe destacar que las frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, son llamadas microondas. Estas frecuencias abarcan parte del rango de UHF y todo el rango de SHF y EHF. Estas ondas se utilizan en numerosos sistemas, como múltiples dispositivos de transmisión de datos, radares y hornos microondas. Band a

P

L S C X

Inicio (GHZ )

0, 2

1 2

4

8

Final (GHZ )

1

2 4

8

1 2

K

K

Ka

Q

U

V

E

W

F

D

1 2

18

26, 5

3 0

4 0

5 0

6 0

75

90

11 0

1 8

26, 5

40

5 0

6 0

7 5

9 0

11 0

14 0

17 0

u

Tabla 4.3. Bandas de frecuencia de microondas



Infrarrojo

Las ondas infrarrojas están en el rango de 0,7 a 100 micrómetros. La radiación infrarroja se asocia generalmente con el calor. Ellas son producidas por cuerpos que generan calor, aunque a veces pueden ser generadas por algunos diodos emisores de luz y algunos láseres. Las señales son usadas para algunos sistemas especiales de comunicaciones, como en astronomía para detectar estrellas y otros cuerpos en los que se usan detectores de calor para descubrir cuerpos móviles en la oscuridad. También se usan en los mandos a distancia de los televisores y otros aparatos, en los que un transmisor de estas ondas envía una señal codificada al receptor del televisor. En últimas fechas se ha estado implementando conexiones de área local LAN por medio de dispositivos que trabajan con infrarrojos, pero debido a los nuevos estándares de comunicación estas conexiones han perdido su versatilidad. c. Reutilización de frecuencias La respuesta a la limitada disponibilidad de bandas de frecuencia ha sido varias estudiada y cubierta, esto por ser un tema muy importante dentro de lo que a telecomunicaciones se refiere. Es por ello que significativamente, se han desarrollado métodos para permitir la reutilización intensiva de bandas de frecuencia disponibles. Las formas más comunes han sido la creación de vigas definidas geográficamente aisladas de otras vigas. En las comunicaciones por satélite hay vigas regionales más grandes,

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antenas de haz puntual zonales y muy estrechas, y muy potentes que permiten grados crecientes de reutilización de frecuencias. En las telecomunicaciones terrestres los puntos geográficos son divididos en células, en las que cada "célula" tiene un área de cobertura geográfica restringida. En el futuro con los servicios de comunicaciones personales habrá micro celdas o posiblemente incluso "células-pico" que creen pequeñas áreas de cobertura para niveles extremadamente altos de reutilización de frecuencias. Los patrones de cobertura de la célula para tres tipos de células se muestran en el diagrama que sigue. El primero es el de los sistemas de radio celular convencionales. La segunda es para sistemas micro-celular relativamente de baja potencia. El tercero es para la cobertura vía satélite celular de un sistema de órbita terrestre baja demostrando señal negativa a ruido para una transmisión dada. Estos se muestran en las figuras 15, 16, y 17, respectivamente. En cada caso debe tenerse en cuenta que estos son diagramas idealizados o teóricos y que en un sistema real de medida de rendimiento esto tiende a variar.

Figura 4.9. Cobertura por clusters para servicios celulares convencionales.

-

Células grandes para atención en áreas remotas. En áreas de alta densidad de usuarios, células de menor diámetro.

Figura 4.10. PCS macro y micro células.

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Figura 4.11. Cobertura para sistemas satelitales dentro de una distribución celular

Otra técnica importante utilizada para lograr la reutilización de frecuencias es el de la discriminación por polarización. En este caso, la frecuencia de transmisión deseada se separa de la transmisión no deseada "polarizando" la señal. Este concepto es esencialmente el mismo que el utilizado en gafas de sol polarizadas. La técnica de polarización usada con más frecuencia es el de la separación lineal u ortogonal. Es decir los "patrones de Transmisión deseados" y “no deseados” se envían exactamente en ángulos rectos entre sí. Alternativamente, existe la polarización circular con una señal que se envía con la circulación de la mano – izquierda y el otro que se envía con la polarización de la mano derecha. Es posible con estas técnicas combinadas (es decir, la separación espacial o celular de haz y la discriminación por polarización) lograr un aumento dramático de la reutilización y por lo tanto mucho mayores capacidades son posibles. Hoy en día hay planes para lograr, diez incluso hasta cuarenta veces, la reutilización en algunos de los sistemas de satélites de órbita terrestre baja. Con avanzadas Sistemas de Servicios de Comunicación Personal (PCS), las técnicas de reutilización de frecuencias que permitan alcanzar cien veces e incluso mil veces los niveles de reutilización son alcanzables. Esto puede permitir un sistema mucho más amplio, versátil y aplicaciones de banda inalámbrica más extensas que incluyan todas las formas de servicios de vídeo y de imagen. d. Intereses tecnológicos Hay otras tecnologías que también son importantes para hacer un uso más eficaz del limitado espectro de frecuencia que puede ser utilizado prácticamente en un entorno inalámbrico en el espacio libre. Estos implican la modulación, codificación y multiplexación de señales. En esta etapa sólo es importante tener en cuenta que las técnicas nuevas de modulación, codificación, y multiplexado pueden producir sistemas de transmisión

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inalámbrica de mayor calidad dramáticamente más fiables. El uso de estas técnicas digitales en particular, puede ayudar a crear sistemas de mayor capacidad. En primer lugar, esto se debe a que los sistemas digitales, como Time Division Multiple Access (TDMA) y Code Division Multiple Access (CDMA) son más resistentes frente a interferencias y ruido. En segundo lugar, las técnicas de compresión digital también permiten un uso más eficaz de los canales disponibles o bandas de frecuencia. En el área de servicios de voz, técnicas de compresión digital se pueden utilizar para lograr un servicio aceptable a velocidades de bits tan bajas como 4,8 [kbits/s]. Esta es una mejora en la eficiencia de al menos diez veces más, en comparación con los servicios de voz convencionales. Sin embargo, sistemas analógicos de alta eficiencia seguirán utilizándose durante esta década, más en particular las técnicas de banda lateral única (SSB) que pueden producir resultados que son más eficientes que los sistemas de acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) convencionales. En general, sin embargo, las técnicas digitales y especialmente CDMA o sistemas de espectro ensanchado se expandirán, hasta que la modulación sea más madura y eficiente y alcance a los sistemas tecnológicamente más maduros de TDMA. En resumen, tanto TDMA y CDMA se están expandiendo en el uso general, teniendo una amplia aceptación y demanda dentro los clientes para los servicios móviles terrestres. TDMA continuará siendo utilizado en sistemas de satélites, aunque los sistemas CDMA también están siendo utilizados cada vez más aquí. Esto puede tender a crear problemas con respecto a la interfaz con sistemas de fibra óptica terrestres; y esto se debe a que los sistemas ópticos están tendiendo hacia esquemas Dense Wave Division Multiplexing (WDM) o las denominadas técnicas de "multiplexación de color". Estos dos conceptos de multiplexación básicamente no son muy compatibles entre sí y habría que ver su evolución en el futuro. 4.4

Tendencias de las Telecomunicaciones

Las Tendencias en el desarrollo de las Telecomunicaciones 2014 según el informe realizado por la compañía ZTE dentro del entorno de las comunicaciones, recoge las diez tendencias clave que marcarán el comienzo de una nueva era de crecimiento, en el que la movilidad será la protagonista. La compañía considera que unos servicios móviles cada vez más accesibles transformarán la forma en la que los consumidores se comunican, compran o administran su dinero, mientras que permitirán a las empresas ofrecer sus servicios de forma más productiva y eficaz. Según el documento, la movilidad evolucionará desde ser una herramienta para simplemente ofrecer servicios de voz y datos hasta convertirse en un auténtico catalizador que cambiará la forma de vivir y de trabajar. La experiencia del usuario y la ubicuidad del servicio móvil serán los dos motivos principales para que

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operadoras y empresas hagan uso de la tecnología móvil para desarrollar innovaciones en finanzas, transporte, energía, educación y salud. 4.4.1 Tendencias      

  



Nuevos modelos de negocio basados en el uso de datos, con el imparable aumento del consumo de vídeo en dispositivos móviles. El uso de terminales en cualquier momento y en cualquier lugar, para facilitarnos aún más la vida personal y profesional. Un rápido crecimiento de las aplicaciones móviles empresariales. Un ancho de banda expandible, con la meta de 100 gigas de conexión en movilidad. Dispositivos más inteligentes, flexibles y sencillos de usar, con la llegada de los procesadores de 8 núcleos y la irrupción del HTML5 para las apps móviles. Un ecosistema digital simbiótico, en un mundo interconectado donde las personas y los objetos cada vez están más relacionados. Cualquier persona, empresa o máquina son consumidores y proveedores a la vez de servicios de información. Redes inteligentes basadas en la nube, con convergencia de redes y virtualización como principales herramientas. Un acceso móvil sin fisuras ni cortes, gracias a la evolución de las redes móviles. Aumento de los desafíos de seguridad de la Red. En la nueva Era Móvil, con servicios disponibles en todas partes, los problemas de seguridad aumentarán, lo que conllevará también a que se encuentre una solución común que minimice los riesgos, aunque más a largo plazo. El mundo físico y el mundo digital van a interactuar más estrechamente entre sí a través del intercambio de información. La oficina de negocios, el ocio, las compras, el cuidado de la salud, la educación, el entretenimiento, etc. constituirán su propio ‘atlas’ en Internet, donde la interacción en el mundo virtual entre personas, entre personas y objetos, y entre esos objetos entre sí, se convertirá en algo comparable a las interacciones en el mundo físico.

El informe concluye adelantando que esa nueva industria proporcionará un sinfín de oportunidades y la remodelación de nuestra sociedad de una manera en la que aún no podemos imaginar. 4.5

Comparación entre tecnologías alámbricas e inalámbricas

Las redes inalámbricas son aquellas que se comunican por un medio de transmisión no guiado (sin cables) mediante ondas electromagnéticas. La transmisión y la recepción se realizan a través de antenas. Tienen ventajas como la rápida instalación de la red sin la necesidad de usar cableado, permiten la movilidad y tienen menos costos de mantenimiento que una red convencional. Una red de área local, red local o LAN es la interconexión de varios ordenadores y periféricos. Su extensión está limitada físicamente a un edificio o a un entorno de 200metros o con repetidores podríamos llegar a la distancia de un campo de 1 kilómetro. Su aplicación más extendida es la interconexión de ordenadores

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personales y estaciones de trabajo en oficinas, fábricas, etc., para compartir recursos e intercambiar datos y aplicaciones. En definitiva, permite que dos o más máquinas se comuniquen. 4.5.1

Aplicaciones de las redes inalámbricas

Generalmente la comodidad es algo que todos queremos y por supuesto en el tema de las redes las conexiones sin cables es algo realmente cómodo en diferentes cuestiones. Las redes inalámbricas se aplican en lugares donde es muy difícil la instalación de cables por ejemplo donde el lugar está muy lejano y las condiciones muchas veces de la región no nos permite la instalación más económica. Sin embargo muchas personas lo hacen por no tener cables en el trabajo de manera que sea más fácil administrar la red del ambiente laboral. En el hogar de igual manera lo hacen en algunos casos por que el compartir recursos puede ser más fácil y rápido, (internet, impresoras inalámbricas, celulares etc.) 4.5.2 Ventajas de las redes inalámbricas en comparación de las alámbricas Entre las ventajas de las redes inalámbricas a corto y largo plazo, se incluyen: 











Accesibilidad: Todos los equipos portátiles y la mayoría de los teléfonos móviles de hoy día vienen equipados con la tecnología Wi-Fi necesaria para conectarse directamente a una LAN inalámbrica. Los usuarios pueden acceder de forma segura a sus recursos de red desde cualquier ubicación dentro de su área de cobertura. Generalmente, el área de cobertura es su instalación, aunque se puede ampliar para incluir más de un edificio. Movilidad: Los empleados pueden permanecer conectados a la red incluso cuando no se encuentren en sus mesas. Los asistentes de una reunión pueden acceder a documentos y aplicaciones. Los vendedores pueden consultar la red para obtener información importante desde cualquier ubicación. Productividad: El acceso a la información y a las aplicaciones clave de su empresa ayuda a su personal a realizar su trabajo y fomentar la colaboración. Los visitantes (como clientes, contratistas o proveedores) pueden tener acceso de invitado seguro a Internet y a sus datos de empresa. Fácil configuración: Al no tener que colocar cables físicos en una ubicación, la instalación puede ser más rápida y rentable. Las redes LAN inalámbricas también facilitan la conectividad de red en ubicaciones de difícil acceso, como en un almacén o en una fábrica. Escalabilidad: Conforme crecen sus operaciones comerciales, puede que necesite ampliar su red rápidamente. Generalmente, las redes inalámbricas se pueden ampliar con el equipo existente, mientras que una red cableada puede necesitar cableado adicional. Seguridad: Controlar y gestionar el acceso a su red inalámbrica es importante para su éxito. Los avances en tecnología Wi-Fi proporcionan

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

protecciones de seguridad sólidas para que sus datos sólo estén disponibles para las personas a las que le permita el acceso. Costes: Con una red inalámbrica puede reducir los costes, ya que se eliminan ose reducen los costes de cableado durante los traslados de oficina, nuevas configuraciones o expansiones.

4.5.3 Desventajas de redes alámbricas e inalámbricas 4.5.3.1 Desventajas de las redes inalámbricas Evidentemente, como todo en la vida, no todo son ventajas, las redes inalámbricas también tiene unos puntos negativos en su comparativa con las redes de cable. Los principales inconvenientes de las redes inalámbricas son los siguientes: 

 





Menor ancho de banda. Las redes de cable actuales trabajan a 100 Mbps, mientras que las redes inalámbricas Wi-Fi lo hacen a 11 Mbps. Es cierto que existen estándares que alcanzan los 54 Mbps y soluciones propietarias que llegan a 100 Mbps, pero estos estándares están en los comienzos de su comercialización y tiene un precio superior al de los actuales equipos Wi-Fi. Mayor inversión inicial. Para la mayoría de las configuraciones de la red local, el coste de los equipos de red inalámbricos es superior al de los equipos de red cableada. Seguridad. Las redes inalámbricas tienen la particularidad de no necesitar un medio físico para funcionar. Esto fundamentalmente es una ventaja, pero se convierte en una desventaja cuando se piensa que cualquier persona con una computadora portátil solo necesita estar dentro del área de cobertura de la red para poder intentar acceder a ella. Como el área de cobertura no está definida por paredes o por ningún otro medio físico, a los posibles intrusos no les hace falta estar dentro de un edificio o estar conectado a un cable. Además, el sistema de seguridad que incorporan las redes Wi-Fi no es de lo más fiables. A pesar de esto también es cierto que ofrece una seguridad válida para la inmensa mayoría de las aplicaciones y que ya hay disponible un nuevo sistema de seguridad (WPA) que hace a Wi-Fi mucho más confiable. Interferencias. Las redes inalámbricas funcionan utilizando el medio radio electrónico en la banda de 2,4 GAZ. Esta banda de frecuencias no requiere de licencia administrativa para ser utilizada por lo que muchos equipos del mercado, como teléfonos inalámbricos, microondas, etc., utilizan esta misma banda de frecuencias. Además, todas las redes Wi-Fi funcionan en la misma banda de frecuencias incluida la de los vecinos.

4.5.3.2

Desventajas de las redes alámbricas

Ahora llego el turno de las redes alámbricas: 

El costo de instalación siempre ha sido un problema muy común en este tipo de tecnología, ya que el estudio de instalación, las canaletas, conectores, cables y otros no mencionados suman costos muy elevados en algunas ocasiones.

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



 

El acceso físico es uno de los problemas más comunes dentro de las redes alámbricas. Ya que para llegar a ciertos lugares dentro de la empresa, es muy complicado el paso de los cables a través de las paredes de concreto u otros obstáculos. Dificultad y expectativas de expansión es otro de los problemas más comunes, ya que cuando pensamos tener un numero definidos nodos en una oficina, la mayoría del tiempo hay necesidades de construir uno nuevo y ya no tenemos espacio en los switches instalados. De igual modo la detección de las fallas en una red alámbrica puede resultar difícil ya que el problema se puede encontrar de manera física y no de manera lógica. En la topología bus si falla el canal o una estación, las restantes quedan incomunicadas. Algunos fabricantes resuelven este problema poniendo un bus paralelo alternativo, para casos de fallos o usando algoritmos para aislar las componentes defectuosas.

4.5.4 Radiación El tema de la regulación de la radiación de señales de radio tiene varias implicaciones. Uno de ellos es simplemente para minimizar la interferencia en otros sistemas de telecomunicaciones simplemente limitando la potencia irradiada. Hay otra preocupación de potencia radiada que gira en torno a la salud del usuario en relación a los equipos utilizados y las redes de telecomunicaciones. Tanto la técnica y los aspectos relacionados con la salud; y la regulación de la radiación electromagnética son considerados de gran importancia en la actualidad, por razones operacionales, técnicas, financieras y relacionadas con la salud. Sobre todo en las zonas de microondas y ondas milimétricas, hay una investigación en curso que sugiere la implementación de normas sanitarias más estrictas. Hasta la fecha, sin embargo, las pruebas empíricas en relación a los riesgos que trae la radiación electromagnética en la alimentación y la salud aún no son concluyentes. 4.5.5 Topología física de los sistemas Tanto los sistemas de tecnología alámbrica como inalámbrica utilizan las mismas topologías para armar la red; estas son las siguientes:      

La red en bus se caracteriza por tener un único canal de comunicaciones (denominado bus, troncal o backbone) al cual se conectan los diferentes dispositivos. En una red en anillo cada estación está conectada a la siguiente y la última está conectada a la primera. En una red en estrella las estaciones están conectadas directamente a un punto central y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de éste. En una red en malla cada nodo está conectado a todos los otros. En una red en árbol los nodos están colocados en forma de árbol. Desde una visión topológica, la conexión en árbol es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas salvo en que no tiene un nodo central. En una red mixta se da cualquier combinación de las anteriores.

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Figura 4.12. Topología Física de Redes

4.5.6 Reconfiguración y movilidad La verdadera ventaja de las comunicaciones inalámbricas no es su capacidad para utilizar un medio casi libre para la transmisión, sino más bien su capacidad innata de conectar prácticamente cualquier punto a cualquier otro punto, sean estos fijos o móviles. La fibra no puede hacer estas cosas, ni puede ser instantáneamente reconfigurado para sumar o restar puntos de servicio. Esta diferencia fundamental entre el servicio inalámbrico y por cable da lugar a muy diferentes preocupaciones regulatorias. 4.6

Políticas y regulación de los sistemas inalámbricos

Hoy en día, el desarrollo de estándares de telecomunicaciones, a pesar de los trabajos de la UIT, la ISO, la IEC, IEEE, y el GATT, se ha movido hacia un ámbito regional y nacional. Esta "regionalización y nacionalización" del proceso sirve, en efecto, para limitar el poder, la autoridad y las decisiones de los organismos internacionales en cuestión a los estándares. En Europa es el European Telecommunications Standards Institute (ETSI). En los Estados Unidos existe el Instituto Nacional Americano de Estándares con unidades específicas dedicadas explícitamente al desarrollo de las telecomunicaciones y los estándares tecnológicos de la información. En Japón existe el Comité de Tecnología de Telecomunicaciones, mientras que otras regiones como Sudamérica y Centroamérica tienen su Comité CITEL, África tiene la Unión Panamericana de Telecomunicaciones (PATU), y la Telecomunidad Asia-Pacífico considera cuestiones de normas también. A menudo, el patrón de las normas evoluciona a partir de la observación de varios "protoestándares" nacionales o regionales. Luego, con la ITUframework y con otros organismos estandarizadores internacionales el proceso de "coordinación de normas" sustituye las normas desarrolladas por un solo organismo internacional, y de esta forma se tienen regulaciones estandarizadas que nacen de los propios organismos regionales y que son mejoradas y difundidas por los grandes organismos internacionales para tener una estandarización en las comunicaciones.

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4.7

Futuro de las telecomunicaciones inalámbricas

La industria de las telecomunicaciones inalámbricas ya duplica el volumen de la telefonía de línea fija. Hay tres veces más dispositivos móviles que computadoras, y 4.100 millones de suscripciones activas. En los últimos tiempos, todos parecen haber descubierto el poder de las telecomunicaciones inalámbricas. Eric Schmidt, el presidente ejecutivo de Google, sostiene que el futuro de Internet está en los dispositivos móviles. La CNN sigue ampliando sus intereses en el sector, y ahora patrocina un concurso de cine vía teléfonos celulares. En 2007, después de 30 años como Apple Computer, la compañía eliminó la palabra “Computer” de su nombre en el anuncio de su primer teléfono móvil, el iPhone. El sector inalámbrico es gigante. En 2008, las telecomunicaciones móviles alcanzaron ingresos globales de US$ 1 billón (incluyendo equipos y servicios), un tamaño infrecuente para cualquier industria. Las comunicaciones de línea fija representan la mitad de ese volumen, al igual que la industria global de computadoras y el sector publicitario mundial. La industria está impulsada por la tecnología de los teléfonos celulares. Actualmente, hay 3.500 millones de dispositivos en uso en el mundo, que conectan a 4.100 millones de suscripciones (algunas personas tienen dos suscripciones para un solo teléfono, y cambian de una red a otra). Esta cantidad de aparatos telefónicos conectados equivale al triple de la base total instalada de computadoras personales (laptops, de escritorio y netbooks). Hay más del doble de celulares que aparatos de TV, y tres veces más móviles que teléfonos de línea fija. Los ingresos por servicios son igualmente impresionantes. Hay 1,5 veces más personas que pagan para recibir noticias en un teléfono móvil que por la suscripción a un periódico. El doble de gente que la base total de suscriptores de TV por cable pagan para descargar contenido, noticias o aplicaciones, o para usar servicios móviles premium, como votar en el programa de TV American Idol. Los ingresos generados por los mensajes de texto ya equivalen a la suma de los producidos por el correo electrónico basado en Internet, los mensajes instantáneos, todos los servicios de redes sociales y de chat, los originados por contenido y los producidos por publicidad. El SMS es la aplicación de datos más empleada en el mundo: hay 3.000 millones de usuarios activos. En 2008, los estadounidenses enviaron un promedio de cuatro mensajes de texto por día, en tanto que varios países asiáticos informan niveles tres, cuatro e incluso siete veces más altos. 4.7.1 Un cambio vertiginoso Durante casi dos décadas, el teléfono móvil sólo fue un dispositivo de comunicación. Primero se trató de un juguete de “niño rico” para banqueros, ejecutivos y abogados, y gradualmente se propagó a la población de empleados, hasta que finalmente accedieron a él los adolescentes y los ancianos. El método de comunicación evolucionó, y las llamadas de voz dejaron atrás los sistemas

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analógicos, de baja calidad y poco confiables, para incorporar los sistemas digitales, seguros y de altísima calidad. Después, para ampliar las opciones de comunicación, aparecieron los mensajes de texto, y el tráfico de llamadas de voz comenzó a desplazar a las líneas de telefonía fija, incluso cuando sus tarifas eran más baratas, para imponerse en los dispositivos móviles. Un ejemplo de estos avances e interacciones de los dispositivos móviles es el prototipo de automóvil que la empresa Rinspeed, en Suiza, produjo para que sea controlado con un Iphone. En los últimos 11 años, el teléfono celular creció en forma exponencial. Desembarcó en diversas industrias y asumió múltiples funciones. El cambio ha sido enorme en un período muy corto. La industria todavía está en su infancia. Comete errores. Pero evoluciona, crece y madura rápido. Está aprendiendo a asociarse, a compartir, a colaborar. Aún tiene por delante grandes desafíos. Los diversos países, actores y sectores experimentarán velocidades de cambio distintas. Y las innovaciones, como hemos visto, ocurren en muchos mercados y de muchas maneras. Cualquiera de las nuevas capacidades de la telefonía móvil implicará un cambio traumático y drástico para las industrias involucradas. Pero examinemos los efectos. Pronto, la mitad de todos los ingresos por descargas de música se generarán en los celulares. El resto de las industrias de contenido están migrando hacia los teléfonos. Ninguna está segura. Y los ingresos de ninguna de ellas migran en la dirección opuesta. La banca, las tarjetas de crédito, las transacciones comerciales, todas van hacia un teléfono. La publicidad, al teléfono. Y, por favor, no sea un adversario del cambio tecnológico, ni diga que la publicidad móvil no le interesa. Tomato Plus, de OutThere, lanzado en alianza con el operador móvil Vip Croacia, es una plataforma de publicidad que ya tiene 100 millones de suscriptores en nueve mercados, principalmente del sudeste de Europa. Ofrece 50 minutos de mensajes de voz y 50 de texto gratis al mes, a cambio de aceptar recibir 10 anuncios por día en el celular. Según la empresa, el 92 por ciento de los clientes han manifestado sentirse satisfechos con el servicio. De una u otra manera, habrá publicidad en cada dispositivo y en cada red. Y la buena noticia es que, al aplicar los métodos del marketing de compromiso, los anuncios pueden ser mucho más atractivos que las molestas campañas publicitarias a las que estamos acostumbrados en la televisión, la radio, los medios gráficos e incluso Internet. En tan sólo una década, el teléfono se ha expandido hasta convertirse en el aparato más versátil del planeta, con ocho usos legítimos. 4.7.2 Aparatos móviles en las Fuerzas Armadas Las Fuerzas Armadas no están exentas de los cambios tecnológicos que se llevan adelante; y por esta razón EE.UU. hace tiempo que se viene manejando la posibilidad de que tanto el iPhone como el iPad sean utilizados en las redes

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militares de su Departamento de Defensa, lo cual se habría confirma por el mismo Pentágono mismo aprobando la Guía Técnica de Implementación de Seguridad (STIG) para ambos dispositivos y ya se encuentran realizando pruebas para que los primeros STIG para iOS entren en funcionamiento en operaciones militares; lo cual permitiría por primera vez utilizar los dispositivos de Apple en una red militar. Sin embargo, el Pentágono sigue aun buscando resolver algunos problemas con los que se han topado en iOS, trabajando específicamente en el método para bloquear datos confidenciales, algo que pese a ser fundamental para el uso de dispositivos móviles por la milicia, puede que sean solo obstáculos menores, dado que de no ser así no se habría trabajado ya con un STIG experimental para iOS 6. 4.7.3 Aplicaciones Android para uso militar Como ya es de conocimiento público DARPA está aceptando solicitudes para cubrir un conjunto de diversas necesidades incluyendo tácticas en el campo de batalla, misiones humanitarias, movilización ante desastres y otras áreas. Ejemplos de funcionalidades incluyen mando y control, presentación de informes, planificación de misiones, inteligencia/vigilancia/ reconocimiento, colaboración en tiempo real, visualización geoespacial, análisis, traducción de idiomas, formación y seguimiento de logísticas. Se debe prestar especial atención a las interfaces de las aplicaciones y funciones de facilidad de uso. Por otro lado la DARPA no espera confiar en las torres celulares locales, por eso las fuerzas de EE.UU. tendrán su propia cobertura basada principalmente en satélites, y de esta forma implementar sus redes mediante estaciones móviles de fácil implementación (con ayuda de VSAT). 4.8 Comunicaciones satelitales 4.8.1 Sistemas satelitales de banda ancha Las redes de comunicación de banda ancha por satélite han tenido y seguirán teniendo un impacto significativo en las comunicaciones de datos en operaciones militares. La enorme demanda de redes de alta velocidad, los recientes avances en la tecnología, y las nuevas regulaciones están acelerando la implementación de redes de satélite a gran velocidad. En zonas bien desarrolladas como los EE.UU. y Europa, los sistemas de satélite competirán principalmente en la "última milla", donde existe muy poca infraestructura de alta velocidad en la actualidad. Sin embargo, en las zonas subdesarrolladas y rurales, y durante las operaciones de socorro y de la posguerra, los sistemas de satélite de banda ancha proporcionará la infraestructura total de la red. La nueva tecnología será útil durante las operaciones militares, ya que ofrece servicios inalámbricos de banda ancha que están bajo demanda en todas partes en el mundo, las 24 horas del día, con garantía de calidad y fiabilidad, y a un precio razonable. La capacidad permite la transmisión de miles de archivos de computadora de 1 MB de tamaño cada uno, en un segundo. La capacidad de manejar múltiples tipos de canales, los protocolos y las prioridades de servicio proporciona la flexibilidad necesaria para soportar una amplia gama de

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aplicaciones, incluyendo equipos de interconexión WAN / LAN, Internet y las intranets de organización, comunicación multimedia y backhaul inalámbrico; así de esta manera ofreciendo acceso a velocidades miles de veces más rápido que los módems analógicos estándar de hoy en día. Esta sección comienza con una discusión de fondo de la tecnología de comunicación por satélite, servicios y sistemas, tal como existen hoy en día. A continuación, se presenta una visión detallada de las redes satelitales de banda ancha actuales. Los sistemas cubiertos serán INTELSAT, EUTELSAT, PANAMSAT y INTERSTUPNIK; además se discutirán las órbitas: Geoestacionaria (GEO), Media (Meo) y Baja (LEO) de las redes satélites. Esto incluye Astrolink, Cyberstar / Skynet, Skybridge, Spaceway y Teledesic / ICO. Por último, los problemas de implementación que enfrentan los proveedores de servicios de satélite de banda ancha (SSP) se exploran. Cuestiones de interés incluyen latencia y calidad de servicio, seguridad de red, pérdida de servicio, congestión, y la interoperabilidad. Todos los cuales son temas esenciales para el uso de las comunicaciones por satélite durante las operaciones militares. 4.8.1.1

Distribución de las frecuencias para los satélites de banda ancha

La banda (SHF) Super Alta Frecuencia (3 a 30 GHz) es la más utilizada banda de frecuencias para aplicaciones de banda ancha. Dentro del espectro de frecuencias SHF hay tres bandas de frecuencia de letras designadas principales, las cuales fueron definidas por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) estándar 521-1984 (1989) como se muestra en la Tabla. Banda Enlace de Subida Enlace de Bajada Desventajas [GHz] [GHz] C 3.7 – 4.2 5.925 – 6.425 Desventajas con los enlaces de tierra. Ku 11.7 – 12.2 14.0 – 14.5 Atenuación debido a la lluvia. Ka 17.7 – 21.7 27.5 – 30.5 Costo alto de los equipos. Tabla 4.4. SHF Frecuencias de comunicaciones satelitales

La banda C es la banda de frecuencia más utilizada. Frecuencias de banda C también se asignan a los sistemas de microondas de radioenlaces terrestres que son utilizados por las compañías telefónicas para interconectar centros de conmutación. Para minimizar las interferencias, límites de densidad de flujo de potencia en las transmisiones por satélite se establecen y hacen cumplir los acuerdos internacionales. Una antena de haz puntual, que concentra la energía en una ubicación específica, utilizando las frecuencias de banda C generalmente cubre una gran región, (es decir, una semiesfera). Haces puntuales de frecuencias de banda Ku se localizan en una región más pequeña (es decir, un continente por país). El espectro de banda Ku se empezó a usar como resultado de la falta de suficientes frecuencias de banda C disponibles

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para satisfacer las necesidades crecientes de los clientes. Debido a su longitud de onda menor y mayor atenuación debida a la lluvia las condiciones atmosféricas en esta banda son un factor esencial a tomar en cuenta. Para superar este efecto, se debe considerar un margen de potencia extra en el diseño del enlace. Esto no sólo significa que la energía adicional debe estar disponible a bordo del satélite, sino también los sistemas de recepción más sensibles deben ser empleados para superar la atenuación por lluvia. Hasta hace poco, la banda Ka fue utilizado para los programas de satélites experimentales en los EE.UU., Japón, Italia y Alemania. En los EE.UU., la tecnología satelital de comunicaciones más avanzada de la NASA (ACTS) se utilizó para demostrar las tecnologías avanzadas, como procesamiento de abordo y digitalización de haces puntuales. La creciente congestión de las bandas C y Ku y el éxito del programa ACTS aumentaron el interés de los desarrolladores de sistemas de satélites de la red de comunicaciones por satélite de banda Ka para crecimiento exponencial de las solicitudes de acceso a Internet. 4.8.1.2

Segmentación espacial

Hay dos partes en el segmento espacial: la plataforma de satélite o el autobús (el marco y la estructura básica del satélite) y la carga útil. Las funciones y capacidades de carga útil son las razones por las que se coloca un satélite en órbita. La carga útil proporciona capacidades basadas en el espacio para el usuario y distingue un tipo de satélite de otro. Para aplicaciones de red de área amplia los satélites de comunicaciones de banda ancha son vitales. Una de las características que definen el segmento espacial es la órbita en la que opera el satélite. Hay cinco órbitas principales utilizadas por los satélites de comunicaciones: la órbita terrestre baja (LEO), Órbita terrestre media (MEO), Geosynchronous, órbita geoestacionaria (GEO), y molniya. Hay ventajas y desventajas de cada método orbital, como se muestra en la Tabla 3.2. La mayoría de los sistemas de satélites de comunicaciones se colocan en la órbita geoestacionaria. Un número de sistemas de banda ancha futuras será diseñado para operar en LEO y MEO, así como GEO y se cubrirá con mayor detalle más adelante.

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Tipo Descripción Altura Tiempo en Línea de Vista (LOS) Ventajas

LEO Órbita Terrestre Baja 805 – 1609 [km] 15 [min]  



Desventajas  

MEO Órbita Terrestre Media 9656 – 19312 [km] 2 – 4 [horas]

GEO Órbita Terrestre Geoestacionaria 36000 [km] 24 [horas]

Bajo costo de  lanzamiento. Pequeños retrasos de ida y  vuelta de la señal. Pequeña pérdida de Trayectoria.

Costo de lanzamiento moderado. Pequeños retrasos de ida y vuelta



Tiempo de vida  corto, 5 -8 años. Se encuentra en  los cinturones de radiación

Largos retrasos  de señal. Gran pérdida de trayectoria  comparada con LEO.

 

Cubre alrededor del 42.2% de la superficie terrestre. Fácil de rastrear. 0 problemas por el efecto doppler.

Grandes retrasos de ida y vuelta. Estaciones terrenas caras debido a la baja señal.

Tabla 4.5. Características de las órbitas satelitales

En los satélites de comunicaciones, el equipo que proporciona el nexo de unión entre transmisión del satélite y antenas de recepción se conoce como el transpondedor. El transpondedor constituye uno de los principales componentes de la carga útil. Es la serie de unidades interconectadas que forman un único canal de comunicaciones entre el receptor y antenas de transmisión en un satélite de comunicaciones. Transmisión a través de un transpondedor de satélite es a menudo comparado a un "tubo doblado" porque el satélite simplemente canaliza la información de vuelta a la tierra. Futuros sistemas de satélite ofrecen la transformación a bordo de paquetes y conmutación que permitirá la configuración de las redes disponibles bajo petición y los datos de enrutamiento para proporcionar comunicaciones de dos vías interactivas y ancho de banda bajo demanda. Como ejemplo, el ancho de banda asignado para el servicio de banda C usual es 500 MHz, y esto se divide en sub-bandas, una para cada transpondedor. Un ancho de banda típico transpondedor es de 36 MHz, y permitiendo una guardia de banda de 4 MHz, 12 de estos transpondedores se pueden acomodar en el ancho de banda de 500 Mhz como se ve en la Figura 3.1. Al hacer uso de aislamiento de polarización, este número puede ser el doble. Este método aprovecha el hecho de que los portadores pueden estar en la misma frecuencia pero con sentidos

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opuestos de polarización (es decir, horizontal vs. a mano derecha vertical u vs. izquierda circular de mano), pueden ser aislados unos de otros por antenas de recepción adaptadas a las entrantes de la polarización. Debido a que los portadores con sentidos opuestos de polarización pueden superponerse en frecuencia, esta técnica se conoce como la reutilización de frecuencias. La reutilización de frecuencias también puede lograrse mediante el uso de antenas de haz puntual, y éstos cuando se combinan con aislamiento de polarización, pueden proporcionar un ancho de banda efectivo de 2.000 MHz a partir de un ancho de banda real de 500 MHz. SUBIDA VERTICAL 01AE C0 BSAC 33[M Hz]

02AE C0 BSAC 36[M Hz]

01AN C0 BSAC 36[M Hz]

02AN C0 BSAC 36[M Hz]

03AN C0 BSAC 36[M Hz]

04AN C0 BSAC 36[M Hz]

05AN C0 BSAC 36[M Hz]

06AN C0 BSAC 36[M Hz]

07AN C0 BSAC 36[M Hz]

08AN C0 BSAC 36[M Hz]

09AN C0 BSAC 36[M Hz]

10AN C0 BSAC 36[M Hz]

11AN C0 BSAC 36[M Hz]

12AN C0 BSAC 36[M Hz]

5 8 6 6 5

5 9 0 5 0

5 9 4 5 0

5 9 8 5 0

6 0 2 5 0

6 0 6 5 0

6 1 0 5 0

6 1 4 5 0

6 1 8 5 0

6 2 2 5 0

6 2 6 5 0

6 3 0 5 0

6 3 4 5 0

6 3 8 5 0

01BE C0 BSAC 36[M Hz]

02BE C0 BSAC 36[M Hz]

01BN C0 BSAC 36[M Hz]

02BN C0 BSAC 36[M Hz]

03BN C0 BSAC 36[M Hz]

04BN C0 BSAC 36[M Hz]

05BN C0 BSAC 36[M Hz]

06BN C0 BSAC 36[M Hz]

07BN C0 BSAC 36[M Hz]

08BN C0 BSAC 36[M Hz]

09BN C0 BSAC 36[M Hz]

10BN C0 BSAC 36[M Hz]

11BN C0 BSAC 36[M Hz]

12BN C0 BSAC 36[M Hz]

5 8 8 5 0

5 9 2 5 0

5 9 6 5 0

6 0 0 5 0

6 0 4 5 0

6 0 8 5 0

6 1 2 5 0

6 1 6 5 0

6 2 0 5 0

6 2 4 5 0

6 2 8 5 0

6 3 2 5 0

6 3 6 5 0

6 4 0 5 0

01AE C0 BSAC 33[M Hz]

02AE C0 BSAC 36[M Hz]

01AN C0 BSAC 36[M Hz]

02AN C0 BSAC 36[M Hz]

03AN C0 BSAC 36[M Hz]

04AN C0 BSAC 36[M Hz]

05AN C0 BSAC 36[M Hz]

06AN C0 BSAC 36[M Hz]

07AN C0 BSAC 36[M Hz]

08AN C0 BSAC 36[M Hz]

09AN C0 BSAC 36[M Hz]

10AN C0 BSAC 36[M Hz]

11AN C0 BSAC 36[M Hz]

12AN C0 BSAC 36[M Hz]

3 6 4 1 5

3 6 8 0 0

3 7 2 0 0

3 7 6 0 0

3 8 0 0 0

3 8 4 0 0

3 8 8 0 0

3 9 2 0 0

3 9 6 0 0

4 0 0 0 0

4 0 4 0 0

4 0 8 0 0

4 1 2 0 0

4 1 6 0 0

01BE C0 BSAC 33[M Hz]

02BE C0 BSAC 36[M Hz]

01BN C0 BSAC 36[M Hz]

02BN C0 BSAC 36[M Hz]

03BN C0 BSAC 36[M Hz]

04BN C0 BSAC 36[M Hz]

05BN C0 BSAC 36[M Hz]

06BN C0 BSAC 36[M Hz]

07BN C0 BSAC 36[M Hz]

08BN C0 BSAC 36[M Hz]

09BN C0 BSAC 36[M Hz]

10BN C0 BSAC 36[M Hz]

11BN C0 BSAC 36[M Hz]

12BN C0 BSAC 36[M Hz]

3 6 6 0 0

3 7 0 0 0

3 7 4 0 0

3 7 8 0 0

3 8 2 0 0

3 8 6 0 0

3 9 0 0 0

3 9 4 0 0

3 9 8 0 0

4 0 2 0 0

4 0 6 0 0

4 1 0 0 0

4 1 4 0 0

4 1 8 0 0

SUBIDA HORIZONTAL

BAJADA HORIZONTAL

BAJADA VERTICAL

Tabla 4.6. Plan de frecuencias de los Transpondedores del satélite Star One C3 en Banda C

Otra característica que define el segmento espacial es la potencia isótropa radiada equivalente (EIRP). La palabra significa isotrópico, con poco rigor, por igual en todas las direcciones. Por lo tanto, un radiador isótropo es uno que irradia en todas

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direcciones. EIRP es la potencia equivalente a la que una antena isotrópica tendría que irradiar para lograr la misma densidad de potencia en la dirección elegida en un punto dado con otra antena. Los satélites irradian y centran su potencia en el enlace descendente de manera direccional en lugar de hacerlo isotrópicamente. Por lo tanto, se utiliza como una figura de comparación y a menudo se expresa en decibelios con relación a un vatio (dBW). Al revisar un diagrama del patrón de la huella de la antena de un satélite el EIRP será anotado en anillos concéntricos. Cuanto mayor sea el EIRP, más energía se entrega al receptor. El resultado significa mayores velocidades de datos alcanzables o menor requerimiento de antenas de recepción. EIRP se puede utilizar para una serie de cálculos y las evaluaciones (es decir, para determinar la eficiencia de uso del transpondedor). Sin embargo, para nuestros propósitos será utilizado simplemente como una herramienta para ilustrar la intensidad de la señal dentro de un área de cobertura dada cuando dichas ilustraciones son proporcionadas. Para evitar interferencias con otros servicios, organismos jurisdiccionales internacionales (por ejemplo, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT)) controlan los niveles de EIRP. Por satélite de comunicaciones de banda ancha comercial, el límite superior del EIRP en el enlace descendente es de 60 dBW. 4.8.1.3

Segmentación terrestre

Este segmento también se conoce como el segmento terminal. Comprende el equipo real sobre el terreno que recibe y transmite señales desde el satélite. Terminales de tierra pueden variar desde terminales portátiles, a los refugios fijos o móviles que contienen equipos de usuario. El servicio de datos más común para aplicaciones de banda ancha es el VSAT (terminal de muy pequeña abertura). Un VSAT es un dispositivo (también conocido como una estación terrena) que se utiliza para recibir las transmisiones por satélite. El componente "muy pequeño" de la sigla VSAT se refiere al tamaño de la antena de plato VSAT, típicamente de 3 a 6 pies de diámetro, que está montado en un techo en una pared, o se coloca en el suelo. Esta antena, junto con el bloqueador adjunta de bajo ruido o LNB (que recibe señales de satélite) y el transmisor (que envía señales) conforman la unidad exterior VSAT - uno de los dos componentes de una estación terrena VSAT.

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Figura 4.13. Antena VSAT

El segundo componente de la estación terrena VSAT es la unidad interior. La unidad interior es una caja de escritorio pequeño o PC que contiene las tablas de interfaz de receptor y transmisor para comunicarse con el equipo existente del usuario (por ejemplo, LAN, servidores, ordenadores, televisores, etc.). La unidad interior está conectada a la unidad exterior con un par de cables. La ventaja de una estación terrena VSAT, en comparación con una típica conexión de red terrestre, es que un VSAT no está ligado a una infraestructura en tierra. Esta capacidad en particular es vital durante las operaciones militares debido a la falta de redes y sistemas de comunicaciones locales pre-existentes. Una estación terrena VSAT se puede colocar en cualquier lugar, siempre y cuando se tenga una vista sin obstáculos del satélite. VSAT son capaces de enviar y recibir todo tipo de video, datos y contenido de audio a la misma velocidad independientemente de su distancia de las oficinas de conmutación terrestres e infraestructura; lo que hace a las redes VSAT excelentes y simples. Por lo general, los clientes instalan un router que está conectado bien a una antena parabólica en el sitio o a la red fija que conducen a una puerta de acceso gestionada por un proveedor de servicios por satélite. En sitios remotos el VSAT está conectado a través de cable coaxial a una unidad de interfaz digital (DIU). El DIU actúa como un router y se conecta a una red Ethernet o Token Ring LAN. El satélite se utiliza para conectar los abonados independientemente de la red terrestre y los métodos de acceso más comunes son esencialmente los mismos que han existido desde que VSAT se hizo disponible comercialmente; estos son Code Division Multiple Access (CDMA), Single Channel por portador (SCPC), Time Division Multiple Access (TDMA), y la Demanda Asignada de Acceso Múltiple (DAMA). Las configuraciones pueden ser estrella o malla y hubs compartidos. Estas diferentes topologías y métodos de acceso se utilizan para distribuir información a través de la red. Para satisfacer la necesidad del usuario para velocidades más altas, los métodos de acceso se combinan para optimizar el ancho de banda.

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Hay un enlace ascendente y un enlace descendente que provoca un retraso en las redes VSAT debido a la distancia de los satélites de comunicaciones (especialmente GEO) de la tierra. Las aplicaciones antiguas no podían manejar estos retrasos, y tenían un tiempo de espera que era muy grande e incluso el enlace se llegaba a caer por momentos; pero con el desarrollo de la tecnología y el software, VSAT es ahora mucho más inteligente y ayuda a superar los efectos de la demora inherente de transmisión por satélite GEO. Este software es capaz de compartir aplicaciones localmente y sólo transmite la información necesaria por satélite. VSAT futuras serán más pequeños, más baratos, más poderoso y más inteligente. Estos VSAT serán diseñados para ser plug and-play con la red de comunicaciones de cualquier organización.

Segmento Espacial

Segmento Terreno Figura 4.14. Red General y segmentos en base a antenas VSAT

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TERMINALES

VSAT

MODEM SATELITAL SERVIDOR PROXY

SERVIDOR DE COMUNICACIONES TELEFONOS IP

ROUTER

Figura 4.15. Red VSAT

Actualmente estos sistemas tienen por objeto proporcionar videoconferencia, servicios privados "intranets", telemedicina, educación a distancia, el acceso bidireccional de Internet y comunicaciones multimedia; que ya funcionan pero que se van mejorando en el tiempo. 4.8.1.4

Segmento de control

El segmento de control es responsable de la operación del sistema global que incluye control de la plataforma, el control de la carga útil y control de la red. El segmento de control consta de instalaciones de control de satélites de tierra, sistemas de a bordo del satélite y las redes de comunicación que unen las instalaciones de control. Una estación de control de red (NCS) realiza diversas funciones de control y gestión, por ejemplo, gestión de la configuración, la asignación de recursos, gestión del rendimiento y gestión del tráfico. El número y la ubicación de estos NCSs dependen del tamaño de la red, la cobertura, y otras normas internacionales y cuestiones de reglamentación. Los telepuertos son también una parte importante de la segmento de control. Ellos proporcionan un control adicional y la gestión de la red. Además, los telepuertos permiten la conectividad entre los usuarios de terminales de satélite en diferentes haces, así como proporcionar acceso a la infraestructura de comunicaciones terrestres. Este tipo de conectividad puede proporcionar una capacidad de ida y vuelta para las unidades de operaciones militares, proporcionando ubicación para el sostenimiento de las bases y de la sede fuera del área inmediata de operación. Donde la información sea requerida, algunos componentes del segmento de control serán cubiertos por el segmento terrestre.

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4.8.2 Descripción de los sistemas comerciales existentes 4.8.2.1 Intelsat Orginalmente se formó como la Organización Internacional de Satélites de Telecomunicaciones (en inglés: International Telecommunications Satellite Organization, INTELSAT). Desde 1964 hasta el 2001 fue una organización intergubernamental que prestaba servicios de retransmisión internacional. En marzo de 2011, Intelsat opera una flota de 52 satélites de comunicaciones, lo que la convierte en la flota de satélites comerciales más grande del mundo. Entre ellos el satélite Intelsat 1R. Los satélites Intelsat están situados en órbitas geoestacionarias sobre los océanos Atlántico, Pacífico e Índico. El primer satélite Intelsat, llamado Early Bird ("Pájaro madrugador"), patentado por el Dr.Ruano, fue puesto en órbita sobre el océano Atlántico en 1965. Son propiedad de una compañía internacional (Intelsat), con sede en Washington DC. 4.8.2.2

Eutelsat

Eutelsat (European Telecommunications Satellite Organization) es una empresa francesa con sede en París fundada en 1977, que opera 31 satélites de comunicaciones bajo los nombres Hot Bird, Atlantic Bird, Eurobird, KA-SAT y Eutelsat. Estos satélites se usan para la emitir unas 4500 cadenas de televisión y otras 1000 de radio a más de 200 millones de hogares. También ofrecen servicios de comunicación para televisiones, redes corporativas, telefonía móvil, conectividad backbone de Internet y aplicaciones de banda ancha con acceso terrestre, marítimo y en vuelo. 4.8.2.3

PanAmSat

La antigua PanAmSat Corporation, fue fundada en 1984 por Reynold Anselmo, quién era un proveedor de servicios de satélite con sede en Greenwich, Connecticut. PanAmSat operaba una flota de satélites de comunicaciones utilizados por la industria del entretenimiento, agencias de noticias, los proveedores de servicios de Internet, agencias gubernamentales, y empresas de telecomunicaciones. Anselmo tuvo la idea de PanAmSat de Martine Rothblatt, un abogado de comunicaciones independiente en Washington, DC, con estudios sobre la calle 42 en la ciudad de Nueva York. Rothblatt había escrito un plan de negocios titulado PanAmSat para su tesis de MBA en la Graduate School of Management de la UCLA y fue en busca de un patrocinador financiero. Anselmo se asoció con Rothblatt en el proyecto PanAmSat, con Anselmo proporcionando financiación, Rothblatt presenta a la Comisión Federal de Comunicaciones un satélite inicial de RCA Astro-Electrónica y el lanzamiento de un gran descuento de Arianespace. PanAmSat rompió efectivamente el monopolio de las comunicaciones internacionales por satélite, que se inició con Intelsat, una organización internacional basada en un tratado fundado entre varios países, incluyendo Estados

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Unidos. PanAmSat, dirigido por Anselmo, presionó con éxito el Congreso de Estados Unidos para permitir que opere a nivel mundial, compitiendo contra Intelsat. Tras la muerte de René Anselmo en 1995, su viuda María Anselmo controlaba la compañía por un tiempo; pero finalmente PanAmSat fue vendido a Hughes Electronics, una división de General Motors, en efectivo, más acciones, se llegó a la cifra de US $ 3 mil millones. Las operaciones de satélites continuaron siendo bajo PanAmSat con Hughes siendo el accionista mayoritario. En mayo de 1997, Hughes Comunicación galaxia se fusionó con PanAmSat, agregando 9 satélites más a su flota. En 2003, News Corporation compró la división de Hughes Electronic PanAmSat y el 24 de abril de 2004 vendió PanAmSat a un consorcio de firmas de capital privado en una compra apalancada incluyendo Kohlberg Kravis Roberts & Co. (KKR), Carlyle Group y Providence Equity Partners por $ 4300 millones. 4.8.2.4

Intersputnik

La Organización Internacional Intersputnik de Comunicaciones Espaciales, comúnmente conocida como Intersputnik, es una organización internacional de servicios de comunicaciones por satélite, fundada el 15 de noviembre de 1971, en Moscú por la Unión Soviética, junto con un grupo de ocho estados ex socialistas (Polonia, Checoslovaquia, Alemania Oriental, Hungría, Rumania, Bulgaria, Mongolia y Cuba). El objetivo era y sigue siendo el desarrollo y el uso común de los satélites de comunicaciones. Fue creado como respuesta del Bloque Oriental de la organización Intelsat occidental. A partir de 2008 la organización cuenta con 25 Estados miembros, entre ellos la República Federal de Alemania como la sucesora legal de la RDA. Intersputnik hoy en día es una organización alineada comercialmente. Opera 12 satélites en órbita y 41 transpondedores. En junio de 1997 Intersputnik creó la Lockheed Martin Intersputnik (LMI) joint venture junto con Lockheed Martin, que construye y opera los satélites del mismo nombre. 4.8.3 Descripción de futuros sistemas 4.8.3.1 Astrolink Astrolink es una iniciativa de $ 4 mil millones que es propiedad conjunta de Lockheed Martin y los operadores de redes internacionales. Astrolink será un sistema de satélites basados en ATM en órbita Geoestacionaria en la banda Ka. Se planean nueve satélites, pero se necesitan sólo un total de cinco para la conectividad global. El sistema ofrecerá servicios de datos de banda ancha de 128 Kbps a 155 Mbps. El sistema Astrolink incluirá avances tales como el procesamiento a bordo y la tecnología de haz puntual. La seguridad del sistema que se garantizará mediante la clave pública y la tecnología de tarjetas inteligentes, además de tener un cifrado de sesión opcional que estará disponible dependiendo de la regulación local.

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Alrededor de 100 puertas de enlace se conectaran a las redes terrestres en todo el mundo gracias a Astrolink. Enlaces intersatelitales con intercambio de datos también se emplearán con velocidades de hasta 440 Mbps. 4.8.3.2

Skynet

Skynet es una familia de satélites militares, actualmente operados por Paradigm Secure Communications en nombre del Ministerio de Defensa del Reino Unido, que proporciona servicios de comunicación estratégicos a las tres ramas de las Fuerzas Armadas Británicas y a las fuerzas de la OTAN que participan tareas de la coalición. a. Resumen de satélites Modelo Fabricante

Fecha lanzamiento

de Vehículo de Comentarios lanzamiento

Skynet 1 1A

Philco Ford

22 de noviembre de Delta M 1969

1B

Philco Ford

19 de agosto de Delta M 1970

Fallo en el motor de apogeo. Fallo en orientación cohete.

Skynet 2 2A

Marconi Space Systems

19 de enero de Delta 2000 1974

2B

Marconi Space Systems

23 de noviembre de Delta 2000 1974

la del

Skynet 4 4A

British Aerospace

1 de enero de 1990 Titan 34D

4B

British Aerospace

11 de diciembre de Ariane 44LP 1988

4C

British Aerospace

30 de agosto de Ariane 44LP 1990

Skynet 4 (etapa 2) 4D

Matra Marconi 10 de enero de Delta 7000 Space 1998

4E

Matra Marconi 26 de febrero de Ariane 44L Space 1998

4F

Astrium

Reemplazo al 4B.

7 de febrero de Ariane 44L 2001

Skynet 5

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5A

EADS Astrium

11 de marzo de Ariane 5-ECA 2007, 22:03 GMT

Lanzado a Insat 4B.

junto

5B

EADS Astrium

14 de noviembre de Ariane 5-ECA 2007, 22:06 GMT

Lanzado junto a Star One C1.

5C

EADS Astrium

12 de junio de 2008, Ariane 5-ECA 22:05 GMT

Lanzado junto a Turksat 3A.

5D

EADS Astrium

Planeado 2013

para

Tabla 4.7. Resumen de satélites Skynet

4.8.3.3

Skybridge

Es otro sistema de satélites, en el que los socios incluyen Loral Space & Communications, Toshiba, Mitsubishi, Sharp, Spar Aerospace, y Aerospatiale. SkyBridge ofrecerá acceso a Internet, videoconferencia, conexiones LAN y WAN, y los servicios de entretenimiento interactivo con tasas tan rápidas como 20 Mbps de bajada de transferencia de datos y 2 Mbps en el enlace ascendente. Se espera que la capacidad del sistema de 200 Gbps pueda satisfacer las necesidades de 400 millones de usuarios. SkyBridge amplió recientemente el sistema de 64 a 80 satélites LEO. La red se compone de dos constelaciones de 40 satélites en órbita a una altitud de 913 kilómetros. Cada satélite ilumina un área de 1.864 millas de radio. Hay al menos un satélite visible en el área de cobertura de cada puerta de enlace terrestre. Sin embargo, la mayoría de las veces al menos dos y hasta cuatro son visibles y disponibles para recibir tráfico. A diferencia de otros sistemas LEO de banda ancha, SkyBridge selecciona la banda Ku en lugar de la banda Ka. A la frecuencia inferior, SkyBridge es capaz de utilizar menos potentes y menos costosos transmisores. Sin embargo, la banda Ku es muy utilizada, y muchos GEO ya utilizan este espectro, por lo que los satélites SkyBridge serán susceptibles a un aumento de la interferencia de los satélites GEO cuando están sobre el ecuador. Pero este problema se puede resolver mediante el corte de la transmisión cuando un satélite GEO este más o menos a 10 grados de la zona del satélite de SkyBridge; y los terminales de tierra cambiarán a otro satélite para evitar las interferencias. SkyBridge también reducirá los costos mediante el uso de una combinación de métodos de transmisión (es decir, enlaces por satélite para el acceso local y las conexiones de la red de banda ancha terrestre de larga distancia ya existentes). El uso de enlaces por satélite sólo cuando sea absolutamente necesario reduce los costes globales de extremo a extremo.

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4.8.3.4

Spaceway

El sistema SPACEWAY fue concebido originalmente como un sistema de comunicaciones de banda Ka mundial por Hughes Electronics. Cuando el proyecto para construir el sistema pasó a manos de Hughes Network Systems, una subsidiaria de Hughes Electronics, éste se transformó en un despliegue gradual inicial sólo para el lanzamiento de un sistema de satélites de América del Norte. Una vez completado y construido el sistema norteamericano SPACEWAY significó para proporcionar capacidades de banda ancha de hasta 512 kbps, 2 Mbps, y 16 Mbps de datos de enlace ascendentes de comunicación con antenas terminales de satélite de banda Ka fija de tamaño tan pequeño como 74 [cm]. A pesar de las declaraciones en contrario en las presentaciones iniciales del sistema con la Comisión Federal de Comunicaciones, ninguno de los tres satélites tiene enlaces entre satélites que conectan los satélites directamente entre sí en el espacio. 4.8.3.5

Teledesic

Teledesic es un sistema de satélites LEO (Órbita Terrestre Baja) de comunicaciones. Se basó en el sistema Iridium pero destinada a usuarios de Internet de banda ancha. Fue concebida por Craig McCraw en 1990, pionero de la telefonía móvil. En sus inicios, la meta del sistema Teledesic fue ofrecer a millones de usuarios concurrentes Internet en un enlace ascendente de hasta 100 Mbps y un enlace descendente de hasta 720 Mbps mediante antenas pequeñas y fijas de tipo VSAT, ignorando por completo el sistema telefónico. El diseño original consistía en un sistema de 288 satélites de huella pequeña ubicados justo debajo del primer cinturón de Van Allen a una altura de 1350 km. Luego se modificó el diseño a 30 satélites con huellas más grandes. El proyecto de la transmisión se realizaría en banda Ka, relativamente poco saturada y de gran ancho de banda. Además se utilizaría un sistema de conmutación de paquetes en el espacio, en el cual cada satélite estaría equipado para enrutar paquetes a sus satélites vecinos. La red Teledesic combina las ventajas de una red conmutada por paquetes con los de un circuito de conmutación de uno. Compañía

Sistema

Órbita

Cobertura

Lockheed Martin Loral

Astrolink

GEO

Global

Cyberstar

GEO

Limitaciones 3 Globales

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Número de Satélites 9

Capacidad Satelital [Gbps] 7.7

Inversión [Billones de Dólares] 4

4.9

1.6

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Alcatel Espace Hughes Teledesic

Skybridge Galaxy/Sp aceway Teledesic

LEO/G EO GEO/ MEO LEO

Limitaciones 80 Globales Global 28

2.5

4.2

4.4

5.1

Global

13.3

9

288

Tabla 4.8. Sistemas satelitales emergentes de banda ancha

4.8.4 Problemas e interés 4.8.4.1 Interoperabilidad La interoperabilidad y la interconexión a las redes públicas o privadas externas son posibles con el apoyo del protocolo estándar. Equipos de gobierno y de la industria en Japón y los EE.UU. están realizando experimentos para desarrollar y demostrar el papel de los satélites en la infraestructura mundial de telecomunicaciones. Los experimentos ayudarán a desarrollar técnicas de transmisión por satélite, estándares y protocolos para determinar el mejor método de integración de los enlaces por satélite con cables de fibra óptica para formar redes globales de alto rendimiento. Estos experimentos trans-Pacífico posibilitarán las altas velocidades de datos de computadora, imágenes de alta resolución y vídeo para aplicaciones tales como la astronomía, la telemedicina, distance-learning, bibliotecas digitales, y el comercio electrónico. Además, los ingenieros encargados de la realización de los experimentos, los han incorporado a un proyecto internacional conocido como interoperabilidad global para redes de banda ancha, patrocinado por los países del G-7, que son las principales naciones económicas en el mundo. Sin embargo, mientras que los sistemas pueden ser incompatibles e inoperables con la infraestructura local; el uso de sistemas de comunicaciones por satélites comerciales en países extranjeros puede implicar aprobaciones adicionales. Por ejemplo, una práctica común para un país anfitrión es la aprobación de los "derechos de aterrizaje (landing rigths)" para el funcionamiento de las terminales de satélite de propiedad extranjera dentro de las fronteras de la nación anfitriona. Estos costos pueden incluir, pero no limitarse a, el arrendamiento o adquisición de terrenos, la compra o alquiler de VSATs, y tasas por la utilización del segmento espacial. Una de las principales preocupaciones de muchos países de acogida es la pérdida de ingresos. Ingresos potenciales podrían perderse si se utilizaron terminales de satélite de propiedad extranjera sin el pago en la forma de un arancel. Dado que los sistemas de transmisión del ministerio de Correos, Telégrafos y Teléfonos (CTT) de la nación anfitriona se omiten cuando se utiliza un terminal de satélite, una cuota de licencia o autorización para utilizar terminales de satélite se suelen pagar a los ministerios de CTT (Ministerio de Comunicaciones en Bolivia) de la nación anfitriona. Durante las operaciones militares estas aprobaciones y honorarios generan retrasos y obstáculos durante la fase inicial de entrada al establecer las primeras comunicaciones de la red, que son vitales para el futuro de las operaciones. Es por estas situaciones que es importante contar con un satélite militar propio, ya que tanto las partes internas como externas tienen sus condiciones que retrasarían el uso rápido y eficaz de los medios.

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4.8.4.2

Vulnerabilidad

Los satélites comerciales están construidos para soportar los rigores del espacio, pero no al grado de los satélites militares. Aunque algo de jam resistance se obtiene mediante el uso de técnicas de espectro ensanchado, los sistemas de satélites comerciales carecen de las capacidades de procesamiento de anulación del haz y de señales que dan los sistemas militares que tienen un alto jam resistance. Mientras que los proveedores de servicios por satélite normalmente garantizan 99,5-99,9 por ciento de disponibilidad, interferencias solares, tormentas fuertes, y fallas en los equipos pueden afectar la disponibilidad operacional. Por ejemplo, durante las fuertes lluvias, las señales de satélite se degradan y las interrupciones del servicio quedan afectadas normalmente por cinco o diez minutos. Los fallos del equipo, aunque poco comunes, pueden tener un impacto importante en los suscriptores del sistema de comunicación. La vulnerabilidad de los satélites comerciales se hizo evidente por el hecho de que el satélite PANAMSAT Galaxia IV el 19 de mayo de 1998 perdió actitud apropiada cuando ambos sistemas informáticos a bordo fallaron inexplicablemente. El apagón causó una enorme ola de problemas de comunicación para muchos sectores económicos en los EE.UU. incluyendo más del 90 por ciento de los clientes de buscapersonas estadounidenses. La pérdida de la galaxia IV afectó literalmente a millones de personas. En 1994, los electrones energéticos fueron acusados de graves anomalías en tres satélites GEO de comunicaciones comerciales: INTELSAT K, ANIK E-1 y E-2 ANIK. Los tres sufrieron una pérdida de control de actitud causado por fallos electrónicos con circuitos de ordenador. Aunque ninguno sufrió daño permanente, la televisión, la radio y los servicios de telefonía a través de Canadá se vieron afectados por días. Es por estas situaciones que la ingeniería de los satélites militares es mucho más precisa y perfecta, ya que dentro de las operaciones militares no se puede permitir este tipo de errores. 4.8.4.3

Seguridad

Actualmente la mayoría de las organizaciones, incluidas las ONG, con datos sensibles, tienden a asegurar sus comunicaciones y por tanto su información de extremo a extremo. Sin embargo hay un empuje para que los proveedores de servicios por satélite empleen un cifrado fuerte dentro el vínculo de las comunicaciones y de esta forma evitar un control del satélite y proteger la información crítica de la red. Dentro de las políticas de cada país el ganar la aprobación de cada gobierno para utilizar el cifrado fuerte no será fácil. Bajo este esquema, por ejemplo, los proveedores de satélite de banda ancha podrían cifrar enlaces ascendentes de satélites sobre los EE.UU., pero los enlaces descendentes a otras naciones no serían cifrados. En el pasado Motorola fue capaz de obtener el permiso para cifrar su tráfico telefónico inalámbrico Iridium en China, ya que contrató a un conocido ex miembro del Consejo de Seguridad Nacional para que trabaje para la compañía. Este logro demuestra cómo la vaguedad de las leyes

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actuales de encriptación permite que su aplicación se convierta en un asunto de discreción burocrática. La seguridad de los sistemas satelitales GEO será aún más complicada debido a la incompatibilidad de los sistemas de seguridad extremo a extremo como las normas de base de IPSec (IP Security) y la suplantación de TCP, ambos requeridos para llevar las transmisiones GEO al día. Los expertos en seguridad indican que la suplantación de IP e IPSec son incompatibles porque una vez que se cifra una transmisión, es imposible que una entidad externa, como un proveedor de servicio de satélite pueda ver en los paquetes para llevar a cabo una suplantación. Esto también es cierto cuando TCP está encapsulado en ATM. Otro problema de seguridad para los proveedores de satélite de banda ancha radica en el uso generalizado de la ATM. La encriptación del enlace es posible en el ATM sin embargo, un estándar para la encriptación basada en células de extremo a extremo está todavía en evolución. De esta forma se puede concluir que la seguridad es sumamente importante en todos los ámbitos de las comunicaciones; que se están tomando las medidas necesarias para que se pueda tener un equilibrio entre la parte política y la de los clientes en sí, pero esto puede tardar un poco. 4.8.4.4

Congestión

Al mismo tiempo que los proveedores de servicios satelitales comiencen el proceso de lanzamiento de los cientos de satélites GEO, MEO y LEO necesarios para poner sus redes funcionales, el riesgo de congestión (tanto para las posiciones orbitales y de ancho de banda) irán creciendo. Cada una de las redes de satélites tendrá estaciones duplicados en la tierra. Cada proveedor también tendrá que negociar interfaces entre sus gateways y el público y así se tendrán en los sistemas, y en las estaciones terrestres enorme redundancia y la posibilidad de una amplia interferencia entre los mismos. 4.8.4.5

Latencia y calidad de servicio

La calidad de servicios comprende requerimientos en todos los aspectos de una conexión, tales como tiempo de respuesta de los servicios, pérdidas, ratio señal-aruido, diafonías, eco, interrupciones, frecuencia de respuesta, niveles de sonido, entre otros. Una sub categoría de calidad de servicios de telefonía son los requerimientos de nivel de servicio, los cuales comprenden aspectos de una conexión relacionados con la capacidad y cobertura de una red, por ejemplo garantizar la probabilidad máxima de bloqueo y la probabilidad de interrupción. En el campo de las redes de computadoras y otras redes de telecomunicación en paquetes, los términos de ingeniería del tráfico se refieren a mecanismos de control para reservación de recursos en vez de la calidad de servicio lograda. Calidad de servicio es la habilidad de proveer diferentes prioridades a diferentes aplicaciones, usuarios, o flujos de datos, o de garantizar un cierto nivel de rendimiento para un flujo de datos. Por ejemplo, una requerida tasa de bits, retraso,

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jitter, probabilidad de eliminación de paquetes y/o tasa de bit de errores pueden ser garantizados. Las garantías de la calidad de servicio son importantes si la capacidad de la red es insuficiente, especialmente para aplicaciones de transmisión multimedia en tiempo real tales como voz sobre IP, juegos en línea e IP-TV, ya que a menudo estos requieren tasa de bit establecidas y son sensitivas al retraso, y en redes donde la capacidad es un recurso limitado, por ejemplo en comunicación de data celular. Una red o protocolo que soporta Calidad de servicios puede coincidir en un contrato de tráfico con la aplicación y reservar capacidad en los nodos de la red, por ejemplo durante una fase de establecimiento de sesión. Durante la sesión puede monitorear el nivel de rendimiento alcanzado, por ejemplo la tasa de data y el retraso, y dinámicamente controlar las prioridades entre los nodos de la red. Esta puede liberar la capacidad reservada durante una fase posterior. Una red o servicio de mejor esfuerzo no soporta calidad de servicio. Una alternativa a complejos mecanismos de control de calidad de servicios es proveer comunicación de alta calidad sobre una red de mejor esfuerzo provisionando la capacidad de tal manera que sea suficiente para la carga de tráfico esperada. La resultante ausencia de congestión en la red elimina la necesidad de mecanismos de calidad de servicios. Calidad de servicios es algunas veces usada como medidor de calidad, con muchas definiciones alternativas, en lugar de referirse a la habilidad de reservar recursos; también algunas veces se refiere al nivel de calidad de servicios garantizada en una red dentro de un determinado tiempo. Alta calidad de servicio a menudo es confundida con alto nivel de rendimiento o la calidad de servicio alcanzada, por ejemplo altas tasas de bit, baja latencia y baja probabilidad de error. a. Problemas en redes de datos conmutados Muchas cosas le ocurren a los paquetes desde su origen al destino, resultando los siguientes problemas vistos desde el punto de vista del transmisor y receptor:  Bajo rendimiento Debido a la carga variante de otros usuarios compartiendo los mismos recursos de red, la tasa de bits (el máximo rendimiento) que puede ser provista para una cierta transmisión de datos puede ser muy lenta para servicios en tiempo real si toda la transmisión de datos obtiene el mismo nivel de prioridad.  Paquetes sueltos Los ruteadores pueden fallar en liberar algunos paquetes si ellos llegan cuando los buffers ya están llenos. Algunos, ninguno o todos los paquetes pueden quedar sueltos dependiendo del estado de la red, y es imposible determinar que pasará de antemano. La aplicación del receptor puede preguntar por la información que será retransmitida posiblemente causando largos retardos a lo largo de la transmisión.  Retardos

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Puede ocurrir que los paquetes tomen un largo período en alcanzar su destino, debido a que pueden permanecer en largas colas o tomen una ruta menos directa para prevenir la congestión de la red. En algunos casos, los retardos excesivos pueden inutilizar aplicaciones tales como VoIP o juegos en línea.  Latencia Puede tomar bastante tiempo para que cada paquete llegue a su destino, porque puede quedar atascado en largas colas, o tomar una ruta menos directa para evitar la congestión. Esto es diferente de rendimiento, ya que el retraso puede mejorar con el tiempo, incluso si el rendimiento es casi normal. En algunos casos, latencia excesiva puede convertir a una aplicación como VoIP juegos online inusable.  Jitter Los paquetes del transmisor pueden llegar a su destino con diferentes retardos. Un retardo de un paquete varía impredeciblemente con su posición en las colas de los ruteadores a lo largo del camino entre el transmisor y el destino. Esta variación en retardo se conoce como jitter y puede afectar seriamente la calidad del flujo de audio y/o vídeo.  Entrega de paquetes fuera de orden Cuando un conjunto de paquetes relacionados entre sí son encaminados a Internet, los paquetes pueden tomar diferentes rutas, resultando en diferentes retardos. Esto ocasiona que los paquetes lleguen en diferente orden de cómo fueron enviados. Este problema requiere un protocolo que pueda arreglar los paquetes fuera de orden a un estado isócrono una vez que ellos lleguen a su destino. Esto es especialmente importante para flujos de datos de vídeo y VoIP donde la calidad es dramáticamente afectada tanto por latencia y pérdida de sincronía.  Errores A veces, los paquetes son mal dirigidos, combinados entre sí o corrompidos cuando se encaminan. El receptor tiene que detectarlos y justo cuando el paquete es liberado, pregunta al transmisor para repetirlo así mismo. b. Soluciones para la calidad de servicio El concepto de QoS ha sido definido dentro del proyecto europeo Medea+PlaNetS, proporcionando un término común para la evaluación de las prestaciones de las comunicaciones en red, donde coexisten aplicaciones sin requisitos de retardo con otras aplicaciones con estrictas restricciones de máximo retardo y jitter. Dentro de PlaNetS, cuatro diferentes clases de aplicaciones han sido definidas, donde cada clase se distingue por sus propios valores de máximo retardo y jitter. La figura 23 muestra estas clases:  Conversación: caracterizada por la más alta prioridad y los requerimientos de menor retardo y jitter.  Streaming: flujo de vídeo o voz.

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 Servicios interactivos.  Aplicaciones secundarias: la más baja prioridad y mayor permisividad de retardo y jitter. Los beneficios de la solución PlaNetS se resumen en:     

La posibilidad de pre-calcular el máximo retardo y jitter de la comunicación; y para cada una de las clases de aplicaciones. La solución propuesta es implementada con un simple scheduler que conoce la longitud de las colas de paquetes. La conformidad de los nodos de la comunicación es fácilmente comprobable. Una mayor QoS, tanto para el sistema como para el usuario final. La posibilidad de obtener esquemas prácticos de control de acceso (Connection Admission Control, (CAC), en inglés). Capa DLC cola por usuario

Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4

Scheduler Colas

Capa IP Cola por aplicación

Usuario Usuario Usuario Usuario . . . . . . . Usuario

1 2 3 4

Capa PHY Selección de usuarios Scheduler de Máxima tasa de Tx

Canal Aleatorio

Usuarios

n

Figura 4.16. Diagrama de clases y latencia

4.9

Implicaciones de las comunicaciones inalámbricas vía satélite para las operaciones de defensa 4.9.1 Componentes del sistema 4.9.1.1 Conceptos fundamentales

Un satélite utiliza un repetidor de radio frecuencia, proporcionando una estación de retransmisión entre un emisor y el receptor. Los sistemas de comunicaciones satélites se componen del segmento de tierra, que consiste en los equipos Hub y en los lugares remotos, y en el segmento espacial, que se encarga del enlace hacia y desde el satélite. Para comunicarse a través de satélite, el emisor convierte primero una señal (radio, televisión, datos, voz, video) en formato electrónico y éste se transmite al satélite usando amplificadores y antenas de alta potencia diseñados para dirigir la señal hacia el satélite. Después de viajar 36 mil kilómetros al satélite, la señal transmitida es débil y necesita ser amplificada por un "transpondedor" que se encuentra en el satélite. Un

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transpondedor es una combinación de un paquete receptor, convertidor de frecuencia y el transmisor. Una vez que la señal ha sido amplificado, y la frecuencia cambiado desde la frecuencia de enlace ascendente (para minimizar la interferencia en el enlace ascendente), el enlace descendente se establece y se envía de vuelta a la tierra. Una vez que la señal llega al suelo es recibido por otra antena y se amplifica antes de ser demodulada y enviado a sus numerosos destinos. 4.9.1.2

Uso del VSAT

Una VSAT (very small aperture terminal) Terminal de apertura muy pequeña que brinda servicios fijos por satélite (geoestacionario), es utilizada para la comunicación de datos interactivos y por lotes en diversos protocolos, operación de redes con conmutación de paquetes, servicios de voz, transmisión de datos y videos y operación en red en una vasta área, y entre sus principales características tenemos: • No requieren disponer de infraestructura previa • Soportan aplicaciones multimedia integradas en PC (voz, datos, imágenes) • Interconexión de redes locales, comunicaciones de voz/fax, vídeo conferencias / transmisión de imágenes, etc. • La calidad y disponibilidad del enlace vía satélite son muy superiores a los medios tradicionales de comunicación.

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CABLE CONECTOR

UNIDAD EXTERIOR

UNIDAD INTERIOR

Puertos in/out para terminales de usuario

Cable conector a IF tipo 950 – 1450 [MHz] (hasta 100[m]) o 140[MHz] o 70[MHz]

Horn

Amplificador de Potencia

Upconverter

Duplexor

Sintetizador de Frecuencia Remota

Receptor de Bajo Ruido

UNIDAD INTERIOR Sentitizador de frecuencia fija

Downconverter

Alimentador

Demodulador

Modulador

Decodificador FEC

Codificador FEC

UNIDAD EXTERIOR

Interface BandaBase

Alimentador

Puertos in/out para terminales de usuario Figura 4.17. Diagrama de bloques de una estación VSAT

Una estación VSAT está compuesta por dos elementos:  

Unidad Exterior (Outdoor Unit), que es el interfaz entre satélite y VSAT. Unidad Interior (Indoor Unit), que es el interfaz entre el VSAT y el terminal de usuario o LAN.

La unidad exterior: Básicamente la Unidad Exterior se compone de los siguientes elementos: • Antena. • Sistemas electrónicos. • Amplificador de transmisión. • Receptor de bajo ruido.

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• Sintetizador de frecuencia. • Osciladores para variar la frecuencia. • Duplexor. • Amplificador de potencia. Los parámetros utilizados para evaluar la Unidad Exterior: • La finura espectral del transmisor y del receptor para el ajuste de la portadora en transmisión y para sintonizar adecuadamente la portadora en recepción. • EIRP que condiciona la frecuencia del enlace de subida. El EIRP depende de: • Ganancia de antena. • Potencia de salida. • Figura de mérito G/T, que condiciona la frecuencia del enlace de bajada. El ratio G/T depende de: • Ganancia de la antena. • Temperatura de ruido del receptor. • El diagrama de radiación de la antena, ya que las amplitudes de los lóbulos secundarios (principalmente de los laterales) condiciona los niveles de interferencia recibida y producida. • Temperatura ambiental de operación. • Otros factores ambientales como humedad, lluvia, calor, etc. La unidad interior: Los parámetros necesarios para especificar al Unidad Interior son: • Número de puertos. • Tipo de los puertos: • Mecánicos. • Eléctricos.

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• Funcionales. • Procedurales. • Velocidad de los puertos. Es la máxima velocidad (bps) del flujo de datos entre el terminal de usuario y la unidad interior de VSAT en un puerto dado. a. Segmentos de una VSAT Una red en general se compone de un segmento espacial y un segmento terreno como se pudo ver en la figura 21, a continuación se describe cada uno de ellos. Segmento espacial.- Formado por el satélite geoestacionario cuya función consiste en amplificar y cambiar las frecuencias de recepción (banda C aproximadamente 4 down a 7 up GHz, banda Ku aproximadamente 12 down a 14 up GHz.), unos recursos electromagnéticos de ancho de banda y potencia, los cuales están limitados obviamente por razones técnicas y legales, y sus principales características son: • Es el único canal por donde se realiza la comunicación con las consiguientes ventajas y desventajas que ello conlleva. • Es un canal compartido por lo que necesitaremos usar alguna técnica o protocolo de acceso al medio (FDMA, TDMA, DA-TDMA, etc). • Es el único punto de la red que no puede ser manejado con total libertad por el instalador de una red VSAT. Debe ser contratado a empresas o consorcios proveedores de capacidad espacial. Segmento terreno.- Está formado por el Hub y las estaciones Vsat. b. Tecnología aplicada en las VSAT. Las VSAT y la tecnología afín pueden dividirse aproximadamente en las siguientes áreas: • Un solo canal por portadora (SCPC): Estos tipos de sistemas se caracterizan por una señal portadora transmitida ininterrumpidamente (asignación de frecuencia exclusiva). • Las VSAT de red en estrella: El tipo más común de VSAT depende de la operación de la Estación Terrena Maestra (HUB) (cuenta con una antena parabólica de gran diámetro generalmente de 4 a 8 m) para la retransmisión de datos. • Las VSAT de red en malla: Es un tipo de VSAT menos común que comparte el mismo grupo de canales y que pueden recibir directamente las transmisiones entre sí.

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• Las VSAT de menos de un metro (USAT): La tecnología más evolucionada de las VSAT utiliza antenas más pequeñas (de menos de 1 m de diámetro) y tecnología altamente integrada para permitir el acceso a bajo costo a la red VSAT c. Características de la radiofrecuencia Ventajas Desventajas  Disponibilidad mundial  Antenas grandes (1 a 3 metros)  Tecnología barata  Susceptible de recibir y  Robustez contra atenuación causar interferencias por lluvia desde satélites adyacentes y sistemas terrestres que compartan la misma banda (Se necesitaría en algunos casos recurrir a técnicas de espectro ensanchado y CDMA)

Banda C

Banda Ku





Usos más eficientes de las  capacidades del satélite ya que, al no estar tan  influenciado por las interferencias, se pueden  usar técnicas de acceso más eficientes como FDMA o TDMA frente a CDMA que hace un uso menos eficaz del ancho de banda. Antenas más pequeñas (0.6 a 1.8 [m])

Hay regiones donde no está disponible. Más sensible a las atenuaciones por lluvia. Tecnología más cara.

Tabla 4.9. Características de Banda C y Ku

d. Tipos de servicios que prestan las redes VSAT  Servicio Dama Son servicios de comunicación satelital donde se puede controlar el acceso a los canales de comunicación, permitiendo la asignación dinámica de canales entre parejas de estaciones, lo que permite la creación de redes malladas. En esta modalidad de servicio existe un canal de control que permite a las estaciones solicitar la asignación de un par de frecuencias para comunicarse con cualquier otra estación de la red. Una vez concluida la comunicación se libera el canal para ser reutilizado por cualquier otra pareja de estaciones.

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Se caracterizan las antenas de estas estaciones porque tienen un diámetro pequeño (0,7 a 2,8 [m]) y el servicio puede operar en las bandas C, Ku y Ka.  Servicio Tdm/Tdma Los servicios TDM/TDMA proveen comunicación entre una ubicación central y múltiples ubicaciones remotas en lo que se denomina topología tipo estrella. En esta red de topología estrella tenemos una estación terrena compartida denominada HUB y muchas estaciones remotas denominadas VSAT. Desde la localidad central se puede monitorear y controlar la operación de todas las partes del sistema. Estos servicios pueden operar en las bandas C, Ku y Ka. En esta ubicación todos los equipos son redundantes y el diámetro de la antena que conforma el HUB varía entre 5.9 y 9 m. A esta localidad llegan los canales de voz, datos y videos que se desean transportar a las estaciones remotas. e. Aplicaciones de redes VSAT Hasta el año 1995 las aplicaciones de las redes VSAT pueden resumirse de la siguiente manera: Aplicaciones según el ámbito:  Civiles: Unidireccionales       

Transmisión de datos de la Bolsa de Valores. Difusión de noticias. Educación a distancia. Hilo musical. Transmisión de datos de una red de comercios. Distribución de tendencias financieras y análisis. Teledetección de incendios y prevención de catástrofes naturales

Bidireccionales           

Tele enseñanza. Videoconferencia de baja calidad. E-mail. Servicios de emergencia. Comunicaciones de voz. Telemetría y telecontrol de procesos distribuidos. Consulta a bases de datos. Monitorización de ventas y control de stock. Transacciones bancarias y control de tarjetas de crédito. Periodismo electrónico. Televisión corporativa.

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 Militares: Las redes VSAT han sido adoptadas por diferentes ejércitos. Gracias a su flexibilidad, son idóneas para establecer enlaces temporales entre unidades del frente y el HUB que estaría situado cerca del cuartel general. La topología más adecuada es la de estrella. Se usa la banda X, con enlace de subida en la banda de 7.9-8.4 GHz y con el de bajada en la banda de 7.25 - 7.75 GHz. 4.9.1.3

Capacidades de envío y recepción de las estaciones personales terrenas PES

La Red de PES consiste en un componente exterior (Outdoor) y un componente interior (Indoor). La unidad exterior (ODU) es una pequeña antena con una unidad de radiofrecuencia que permite la transmisión de señales desde el sitio remoto, y la recepción de las transmisiones desde el satélite (procedente de una estación terrestre remota). La función de la unidad exterior incluye la recepción de señal y la conversión descendente de frecuencias intermedias y la transmisión de la señal y conversión ascendente a frecuencias de radio. El tamaño de la antena depende de las velocidades de datos requeridas y la disponibilidad de cobertura por satélite. El segundo componente de la red PES es la unidad interior Digital (DIU) que convierte las señales hacia y desde las frecuencias de banda base y proporciona interfaces de equipo de usuario. Múltiples protocolos se soportan permitiendo interfaces para una variedad de procesamientos de datos y equipos de cómputo. El video se transporta de forma independiente de los datos y de voz. Un ejemplo de esto es mostrado en la figura.

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Terminales Terminales

Terminales para VIDEO

CONTROLLER

FEP/ HOST

Banda Base VSAT

ESTACION TERRENA Modem

Router

PABX

PABX

Fax Telefonos

Telefonos

CPD

Figura 4.18. Red General de TX y Rx de datos independientes al video.

Los platos de las antenas PESs permiten una capacidad limitada para enviar datos a través de la antena parabólica. Sin embargo, la velocidad a la que estos platos pueden enviar información es limitada dependiendo del tamaño del plato. Un plato de dos metros sólo puede enviar a 9600 bps, un buen respaldo, pero inadecuada para el acceso de salida de cabecera si el sitio tiene una gran cantidad de información que golpea a los servidores web (como la SLQ). El tamaño del plato puede variar según la tasa de transferencia de datos requerida y necesaria para una operación. El PES apoya eficazmente aplicaciones intensivas de datos y ofrece excelentes tiempos de respuesta de las aplicaciones interactivas. La capacidad se asigna a los sitios en demanda, lo que garantiza tiempos de respuesta óptimos. Soluciones basados en satélites que usan PES dentro de su arquitectura de red se adaptan a una amplia gama de aplicaciones y requisitos, incluyendo: • Creación de redes de área amplia “WAN” • LAN de trabajo de Internet • Transferencia de archivos / Batch • Transacciones Financieras. • Las aplicaciones cliente / servidor • Internet / Intranet de acceso • Videoconferencia

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• Conexiones Punto-a-Punto. • Seguimiento Telemetría y Control (TT & C) • Conectividad Nacional e Internacional • Control de inventario y gestión de pedidos • Las operaciones en cajeros automáticos • Las aplicaciones interactivas • Voz, fax y datos de redes • Telemedicina • Difusión de Video  Características: • Técnicas de acceso satelital avanzadas que asignan capacidad bajo demanda de forma óptima por sesión. • Antena típica de 1, 1.2, 1.8 metros. • Permite una fácil expansión de la red de satélites mediante la adición de sitios remotos o puertos por sitio. • Múltiples opciones de protocolos compatibles con una amplia gama de tipos de terminal de usuario al mismo tiempo. • Capacidad LAN integrada, que permite la transmisión eficiente en amplias zonas. • El equipo es durable y asegura operaciones fiables continuas. Las operaciones de gestión de red y monitoreo se realizan en el Centro de Control de VSAT (VCC), que tiene la responsabilidad primaria para el seguimiento de la red, la configuración de estadísticas de red de vigilancia y control en general. Todos los componentes críticos son completamente redundantes y con personal 24 horas al día. La disponibilidad de la red mínima garantizada es de alrededor de 99.5%, y el tiempo medio entre fallos de sitios remotos PES es de 40 horas. En las grandes estaciones terrenas, los Hubs compartidos manejan la información entrante desde las redes públicas de conmutación y conexiones directas permanentes, las cuáles se multiplexan y se convierten en frecuencia de radio que son enviadas hasta los satélites. Finalmente, es importante señalar que una mezcla de ambas capacidades comerciales y de defensa es ventajoso debido a que las redes seguirán respondiendo a las necesidades de comunicación en tiempos de paz, permitiendo

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a los Departamentos de Defensa al mismo tiempo un aumento de la capacidad para satisfacer las necesidades en tiempos de guerra. Por ejemplo, los resultados de los estudios de la Iniciativa Comercial de Comunicaciones por Satélite en EE.UU. demuestran que el Departamento de Defensa se puede beneficiar de una mayor participación de SATCOM comercial en apoyo de una amplia gama de Comando, Control y Comunicaciones (C3) y misiones de inteligencia. Como resultado, el Departamento ha iniciado un agresivo programa para implementar un programa SATCOM comercial basado en las recomendaciones de la industria y la dirección del Congreso. Hay una serie de nuevos proyectos piloto (Órbita Intermedia Circular (OIC) de banda estrecha, banda ancha Teledesic, y Global Broadcast System GBS) que será implementado en los próximos dos decenios para proporcionar con eficacia los nuevos servicios comerciales para el Departamento; también el Departamento ha emitido una política para el uso de los servicios SATCOM comerciales que guiará el futuro. 4.9.2 Beneficios e inquietudes de los sistemas de banda ancha 4.9.2.1 Beneficios Una de las ventajas, además de proporcionar comunicaciones globales para los satélites en la órbita geoestacionaria es el coste económico asociado a su desarrollo, implementación y servicio. En comparación, Hughes puede construir un sistema global por un costo de US $ 4 mil millones y desplegar cerca de 30 satélites mientras que el costo Teledesic se aproximará a $ 9 mil millones para una constelación de casi 300 satélites. Otra ventaja de la tecnología GEO es que las estaciones de tierra pueden ser relativamente simples, ya que sólo deben dirigirse a un punto fijo en el espacio. (Sin embargo, el seguimiento de los satélites GEO son relativamente fáciles y podrían llevar a un bloqueo o ataque informático por el cual un adversario no autorizado puede pretender ser un usuario autorizado y tener acceso a la red, y de esta manera realizar un sabotaje del sistema.) La movilidad es también una ventaja clave y una de las principales razones por las cuales la tecnología inalámbrica llegó a existir. Las señales se irradian en un entorno de espacio libre y cualquier persona puede recibir la señal en el área de difusión si están en una ubicación fija o en una unidad móvil que permite a los usuarios recibir información en el desempeño de las operaciones móviles. 4.9.2.2

Inquietudes

Hay varios factores que deben ser considerados en relación con el uso de satélites geoestacionarios con respecto a las operaciones de militares y las agencias de apoyo: la interoperabilidad, la vulnerabilidad, la seguridad, la congestión y la latencia. Para servir de ejemplo cuando el satélite PANAMSAT GALAXY 4 se salió de control, se interrumpieron los servicios de buscapersonas, TV, radio, y servicios dependientes de conectividad de información para millones de usuarios. La industria de paginación en particular dependía de este satélite para la conectividad y tardó días para que los usuarios puedan obtener el servicio. El ochenta a noventa

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por ciento de los localizadores de los Estados Unidos se vieron afectados por esta interrupción y aunque la compañía PageNet tenía un satélite de reserva, la transferencia de servicio tomó tiempo. Debe tenerse en cuenta que las áreas remotas tomaron más tiempo para recuperar el servicio completo. En su conjunto, la postura de seguridad nacional de varios países se ha vuelto o tiende a volverse cada vez más dependiente de su infraestructura de información y estas infraestructuras son vulnerables a la manipulación, la explotación y fallas catastróficas. La terminación inoportuna de las comunicaciones por satélite para una misión militar puede resultar desastrosa si la principal forma de comunicación depende de un sistema de satélites. Copias de seguridad siempre deben estar en su lugar y listas para transferir el servicio en una manera oportuna. Una nota clave para el satélite Galaxy 4 es que las áreas remotas fueron los últimos en recuperar el servicio completo. Esto es fundamental en el desarrollo de planes de contingencia para la pérdida o terminación de la comunicación a través de la tecnología satelital. 4.10

ANALISIS DE MERCADO

Con el fin de tomar una decisión informada sobre cualquier estrategia de Telecomunicaciones inalámbricas para operaciones de defensa, este punto, hace una revisión y comprensión de los mercados y sus tendencias. Un enfoque que parece tener un gran sentido común en términos de obtención de información general y en el establecimiento de las tendencias del mercado se llama una evaluación de la demanda del mercado de las telecomunicaciones inalámbricas. Una evaluación de la demanda es el primer paso para tratar de llevar a cabo una evaluación de las fortalezas, debilidades, oportunidades y amenazas. Por tanto, este punto presenta una evaluación para todos los servicios y aplicaciones inalámbricas en términos del pasado, presente y futuro. 4.10.1 Demanda El continuo crecimiento y expansión de los servicios inalámbricos tienen unas elevadas probabilidades de continuar con su expansión. Hay mercados inalámbricos creciendo para la educación y las actividades de entrenamiento, para la salud y los servicios médicos, para los negocios, la economía, para las actividades de información y para energía y transporte de aplicaciones. Tendencias actuales también están asociadas con el trabajo policial, la justicia criminal, los servicios humanos y en general con el desarrollo social. Sin embargo, no es aún muy claro los patrones relacionados a la parte militar y las operaciones de defensa que se llevan adelante en relación a un desarrollo de mercado. Estas áreas de mercado pueden parecer muy modestas dentro de la parte militar. Más al contrario, parece más significativo que los sectores de la economía global y los países desarrollados, los cuales son los mayores usuarios de la información y las telecomunicaciones, estén más orientados hacia el comercio mundial y hacia las ganancias de productividad. Son estas áreas en las que el mayor crecimiento puede ser anticipado, independientemente si los servicios son de tecnología cableada o inalámbrica.

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En las décadas pasadas los países de la Organización de Cooperación Económica y Desarrollo (OECD), se movieron a través de economías de servicio que sirvieron como combustible para el crecimiento de las Telecomunicaciones, incluida la inalámbrica. Al mismo tiempo, las telecomunicaciones crecieron con el desarrollo, industrialización y globalización de los países del mundo. Apoyados en parte por subvenciones de desarrollo y préstamos que ayudaron al rápido crecimiento del área. En general, estos avances en términos absolutos han cerrado la brecha de manera significativa sólo para los más avanzados de los países en proceso de industrialización, como Singapur, Taiwán, Hong Kong y Corea del Sur. Por otra parte, estos avances para los países en desarrollo han sido por lo general en los sistemas de cableados en contraposición a la tecnología inalámbrica. En la siguiente figura se puede observar el crecimiento de las telecomunicaciones por región y los accesos y los gastos con referencia a las TIC’s12.

Figura 4.19. Comparación de crecimientos en las telecomunicaciones

En el caso específico de Bolivia las telecomunicaciones tuvieron un crecimiento significativo en las últimas décadas, este crecimiento se ve reflejado en los millones de bolivianos que se generan por las telecomunicaciones y en el movimiento económico que ésta genera. La siguiente figura expresa de mejor manera esta situación detallando los ingresos por diferentes servicios ofrecidos por las empresas de telecomunicaciones desde el año 1999 hasta el año 201213.

12

HTTP://WWW.RAMONMILLAN.COM/TUTORIALES/PLANMARKETINGGRUPOTELEFONICA_PARTE1.PHP

13

http://www.telecombol.com/2012_12_01_archive.html

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12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Otros

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 1148 1198 1224 1271 1314 1756 2246 2866 3389 3808 3823 4186 4519 4793

Telefonia movil

388 421 480 635 829 949 1146 1389 1733 2382 2806 3295 4055 4991

Servicios con valor agregado

30

7

15

7

6

27

Internet

23

45

62

69

87

107 176 210 251 306 371 431 487 550

Telefonia Local

490 523 238 453 479 460 479 467 443 450 424 415 400 391

Telefonia Local

Internet

50

Servicios con valor agregado

67

126 188 321 559 757 1024

Telefonia movil

Otros

Figura 4.20. Evolución de ingresos en el sector de Telecomunicaciones en Bolivia en millones de bolivianos.

Si la tecnología cableada o la tecnología inalámbrica impulsarán el futuro de las telecomunicaciones ha sido objeto de una gran cantidad de análisis y comentario dentro de las telecomunicaciones. En particular al menos dos puntos de vista son proporcionados en las siguientes figuras14.

Figura 4.21. Negroponte Flip

14

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Figura 4.22. Pelton Merge

Estos dos puntos de vista han sido llamados “Negroponte flip” y “Pelton Merge” respectivamente. En el Negroponte Flip se observa un repentino y radical cambio del uso de tecnologías que tenían base en parte alámbrica y los servicios que ésta prestaba – como voz y datos – a las oficinas o residencias particulares; éstas tecnologías fueron y serán reemplazadas con mayor intensidad y rapidez por conexiones celular y PCS en los próximas 10 a 15 años. En esta figura también se observa que los servicios cambiarán durante este mismo periodo de tiempo de emisiones televisivas realizadas por el aire dentro de nuestra atmósfera a televisión por cable. En muchos aspectos, esto sugiere una victoria de la tecnología por fibra óptica sobre la tecnología satelital o sobre las transmisiones por aire, y una mucha mayor ganancia para el ESMR, PCS, y los servicios de tecnología digital celular. Más al contrario, la figura de Perton Merge sugiere un cambio menos dramático dentro de las tecnologías. Esto a su vez sugiere un cambio más gradual en los perfiles de servicio al cliente, en aplicaciones de consumo y empresariales reales, o en los cambios de frecuencias. Como resultado, este escenario más conservativo, predice que habrá ganadores y perdedores para ambos; tanto en la tecnología alámbrica como en la inalámbrica, pero el verdadero ganador pueden ser los sistemas híbridos que integran ambos sistemas. Mientras algunos cambios pueden y ocurrirán, el Pelton Merge sugiere que la hibridación será el resultado más completo y acertado de esta batalla de sistemas alámbricos vs. Los inalámbricos. 4.10.2 Desventajas del sistema Negroponte Flip 4.10.2.1 Económicos El sistema – algo radical – que nos sugiere este flip – flop podría requerir billones o trillones de dólares de inversión, y como es de esperarse, ni los empresarios, ni los

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reguladores pueden estar de acuerdo con éste rápido y masivo nivel de inversión. Otros estudios realizados por las empresas de publicidad y las tendencias de compra de los consumidores no han identificado los productos o servicios con valor añadido nuevo suficiente para explicar los niveles masivos de nuevas inversiones en estos rubros. 4.10.2.2 Inversión no recuperable y el confortable “estatus quo” Un tremendo monto de bienes y servicios, facilidades, al igual de las atribuciones de frecuencias y licencias podrían ser prematuramente abandonadas, transferidas, o substancialmente modificadas. 4.10.2.3 La tecnología obsoleta tiene una fuerza de retorno Sistemas experimentales han mostrado vías de envío de 100 megabits por segundo sobre alambre de cobre, un método conocido como ADSL. La obsoleta línea de teléfono que va a nuestros hogares aún puede proveer y cubrir la demanda de múltiples canales de televisión y video. Los nuevos satélites de órbita baja, por ejemplo, pueden crear una nueva baja latencia del servicio de telecomunicaciones de alto rendimiento que ha demostrado ser muy atractivo; y si las extendidas compañías telefónicas ingresaran al mercado de la televisión por cable, el servicio DBS como el de DirecTV daría grandes éxitos. En ningún caso, el futuro de las telecomunicaciones parece estar dirigido por la fusión, el solapamiento y la reestructuración de las 5 compañías; representadas por comunicaciones, televisión por cable, computadoras, contenido informático, y consumo electrónico. Al hacerlo, se podría en particular anticipar que las compañías telefónicas, las industrias de televisión por cable, y los emisores empezarían a fusionarse. Nosotros debemos investigar una vieja proyección que fue tomada en 2001 para examinar la predictibilidad de ciertos mercados y para evaluar la razón de las tendencias actuales que hoy están vigentes. Un desglose de los servicios esenciales en el ámbito de las telecomunicaciones inalámbricas se proporciona en las siguientes tablas15. Descripción de servicio

DBS PCS/CELULAR (abonados) Telefonía basada en cable Televisión por cable/ Televisión inalámbrica (Satelital, LTE, etc.) TV integrada por cable/ Servicio telefónico 15

Nuevas redes en los hogares

Crecimiento en porcentaje, Anual Bajo Alto 12 25 18 30

Bajo 7M 17M

Alto 20M 32M

-4M 5M

3M 7M

-2 3

2 5

4M

5M

7

10

Harell, Wireless Telecommunications

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TV UHF/VHF por espacio libre (aire) Servicio móvil celular por satélite LAN’s inalámbricas/ PABX’s inalámbricos Descripción de servicio

DBS PCS/CELULAR (abonados) Telefonía basada en cable Televisión por cable/ Televisión inalámbrica (Satelital, LTE, etc.) TV integrada por cable/ Servicio telefónico TV UHF/VHF por espacio libre (aire) Servicio móvil celular por satélite LAN’s inalámbricas/ PABX’s inalámbricos

-15M

-25M

-12

-20

2M

3M

10

13

2M

3M

8

12

Nuevas redes en los hogares Bajo 15M 35M

Alto 25M 45M

Crecimiento en porcentaje, Anual Bajo Alto 10 15 15 21

8M 11M

12M 16M

2 4

3 7

9M

15M

10

15

-20M

-32M

-10

-12

4M

6M

10

13

3M

4M

7

10

Tabla 4.10. Servicios esenciales

Esta gráfica combina las estimaciones de unos 20 expertos, tanto para los Estados Unidos y los países de la OCDE. En los países en vías de desarrollo, el crecimiento en las telecomunicaciones es sin duda rápido. Pero esto aún no se traduce en un rápido crecimiento dentro del mundo de los sistemas inalámbricos. En las sociedades de los países en vías de desarrollo, durante los 80’s y 90’s, la inversión realizada en servicios inalámbricos terrestres fue muy limitada. Servicios basados en las radiocomunicaciones en estos países se han centrado en gran medida en algunos sistemas de emisión de radio y televisión vía satélite nacional, regional, e internacional (por alquiler)16. En resumen, las tendencias mundiales de las telecomunicaciones globales y desarrollo de la tecnología de información están bien establecidas y documentadas por una amplia gama de datos estadísticos. El incremento de todas las formas de telecomunicaciones y de las tecnologías de la información no está en duda. En general, las telecomunicaciones se han expandido a más de dos veces más rápido que la economía mundial global, mientras que los servicios inalámbricos se han expandido más de tres veces más rápido, especialmente dentro de los países de la OCDE. Pero la cuestión más difícil es saber si la tecnología alámbrica o la 16

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inalámbrica ganarán la una sobre la otra; o si nuevas aplicaciones o tecnologías surgirán en un mundo en el que los pasos tecnológicos son muy adelantados, en especial si hablamos de las telecomunicaciones. Incluso, pueden surgir muchas otras preguntas con referencia a estas tecnologías, su desarrollo en el futuro y su impacto en los aspectos sociales y económicos de nuestro planeta. El campo general de las telecomunicaciones y en especial el de las comunicaciones móviles está acosado por muchas fuerzas de cambio, tanto desde dentro y desde fuera de su entorno. Hoy en día las principales fuerzas de cambio pueden estar regidas por seis factores de cambio, estos factores son: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Convergencia Globalización Avances tecnológicos Nuevas formas de competición Cambio en los patrones de demanda y mercados Desregulación y liberalización

Al mismo tiempo que este proceso de convergencia ocurre, entonces el Pelton Merge de la tecnología alámbrica e inalámbrica dentro de los sistemas híbridos también podría acelerar. Lo que es aún más significativo es que los más optimistas cambios no reflejan la idea de un cambio repentino y dramático en los términos flip – flop del perfil total de la industria de las telecomunicaciones. Esta observación aplica tanto a los países de la OECD como de los países en vías de desarrollo. Una observación clave adicional es que el aumento más grande, a saber, en el área de PCS que también debe ser considerada la más incierta. Esto es porque es en esta área donde lo más desconocido existe; esto incluye la falta de claridad con respecto a los naturales estándares del servicio, la demanda del mercado, las soluciones técnicas, y la estructura de carga. Estas proyecciones indican un rápido crecimiento de más segmentos del mercado inalámbrico. Esto sugiere que hay poco en las tendencias de hibridación para frenar la propagación de la tecnología alámbrica, o de las comunicaciones por espacio libre. De hecho, esto puede dar lugar a estímulos mutuos, ya que facilitan las necesidades y demandas de una diversa base de clientes. Los ejemplos mostrados en las tablas anteriores sobre el mercado de las telecomunicaciones, reflejan que habrá varios cambios en los servicios en los próximos años. Estas proyecciones son aparentemente correctas porque nosotros actualmente estamos viendo y experimentando los cambios tecnológicos y los cambios en las tendencias de los diferentes mercados envueltos en este rubro. Aun así, las tablas estaban en el contexto de las tendencias de crecimiento actuales de la tecnología alámbrica y la tecnología inalámbrica; éstas también asumen que las empresas de servicios de la telefonía alámbrica comenzarán a ofrecer servicios de televisión por cable a los hogares mediante las líneas ya conocidas, y también estas mismas tienen una gran probabilidad de ofrecer servicios de televisión satelital (lo cual ya se puede observar en algunas cooperativas telefónicas en Bolivia).

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4.10.3 Factores del mercado que servirán como un freno a los cambios rápidos que se producen en el campo de las telecomunicaciones Habiendo realizado un análisis, se pudo identificar al menos siete factores que parecen inhibir o retrasar la tendencia a largo plazo hacia el cambio "alámbrico a inalámbrico" y/o viceversa. Estos factores clave identificados en el proceso de la encuesta son los siguientes. 4.10.3.1 Necesidad de una nueva distribución de frecuencias para la tecnología digital celular y PCS. Este tema es muy delicado y se maneja dentro de las normativas internas de cada país. Recordemos que el espectro de frecuencias es un recurso natural limitado, por lo que si nuevas tecnologías y servicios aparecen, la necesidad de gestionar mejor este recurso surge inmediatamente. En Bolivia, actualmente hay nuevas frecuencias de ser asignado a las comunicaciones móviles mejoradas. Del mismo modo, la mejora de las técnicas de reutilización de frecuencias se está desarrollando y mejores sistemas de compresión digital, se están implementando. Sin embargo, actualmente las frecuencias disponibles en el mejor de los casos solo podría soportar una fracción de la demanda si la tecnología digital celular se convertiría en la principal fuente de servicios en lo que a telecomunicaciones se refiere. Esto es esencialmente cierto si PCS se implementa con tamaños de celdas grandes que las celdas micro originalmente concebidas. Esto al parecer, es la hipótesis más probable. 4.10.3.2 Atribución de Frecuencias creados para radio, televisión, sistemas militares Nadie con inversión no recuperable, una base de clientes establecida, una amplia difusión de equipos en los usuarios, y teniendo un mercado establecido se acomodaría o rendiría fácilmente a nuevas tendencias tecnológicas o del mercado puesto que ellos se encuentran en una zona de confort muy satisfactoria. La parte militar y los emisores por espacio libre, quienes son los que tienen la asignación de frecuencias y en algunos casos son los que controlan estas asignaciones por tener prioridades (defensa), no renunciarán a sus frecuencias asignadas sin una lucha y una compensación razonable según establecen las leyes. Bien puede haber estrategias a largo plazo para la migración de menor a frecuencias más altas o de tecnología inalámbrica para cableado, pero esto probablemente implicaría diez a veinte transiciones año, y no tres a cinco. Al igual que en el caso de los servicios de 28 GHz o superior, existe una fuerte oposición a las reasignaciones de frecuencia de usuarios de satélite y otros. 4.10.3.3 Tasas de aceptación del cliente Con la mayoría de los nuevos productos y servicios, por lo general hay un período de experimentación con emprendedores probando sus nuevas ofertas. Esto a menudo es seguido por el principal de los consumidores en general, y finalmente, un puente se encuentra entre los innovadores y el mercado. Después de alcanzar una base de quizás diez por ciento, el verdadero perfil de marketing masivo entra

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en juego. En el área de nuevos productos y servicios de telecomunicaciones, los mercados precursores son muy importantes. Sin embargo los consumidores son cautelosos y la aceptación de nuevos productos y servicios, simplemente no sucede rápido o a veces no sucede. En los servicios de telecomunicaciones como en la mayoría de los patrones del mercado un efecto de curva de campana se ve normalmente. 4.10.3.4 Disponibilidad del sistema y seguridad Hay varios factores clave a tener en cuenta con respecto a estas cuestiones, y son los siguientes: 







La comunicación inalámbrica, por estar basada en transmisión por espacio libre en lugar de un conducto físico tiene una mayor oportunidad de sobrevivir a un desastre, por ejemplo si consideramos inundaciones, incendios, terremotos, volcanes, tornados y huracanes. La seguridad es un asunto mucho más complicado. Los sistemas digitalmente cifrados están probablemente bien asegurados, independientemente de los medios de transmisión. (Algunos sienten que la fibra es mucho más segura que la transmisión de radio en el espacio libre, pero el hecho es que la fibra también puede ser interceptada en al menos seis formas diferentes. Las Tx por radio frecuencia, obviamente, pueden ser interceptadas más fácilmente, pero entonces no hay sentido falso de seguridad proyectada; que la fibra nos da. Mientras tanto, la preocupación pública por la protección de su privacidad está en su punto más alto. Las encuestas realizadas a partir del año 2001 muestran que el 83 por ciento de los encuestados estaban preocupados por su privacidad personal y el 53 por ciento estaba muy preocupado. En comparación con encuestas realizadas años anteriores (80’s 90’s) que mostraron personas 64 por ciento de personas con inquietudes y 31 por ciento de los encuestados estaban muy preocupados. El uso en tándem de la fibra y la tecnología inalámbrica es una de las mejores maneras disponibles para garantizar la redundancia y copias de seguridad en las tecnologías de las telecomunicaciones, y como tales, la tecnología alámbrica y la inalámbrica proporcionarían una "redundancia o hibridación" que podría ser útil para asegurar los niveles de alta disponibilidad de los sistemas. Las políticas nacionales y las pautas reglamentarias para garantizar la copia de seguridad y restaurabilidad de servicios de telecomunicaciones con fines públicos y militares efectivas se han desarrollado por el ente regulador boliviano ATT. Sin embargo, estos necesitan ser fortalecidos y mantenidos al día. En esta era, en la cual la tecnología da saltos gigantescos, esto será aún más crítico.

4.10.4 Estructura institucional y mercado de las telecomunicaciones en Bolivia La formulación de políticas en el sector de las telecomunicaciones en Bolivia corresponde al Ministerio de Desarrollo Económico a través del Viceministerio de

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Transportes, Comunicaciones y Aeronáutica Civil. La supervisión del sector es tarea de la Superintendencia de Telecomunicaciones (SITTEL), creada por Ley No. 1600 de 1994 en el marco del SIRESE. Las principales responsabilidades de SITTEL son la utilización del espectro electromagnético, la elaboración de normas técnicas para la explotación y mejora de los servicios de telecomunicaciones, la adopción de decisiones con respecto a las normas de contabilidad aplicables a los servicios de telecomunicaciones básicas y la aprobación de tarifas, entre otros aspectos. 4.10.4.1 Bolivia y la liberalización de los servicios en la Organización Mundial de Comercio (OMC). En el marco de la Organización Mundial de Comercio (OMC), Bolivia participó en las negociaciones sobre servicios de telecomunicaciones básicas y presentó una lista de compromisos en esta materia. Entre los más importantes están los compromisos sobre telecomunicaciones locales, de larga distancia e internacionales, con respecto a los cuales Bolivia acordó no imponer limitaciones al acceso a los mercados o trato nacional. 4.10.4.2 La apertura del mercado de telecomunicaciones en Bolivia Tanto por los compromisos adquiridos en la Ley de Telecomunicaciones como por los asumidos ante la OMC, a partir del 28 de noviembre del año 2001, el mercado de servicios locales en Bolivia quedará plenamente abierto a la competencia, donde ya no existirán monopolios. El objetivo es alcanzar el servicio universal en las áreas urbanas y rurales, mejorar la calidad del servicio y disminuir las tarifas en todas las áreas. La competencia libre y legal, con el menor costo regulatorio posible será el instrumento a través del cual se obtendrán dichas mejoras. El Plan de Apertura para el mercado de telecomunicaciones en Bolivia - aprobado mediante Decreto Supremo 26005 – autoriza a SITTEL a aplicar el procedimiento de otorgación directa de concesiones para la prestación de los siguiente servicios: telecomunicaciones locales; larga distancia nacional; larga distancia internacional; teléfonos públicos; distribución de señales y, transmisión de datos. Este Plan establecerá el acceso irrestricto de nuevos operadores con la finalidad de crear una competencia abierta que derive en una mayor cobertura de los servicios de telefonía e Internet a precios bajos. La apertura del mercado también posibilitará el ingreso de tecnología de punta. Los operadores deberán cumplir con parámetros técnicos que serán evaluados por la Superintendencia de Telecomunicaciones. Las empresas que ofrecen telefonía local, larga distancia nacional e internacional, a partir de la apertura de las telecomunicaciones rebajarán el costo de las llamadas. La apertura de las telecomunicaciones y transformación tecnológica facilitará el acceso a Internet. Cada operador estará obligado a aportar el 3,5 por ciento de sus ingresos brutos anuales con la finalidad de lograr un acceso universal a la telefonía. Con estos fondos se posibilitará el acceso comunitario a los telecentros donde se

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instalará una terminal para teleducación y telesalud. 4.10.4.3 La red de fibra óptica en Bolivia ENTEL cuenta con una red de fibra óptica17 que se encuentra instalada en siete departamentos de los nueve que conforman la República de Bolivia. Esta conexión ha permitido ampliar las comunicaciones, no sólo al interior del país sino también al exterior del país. ENTEL ya tiene construida su red de fibra óptica con una extensión de 3.200 kilómetros que conecta a las ciudades de La Paz, Cochabamba, Santa Cruz, Sucre, Tarija, Potosí y Oruro. En los departamentos de Beni y Pando no habrá conexión de fibra óptica debido al elevado costo que ésta significa. En estas dos regiones no existe un mercado significativo que justifique dicha inversión. Sin embargo, estas dos regiones están comunicadas vía satélite. Bolivia, a través de ENTEL, se conecta por fibra óptica con Tambo Quemado y Chile. Este país a su vez se conecta con el cable Panamericano en sistema Modo de Transfetencia Asincrónica (ATM)18 y éste permite conectar al país con el resto del mundo. Actualmente, frente a la apertura de las telecomunicaciones, ENTEL se disputa el negocio de las conexiones en Bolivia con la empresa americana AES. AES Communications Bolivia19 se constituye en la primera competidora de la Empresa Nacional de Telecomunicaciones (ENTEL) en la oferta de telefonía de larga distancia nacional e internacional. Esta empresa comenzará a operar en telefonía de larga distancia a partir del 28 de noviembre del 2001, cuando el mercado de telecomunicaciones de Bolivia se abra a la libre competencia. La empresa AES ha proyectado instalar 1.900 kilómetros de fibra óptica entre

17

La fibra óptica apareció en 1951. Luego de 20 años la compañía Corning Glass fabricó un tipo de fibra que no presentaba pérdidas. En la de los años 80 se obtuvo una fibra con una pérdida cinco mil veces menor a la que fue creada en 1951. La materia prima para la fabricación de la fibra óptica es la arena de cuarzo, de la cual se obtiene el vidrio que es procesado en forma análoga al laminado de metales, hecho de un cristal de alto grado de transparencia. El proceso permite obtener hilos muy finos que requieren un recubrimiento. Las fibras ópticas son múltiples, es decir, un solo cable está conformado por varias fibras. Tiene muchas ventajas, entre ellas: elevado ancho de banda con lo que se puede llevar mucha información por una sola fibra. Inmunidad ante las tormentas electromagnéticas. Aislamiento eléctrico, ya que la fibra no es conductora de electricidad. Protección de la información que se envía por la fibra. La fibra óptica es un conductor, un vidrio que utiliza la luz como medio de transmisión y no sufre interferencia electromagnética. Es un cable transmisor de luz. La luz viaja por medio del vidrio a 300.000 kilómetros por segundo, convirtiéndose éste en un perfecto medio de transmisión óptico de informaciones tales como datos, voz y sonido. 18

ATM – Sistema que transporta datos, imagen y sonido en tiempo real.

AES Communications Bolivia - filial del grupo energético estadounidense “The AES Corporations (NYSE:AES) – opera en 32 países con 130 proyectos, gran parte de los cuales son del área de energía. 19

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Corumbá, Santa Cruz, Cochabamba, La Paz y Tambo Quemado. Esta red unirá al océano Atlántico con el Pacífico y entrará en operaciones en septiembre del año 2001. Como consecuencia, Bolivia tendrá hasta fin de año dos redes de fibra óptica a disposición de las empresas y usuarios que las necesiten. De esta manera, el país se convertirá en el eje de las telecomunicaciones en Sudamérica. Esa situación estratégica ha motivado que dos empresas, como ENTEL y AES, que tienen el apoyo de grandes transnacionales, ejecuten proyectos ambiciosos con altas inversiones para tender sus respectivas redes. Por ello se explica que Bolivia, con un mercado tan pequeño, pueda darse la oportunidad de tener dos redes de este tipo. En la siguiente figura, se pueden observar las conexiones de fibra óptica en Bolivia20.

Figura 4.23. Conexiones de fibra óptica en Bolivia

ENTEL cuenta con una red que va desde La Paz hacia Tambo Quemado (frontera con Chile), mientras que desde Tarija nace otra red hacia Yacuiba (frontera con la Argentina). Finalmente, se tiene planificado conectar otra desde Santa Cruz hacia Puerto Suárez. A través de esta conexión se podrá obtener lo que se llama: “los grandes anillos ópticos”.

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ALADI (Asociación Latinoamericana de Integración), Situación del comercio electrónico en Bolivia

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Figura 4.24. Utilización de Fibra Óptica América Latina

En la figura 6 se puede apreciar las conexiones de Bolivia con los países vecinos. Si bien la mayor red de cableado corresponde al hemisferio norte, en el sur se están haciendo esfuerzos importantes para tejer una red de fibra óptica que achique las distancias y facilite las comunicaciones. En América Latina, las redes más importantes hasta la fecha son el Columbus 1-2 y el Rioja, que comunican el nuevo continente con Europa y Africa respectivamente; el América y el St. Thomas que conecta a Estados Unidos con el Caribe, Brasil y Venezuela; y el Unisur que une zonas del Brasil, con el Río de la Plata y conecta por tierra con el Pacífico vía Chile, además de otros tendidos terrestres que empalman los espacios marinos21. 4.11 Evaluación del mercado mundial de las telecomunicaciones inalámbricas El mercado mundial de las telecomunicaciones está realmente en una vía no monolítica, y de hecho está dividida en muchos sub mercados discretos. Ignorando esta segmentación, hay issues macro claves que caracterizan las tendencias globales con referencia a las comunicaciones inalámbricas.

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ALADI (Asociación Latinoamericana de Integración), Situación del comercio electrónico en Bolivia

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El mundo de las telecomunicaciones está convirtiéndose rápidamente en un sistema más interconectado y global; con proyectos que tienden a conectar todas las áreas del mundo, estos proyectos vienen desde el lanzamiento de satélites, hasta proyectos mucho más innovadores como los drones con antenas. Obviamente, todos estos proyectos vienen a ser limitados por la parte económica. Hoy en día hay muchas inconsistencias en la distribución y uso de las frecuencias para las comunicaciones inalámbricas y hay grandes diferencias significativas entre las distribuciones y las leyes o los estándares de uso. Frecuencias usadas por televisión y comunicaciones móviles también son usadas para comunicaciones de larga distancia HF y VHP en el llamado mundo desarrollado. GSM ha ganado amplia aceptación como un servicio celular digital. Esta norma GSM utiliza Time Division Multiple Access para proporcionar el servicio en toda Europa, Latinoamérica y muchas partes de Asia. Ahora se ha establecido como un servicio eficiente y confiable utilizado por varias compañías de telecomunicaciones para proveer sus servicios móviles. En América del Norte, sin embargo, hay una serie de opciones que incluyen Specialized Mobile Radio, y sistemas de servicios de telefonía móvil analógica (AMPS) que se están convirtiendo rápidamente en sistemas obsoletos. Hace algunos años, la Comisión Técnica Mixta adoptó normas múltiples PCs que incluyen tanto los sistemas CDMA y TDMA. Como ha ocurrido muchas veces en el pasado, hay una clara perspectiva de que el mercado de telefonía móvil del mundo se dividirá por diferentes normas. Estas normas difieren principalmente sobre la base de las asignaciones de frecuencia, modulación, métodos de codificación y multiplexación y sistemas operativos. En el pasado, estas divisiones podrían haber implicado que los fabricantes locales o regionales de los equipos hayan promovido la diferencia en estándares con la esperanza de llegar a ser o permanecer dominantes del mercado en su área. Fabricantes de clase mundial con patrones de comercio mundial son expertos en la fabricación, comercialización, distribución y equipos de servicio y productos de ingeniería que cumplen con las normas locales o regionales. Muchos de estos ahora fabrican equipos que con un solo click pueden migrar de ciertos estándares a otros. En un tiempo corto, las normas de telecomunicaciones – aunque varían en las diferentes regiones del mundo – son hoy mucho menos que un obstáculo comercial. Durante décadas, la barrera no arancelaria era casi tan grande como una barrera de aranceles y derechos, pero debido a la mayor agilidad técnica y la flexibilidad de los fabricantes y los cambiantes contextos regulatorios, esto es ahora mucho menos cierto.

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CAPÍTULO 5 SOLUCIÓN PROPUESTA 5 SOLUCIÓN PROPUESTA 5.1 Descripción de la solución Las áreas de estudio que fue abarcando esta tesis hasta el momento fueron tocando temas importantes de las telecomunicaciones y el mercado en la cual se mueve desde el punto de vista inalámbrico y satelital. Es muy importante aclarar que todo lo que se mencionó hasta el momento fue para dar los conceptos y definiciones necesarias para poder comprender como funcionan las tecnologías inalámbricas y satelitales y la gran importancia que éstas tienen en el presente y su inevitable evolución y expansión para el futuro en las diferentes áreas de la vida humana; como es la ciencia, defensa, economía y otras. Es por eso que en este apartado se desarrollará la matemática necesaria para poner un satélite en órbita conjuntamente con sus estaciones terrenas y las tecnologías y aplicaciones que se pueden utilizar a partir de este sistema. Los sistemas que se están considerando para poder implementar estas tecnologías, en el área de defensa, son los satélites de órbita baja “LEO” y los de órbita geoestacionaria “GEO”. Ambos tienen sus ventajas y desventajas desde dos puntos de vista, costos y aplicaciones. En los siguientes puntos se describirán ambos sistemas. 5.2

Diagrama general

Dentro del diagrama, tenemos dos sistemas que se podrían implementar:  

Satélites LEO Satélite GEO

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5.2.1 Diagrama general con satélites LEO

Sistema de Satelites LEO

Access Point

Estacion en movimiento

Servidores

VSAT

Router

Estacion Terrena Gran Sistema

Firewall

Access Point

COMANDO CENTRAL, CUARTEL GENERAL O CAMPAMENTO

Figura 5.1. Diagrama general de Red usando un sistema de satélites LEO

En la figura se puede observar el diagrama general con 3 satélites de órbita baja “LEO”, necesarios para tener una huella suficientemente grande para cubrir 1098581 [km2] de superficie que tiene Bolivia. Se puede observar una estación terrena que es necesario para monitorear los satélites y mandar señales de control para corregir su órbita si fuera necesario; el comando central que consta de una red particular con firewall, un gran sistema de servidores y servidores secundarios que se conectan a routers para poder distribuir la señal y poder armar la red para esa unidad, cabe resaltar que la señal del satélite ingresa mediante antenas VSAT. También se puede observar una estación en movimiento que consta de vehículos modificados con antenas montadas en ellos y con un pequeño sistema de red que consta de un Access Point para poder distribuir la señal a diferentes equipos móviles (portátiles, celulares, tablets u otros) en un área controlada.

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Es necesario aclarar que este es un diagrama general que ilustra el funcionamiento y los equipos que serían necesarios para montar todo el sistema, pero que solo se están tomando en cuenta 1 campamento y una estación en movimiento lo cual variaría significativamente en la realidad ya que se pueden tener muchas más VSATs. 5.2.2 Diagrama general con satélite GEO

Sistema de Satelites GEO

Access Point

Estacion Terrena

Estacion en movimiento

Servidores

VSAT

Router

Gran Sistema

Firewall

Access Point COMANDO CENTRAL, CUARTEL GENERAL O CAMPAMENTO

Figura 5.2. Diagrama general de Red usando un satélite GEO

En el sistema GEO solo es necesario considerar un satélite ya que con uno solo a una altura de 36000 [km] se puede tener una huella que cubra toda la superficie de Bolivia. Las aplicaciones que se tienen son las mismas que para el satélite LEO, en lo que se refiere a Comando Central, Cuartel General, Campamento o Estación en Movimiento.

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5.3

Posible punto de localización de las estación terrena

El territorio Boliviano es amplio por lo que se podrían necesitar dos estaciones terrenas para poder monitorear y controlar el o los satélites. Sin embargo, para los fines que persigue este proyecto, aplicaciones militares, se debe tener en cuenta una ubicación estratégica por lo que se decide tener solo una estación base con varias antenas a diferentes azimuts y cubriendo ángulos específicos para el monitoreo y control del satélite o satélites. La ubicación más conveniente para este fin se encuentra en el departamento de Cochabamba, el cual se encuentra ubicado en el centro del país. Por lo que si nos enfrentáramos a un conflicto bélico se tuviera que atravesar todo el territorio por este, oeste, norte o sud para poder hacer afectar nuestras comunicaciones. En la siguiente toma satelital22 se puede observar el posible punto de localización de la estación terrena.

Figura 5.3. Localidad de Tolata – Cochabamba, Bolivia y posible localización de estación terrena.

Se ubicaría en la localidad de Tolata a 92 [km] de la ciudad de Cochabamba y circundado por 3 unidades de las fuerzas armadas de Bolivia; una del ejército (Regimiento Tolata de Infantería), otra de la Fuerza Aérea (Grupo de Especialización de Técnicos Aeronáuticos) y uno de la Armada (Escuela Naval Militar).

22

Google Earth, Software gratuito de descarga en http://www.google.com/intl/es/earth/download/ge/agree.html

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5.4 Sistemas Satelitales a implementarse 5.4.1 Sistema de Satélites de órbita baja LEO Las constelaciones de satélites LEO son las más apropiadas para una futura red de comunicaciones personales, por una característica muy importante que les permite comunicarse entre sí. A continuación se verá una serie de aspectos que caracterizan a los sistemas de satélites LEO, comenzando con una pequeña introducción de varias características generales que tienen que ser tomadas en cuenta a la hora del diseño del sistema, para pasar a ver aspectos más específicos del acceso múltiple a la red. 5.4.1.1

Características generales de los sistemas de satélites LEO. a. Número de satélites y de órbitas necesarias.

Una red de satélites diseñada con objeto de ser utilizada en una red de comunicaciones móviles tiene que cumplir el requisito de ofrecer una cobertura total del globo terráqueo. Como resulta obvio, el haz de un satélite a mayor altura proporciona una mayor huella que el de otro a una altura menor. Por lo tanto, el número de satélites necesarios decrecerá al aumentar la altura de la órbita que se elija. Lo mismo ocurre con el número de órbitas en el que deberán girar los satélites. Otro aspecto que hace variar el número de satélites requeridos es el ángulo mínimo de elevación con el que los terminales móviles deben recibir la señal del satélite. Estos dos hechos los podemos observar en la figura 35. En ésta también podemos ver que los diferentes sistemas existentes han sido diseñados con un mayor número de satélites de los necesarios, en parte para, que al haber un mayor solapamiento entre las huellas de los satélites, se pueda conseguir una comunicación más fiable.

Figura 5.4. Número de satélites para una cobertura global

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b. Hand-off. El hand-off (o hand-over) se produce en el momento en el que un usuario abandona, durante el transcurso de una comunicación, el área de influencia de un satélite para pasar a la de otro. El principal objetivo es mantener la comunicación, por lo que tiene que haber un mecanismo que asegure de que la conexión no se pierde. Este hecho es igual al caso de telefonía móvil celular terrestre, salvo en el hecho de que las estaciones base de ésta estén fijas y sea el usuario el que se mueve, mientras que en una red de satélites el terminal móvil puede considerarse fijo debido a la gran velocidad, respecto de la superficie de la Tierra, con la que se mueve el satélite. Esta alta velocidad del satélite, que para una órbita de 1500 km de altura es de 7,1[km/s], hace que el número de hand-off sea mucho mayor, siendo, por lo tanto, este aspecto más crítico que en el caso de la telefonía celular terrestre. c. Enlaces intersatélites. La posibilidad en los sistemas big-LEO de establecer una red entre los satélites, independiente de la red terrestre, mediante el uso de enlaces intersatélites (Inter Satellite Links - ISL), es una característica importante frente a los sistemas LEO. Estos enlaces posibilitan el diseño de un sistema independiente de la red terrestre, pudiendo, al menos teóricamente, ofrecer servicio aún en el caso de desastres naturales, como un terremoto. También facilitan el proceso de hand-off, y en algunos casos son necesarios para el funcionamiento de la red, como puede ser el caso de un satélite que sobrevuela un océano y no tiene ningún gateway terrestre a la vista. Estos enlaces se tienen con estaciones contiguas (al norte, sur, este y oeste) y es necesario decir que hay dos tipos de enlaces intersatélites, entre los de la misma órbita (intra-órbita) y entre los de dos órbitas distintas (inter-órbita). Los primeros son más fáciles de realizar, puesto que al girar en la misma órbita la posición relativa de los dos satélites es la misma en todo instante y el haz de la antena que lo posibilita puede permanecer inmóvil. En el caso de los enlaces inter-órbita la solución no es tan sencilla, necesitándose una redirección del haz de la antena. Es por esto que algunos sistemas de satélites LEO consideran los enlaces intra-órbita, mientras que no implementan enlaces inter-órbita. d. Número de satélites necesarios para cobertura local En el caso específico de Bolivia el número de satélites que se necesitarán es un máximo de 3 satélites para poder cubrir la superficie con un grado de fiabilidad elevado. 5.4.2. Satélite de órbita geoestacionaria GEO 5.4.2.1 Características de los satélites geoestacionarios Como ya se mencionó, los satélites geoestacionarios se ubican en la órbita geoestacionaria (GEO), la cual tiene características muy especiales con respecto a cualquier otra órbita utilizada para colocar satélites.

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La primera característica es que la órbita GEO es geosíncrona. Esto quiere decir que el periodo orbital de cualquier satélite que se encuentra en ella es de 24 horas, o sea que al satélite le toma un día completo en girar alrededor de la Tierra, mismo tiempo que tarda ésta en girar sobre su propio eje, por ello el satélite parece estar fijo en el cielo cuando se le observa desde la superficie terrestre. Para que la órbita pueda ser geoestacionaria se cumplen 2 cosas: la primera es que la órbita es circular, siendo el perigeo (punto de la órbita más cercano a la Tierra) y el apogeo (punto de la órbita más lejano a la Tierra) iguales, a diferencia de las órbitas elípticas que tiene un apogeo y un perigeo distintos; la segunda es que el llamado plano orbital, aquel en el que se encuentra la órbita, corresponde al plano ecuatorial, el cual divide la Tierra a la mitad, esta característica es la que diferencia a una órbita geosíncrona de una geoestacionaria, ya que la órbita geosíncrona puede no estar en el plano ecuatorial, por lo que tendría una inclinación con respecto a éste, en cambio se considera que la geoestacionaria tiene una inclinación igual a cero con respecto al plano ecuatorial.

36000 [km]

Línea Del Ecuador

Figura 5.5. Órbita geoestacionaria, ubicación respecto a la Tierra

La altura de la órbita GEO, mencionada con anterioridad, es de 35 786 km, en la cual los satélites deben girar en el mismo sentido que la Tierra a una velocidad orbital de 3.075 km/s, esta velocidad es tangencial a la órbita y permite que el satélite se mantenga en la órbita, de otra forma, con una velocidad menor, el satélite sería atraído a la Tierra, y por el contrario, teniendo una velocidad mayor, el satélite podría salir de la órbita hacia otras más lejanas y podría perderse. Claro está que hay muchos factores que afectan la posición del satélite en la órbita, por lo que este dato es solo teórico y solo sirve como una guía en la práctica. 5.4.2.2

Lanzamiento y puesta en órbita de un satélite geoestacionario

Al tener construido un satélite, el siguiente paso es llevarlo al centro espacial desde donde será lanzado, pero para ello es necesario saber los costos que conlleva su lanzamiento, los cuales dependen de distintos factores entre los cuales se incluye el ángulo de inclinación que debe tener el plano orbital, que para el caso de un satélite geoestacionario es igual a cero, la selección y costo del lanzador, y lo más importante, la selección del centro espacial utilizado para el lanzamiento.

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Para la selección del centro espacial es necesario conocer sus coordenadas geográficas. La razón es muy simple, tomando en cuenta el lanzamiento de un satélite geoestacionario, se debe colocar en la órbita GEO la cual es coplanar al Ecuador, lo que significa que entre más cercano al Ecuador se encuentre el centro espacial, la potencia para llevar al satélite hacia ese plano orbital será menor, por el contrario, entre más lejos se encuentre del Ecuador, se requerirá de mayor potencia ya que la inclinación con respecto al plano será mayor, por lo tanto se tendrá mayor gasto de combustible, lo que conlleva a un costo mayor en el lanzamiento. Para el caso de los satélites geoestacionarios, que son de gran tamaño y potencia, se necesitan los cohetes más poderosos, también debido a la altura de sus órbitas y a la velocidad a la que se necesitan acelerar los satélites para colocarlos en la llamada órbita de transferencia. La colocación de un satélite geoestacionario en órbita no es un proceso instantáneo, es todo un procedimiento muy cuidadoso y preciso que conlleva el uso de la llamada órbita de transferencia de Hohmann, nombre dado en honor al científico alemán Walter Hohmann, el cual dedujo una técnica para la colocación de satélites en órbita, dicho proceso se explica a continuación. Los satélites son lanzados desde la Tierra transportados en un cohete que se coloca en una órbita circular baja. En un punto de la órbita, que se considera como el perigeo, el cohete, en su última etapa, enciende el llamado motor de perigeo, el cual acelera al satélite para dejarlo en una órbita elíptica muy alargada conocida como órbita de transferencia, la cual tiene a su perigeo como punto común de la órbita circular baja en la que se encontraba el satélite, y a su apogeo como punto común de la órbita geoestacionaria. Una vez colocado el satélite en ésta órbita, debe llegar al apogeo, en donde, con el prendido del motor de apogeo, acelerará hasta llegar a una velocidad de 3.075 [km/s], para poder colocarse en la órbita geoestacionaria.

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Master en Dirección Estratégica en Telecomunicaciones Tecnología inalámbrica vía comunicaciones satelitales para la defensa en Bolivia Órbita Geoestacionaria

Órbita de Transferencia Geosíncrona

Encendido del motor de Apogeo

12758 [km]

300 [km] (Perigeo) 35788 [km] (Apogeo)

Figura 5.6. Proceso de colocación de un satélite en la órbita geoestacionaria

En general es un proceso fácil de explicar, sin embargo, el ponerlo en práctica es complicado, ya que se deben de tomar en cuenta muchos factores, por lo que se realiza un estudio previo de la relación entre el tipo de combustible, la eficiencia del motor y el incremento de la velocidad. También es importante tener en cuenta la dirección de la velocidad, ya que, en la realidad, no se realizan lanzamientos exactamente en el Ecuador, por lo que existe una inclinación que se corrige calculando la dirección de la potencia originada con la activación del motor de perigeo del cohete. Con todo esto, el tiempo en que un satélite tarda en colocarse en su órbita y comienza a funcionar lleva algunas semanas, esto sumado al tiempo de monitoreo que se tiene en el que se supervisa y evalúa si el satélite es completamente funcional porque, muchas veces, el viaje en el cohete puede llegar a dañar al satélite, lo que claro está dentro de la póliza de seguro que representa un gasto adicional a los costos técnicos de lanzamiento. 5.4.2.3

Posiciones orbitales de los satélites geoestacionarios

La órbita geoestacionaria es única en su tipo, ya que por sus características especiales, permite un gran desarrollo de las comunicaciones a grandes distancias, sin embargo, al ser sólo una órbita, se considera como un recurso muy demandado y que, a pesar de su perímetro de aproximadamente 265 000 km, longitud en la que se podrían colocar un gran número de satélites, tiene una capacidad limitada. La limitante es que los satélites usan antenas, las cuales tienen un cierto patrón de radiación. Si dos satélites están a corta distancia uno de otro, podrían llegar a interferirse debido a la radiación generada por sus antenas, por lo que es necesario

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colocarlos lo más lejos posible para impedir interferencias, pero hay que tomar en cuenta que la órbita estará poblada por muchos más satélites, por lo que se divide la órbita geoestacionaria en posiciones orbitales. La separación en grados entre satélites vecinos está regida por los niveles permisibles de interferencia radioeléctrica, con el fin de garantizar la buena calidad de la transmisión y recepción de cada uno, especialmente si funcionan en bandas de frecuencias similares. Se debe de tomar en cuenta que los patrones de radiación de las antenas de los satélites (generalmente platos parabólicos), deben cumplir con normas internacionales y los propietarios de los satélites vecinos deben vigilar y coordinar las posibles situaciones de interferencias mutuas, con el fin de evitarlas o reducirlas al mínimo, en particular cuando, por congestionamiento del arco, sus unidades estén físicamente más cerca de la media. Se considera como congestionamiento de arco a las zonas en que existe una alta densidad de satélites en una parte del arco de la órbita, por ejemplo en longitudes útiles como América o Europa. Las posiciones orbitales se determinan a partir de la posición de 0° sobre el meridiano de Greenwich, de allí se comienzan a determinar las demás hacia el Este o hacia el Oeste, por ejemplo el satélite Sátmex 5 está colocado en la posición 116.8° O. 5.5 Matemática y cálculos generales de puesta en órbita 5.5.1 Aspectos básicos Tsiolkovski definió que los vehículos de transporte espacial adquieren la energía necesaria para su movimiento a partir de un sistema de motores cohete, los cuales permiten el desarrollo de grandes velocidades con la transformación de la energía química de sus propelentes en energía cinética de gases de escape mediante el direccionamiento en un ducto propulsivo (tobera). La expulsión de una cantidad significativa de masa en poco tiempo (flujo másico) es lo que hace posible que los cohetes generen altas velocidades, acompañadas de fuerzas de empuje, pero limitados a causa del poco tiempo que dura la combustión. La ecuación que relaciona la masa y la velocidad del sistema con su cantidad de movimiento lineal es: 𝑷𝒎𝒐𝒎 = 𝒎𝑽

(4)

𝑫𝒐𝒏𝒅𝒆: 𝑷𝒎𝒐𝒎 = 𝒎𝒐𝒎𝒆𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒍𝒊𝒏𝒆𝒂𝒍 𝒅𝒆𝒍 𝒔𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂 𝒎 = 𝑴𝒂𝒔𝒂 𝑽 = 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅 Derivando ésta ecuación respecto al tiempo se obtiene: 𝑭𝒎 =

𝒅𝑷 𝒅𝒕

=

𝒅𝒎 𝒅𝒕

𝒗𝒆

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(5)

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Dando como resultado a Fm, que es la fuerza de empuje generada por el cambio del momentum del cohete respecto al tiempo, o el producto de la variación de masas dm/dt por la velocidad de salida de los gases respecto al vehículo representada por ve. En otras palabras el movimiento del cohete en una dimensión, sin considerar fuerzas externas, caso cohete ideal, y en función de la fuerza de empuje se puede expresar como: 𝑭𝒎 =

𝒅𝒎 𝒅𝒕

𝒗𝒆 = 𝒎̇𝒗𝒆 = 𝒎̇𝒈𝒐 𝑰𝒔𝒑

(6)

𝑫𝒐𝒏𝒅𝒆:

𝒎̇ = 𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 𝒎á𝒔𝒊𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒐𝒔 𝒈𝒂𝒔𝒆𝒔 (𝒕𝒂𝒔𝒂 𝒅𝒆 𝒔𝒂𝒍𝒊𝒅𝒂 𝒅𝒆 𝒎𝒂𝒕𝒆𝒓𝒊𝒂𝒍 𝒆𝒚𝒆𝒄𝒕𝒂𝒅𝒐 𝒑𝒐𝒓 𝒖𝒏𝒊𝒅𝒂𝒅 𝒅𝒆 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒗𝒆 𝑰𝒔𝒑 = , 𝒆𝒔 𝒆𝒍 𝒊𝒎𝒑𝒖𝒍𝒔𝒐 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒄í𝒇𝒊𝒄𝒐 𝒅𝒆 𝒍𝒐𝒔 𝒎𝒊𝒔𝒎𝒐𝒔. 𝒈𝒐 𝒈𝒐 = 𝑨𝒄𝒆𝒍𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒈𝒓𝒂𝒗𝒆𝒅𝒂𝒅 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒔𝒖𝒑𝒆𝒓𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆 𝒅𝒆 𝒍𝒂 𝒕𝒊𝒆𝒓𝒓𝒂. El cambio de la velocidad del cohete en el vacío depende entonces de la velocidad de expulsión de los gases y la pérdida de masa respecto al tiempo: 𝒅𝑽 = −

𝒅𝒎 𝒎

𝒗𝒆

(7)

En la siguiente figura podemos observar la dirección de los vectores velocidad del cohete V opuesto al vector velocidad de los gases de escape en la tobera ve.

Figura 38. Velocidad del cohete

Integrando la ecuación (7) en límites de la masa inicial del cohete mi y la masa final mf, para velocidades correspondientes a Vi y Vf, tenemos: 𝑽

𝒎 𝒅𝒎

𝒇 𝒇 ∫𝑽 𝒅𝑽 = − 𝒗𝒆 ∫𝒎 𝒊

𝒊

𝒎

(8)

𝒔𝒆 𝒐𝒃𝒕𝒊𝒆𝒏𝒆: ∆𝑽 = 𝑽𝒇 − 𝑽𝒊 𝒎

𝑽𝒇 = 𝑽𝒊 + 𝒗𝒆 𝐥𝐧 𝒎 𝒊

𝒇

(9)

Donde la velocidad final Vf depende de la fracción de masa consumida, o la relación entre masa inicial y la masa final.

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5.5.2 Ecuaciones de Movimiento Para modelar adecuadamente el movimiento del cohete se hace necesario comprender los parámetros físicos y matemáticos que lo regulan de la manera más aproximada posible. Por tal motivo, lo primero es entender el medio donde se está desplazando el vehículo, el fluido atmosférico y sus variaciones en función de la altitud debido a que genera las fuerzas aerodinámicas sobre el cuerpo del cohete que serán considerables para el análisis de la trayectoria de vuelo. También se hace necesario conocer las variaciones gravitacionales en función de la ubicación sobre la superficie de la Tierra así como su altitud; con ello se conoce la componente de la fuerza de peso para cada instante de tiempo considerando el cohete como un sistema de masa variable. Para conocer la ubicación del cohete se hace necesario establecer sistemas de referencia para fijar la posición del vehículo respecto al centro de masas de la Tierra, durante su ascenso y vuelo orbital. A lo largo de este apartado se describen las ecuaciones que rigen el movimiento del cohete teniendo en cuenta los parámetros mencionados anteriormente. 5.5.2.1

Modelo Atmosférico

Durante el ascenso del cohete a órbita es necesario que el vehículo atraviese la atmósfera del planeta Tierra. En esta etapa de vuelo sobre el cuerpo se generan cargas aerodinámicas producto de la presión dinámica, y la densidad atmosférica; en otras palabras, el fluido atmosférico genera fuerzas aerodinámicas sobre el cuerpo como el arrastre y la sustentación. Para modelar matemáticamente esas fuerzas que afectan la dinámica de la trayectoria de vuelo, se hace necesario incluir un modelo de la atmósfera terrestre para conocer las condiciones físicas del fluido como la densidad, presión y temperatura en función de la altitud geométrica. Existen varios modelos matemáticos para el modelamiento de la atmósfera terrestre que han sido creados a lo largo de los años, tales como la US Standard Atmophere, ISA (International Standard Atmosphere), Earth-GRAM (Earth Global Reference Atmospheric Model), MSISe (Mass Spectrometer Incoherent Scatter ), ICAO (International Civil Aviation Organization), ARDC (Air Research and Development Comand), entre otros (ANSI, 2004). El más reciente y avanzado es el modelo de la NASA Earth Gram 201023, un modelo global que depende de la latitud, longitud y achatamiento terrestre; también modela las corrientes que generan los vientos; sin embargo, este código es de acceso restringido al público en general ya que solo agencias espaciales y gubernamentales que tengan convenios con Estados Unidos pueden acceder al uso del modelo. Otro modelo utilizado actualmente por la organización de aviación civil internacional (OACI) es el ISA con límites de datos hasta los 32 km y el modelo completo hasta los 90 km de altitud (ANSI, 2004). El modelo de atmósfera estándar US 1976 de los Estados Unidos cuenta con datos hasta los 1000 km de altitud, pero el modelo matemático que describe las variaciones de presión y densidad en función de la altitud y temperatura no se encuentra completo.

23

http://see.msfc.nasa.gov/tte/model_gram.htm

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Es por tal motivo que actualmente el modelo más apropiado para aplicaciones que involucren satélites, cuerpos orbitando la Tierra y ascenso de cohetes a altitudes geométricas superiores a los 100 km sea el modelo ARDC1959 (Zipfel, 2007), que cuenta con la ventaja de que el modelo atmosférico OACI, estándar internacional (ISA) y el US1976 fueron creados en base al ARDC1959, contando con un modelo matemático que es utilizado en aplicaciones aeroespaciales actuales. Debido a que Bolivia no cuenta con investigaciones de una atmósfera estándar local, se utilizará el modelo atmosférico ARDC1959, cuya aplicación en códigos como el CADAC o ALTOS de simulación de cohetes cuentan con éste para el modelamiento atmosférico por su precisión y simplicidad. El modelo ARDC1959 define el cambio de las propiedades del gas como lo son la temperatura molecular T, presión P y densidad ρ en función del incremento de la altitud geométrica hg y la variación de la gravedad g. El incremento de la altitud geométrica representa una disminución de la gravedad a través de la siguiente ecuación: 𝑹𝒆

𝒈 = 𝒈𝒐 (

𝑹𝒆 +𝒉𝑮

)

𝟐

(10)

Donde Re es el valor del radio medio de la Tierra en el Ecuador (6378.14 [km]) y go la aceleración de la gravedad en la superficie terrestre a nivel medio del mar (9.8 [m/s2]). De esta manera se observa la aplicación de la ley de gravitación universal postulada por Newton, donde el valor de la gravedad varía inversamente en función del cuadrado de las distancias que lo separan. Utilizando los principios de la hidrostática, considerando la atmósfera terrestre libre de rotación, fuerzas de Coriolis, centrípeta, vientos y la incidencia de la radiación solar, la variación de presiones en función del cambio de altitud se representa como: 𝒅𝑷 = −𝝆𝒈𝒅𝒉𝑮

(11)

Simplificando la ecuación, dejando la gravedad como una constante para su integración, se expresa de la forma: 𝒅𝑷 = −𝝆𝒈𝒐 𝒅𝒉

(12)

donde la altitud geopotencial h es una variable que depende de la relación de cambio gravitacional y la altitud geométrica, dejando constante la gravedad a nivel del mar para integrar la presión en función de la altitud geopotencial, donde la relación de cambio de la altitud es: 𝒅𝒉 =

𝒈 𝒈𝒐

𝒉𝑮

(13)

Dando como resultado la dependencia del cambio entre las altitudes en función del cambio gravitacional de las ecuaciones (11) y (12):

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𝒉 = (𝑹

𝑹𝒆

𝒆 +𝒉𝑮

) 𝒉𝑮

(14)

Parte importante del modelo atmosférico es que no se basa solamente en un modelamiento teórico-matemático, sino que muchos datos utilizados fueron recolectados a lo largo de los años por cohetes sonda y satélites. Desde 1950 lanzaban a diario más de 80 cohetes sonda y globos atmosféricos en cinco bases militares ubicadas en Estados Unidos. Estos cohetes podían alcanzar una altitud de más de 1000 km en vuelo suborbital, almacenando datos de los cambios de temperatura en las diferentes capas de la atmósfera. Con este tipo de experimentación, se observó que en algunas capas la temperatura tenía un comportamiento de aumento o descenso lineal, denominándose regiones de gradientes térmicos; en otras, por el contrario, temperatura se mantenía constante, denominando a estas regiones como isotérmicas (ver tabla 12). La temperatura se encuentra relacionada con la presión y la densidad en un gas ideal a través de: P = ρRT

(15)

Siendo R la constante de gases ideales (para el aire 286;9 J/kg K). Se crean dos tipos de modelos de presión y densidad a partir del comportamiento térmico y del gradiente de temperatura L obtenido con las observaciones en las bases de cada región. El cambio en la temperatura respecto a la región donde se encuentre el cuerpo en la atmósfera se representa por: T = Tb + LM (h - hb)

(16)

Teniendo presente los valores de temperatura base Tb y altitud base h b (condiciones iniciales) para cada una de las regiones isotérmicas y gradientes. Para modelar adecuadamente el modelo térmico se deben conocer los valores de frontera o base relacionados con la altitud geopotencial obtenidos de la experimentación con sondas, que se observan en la siguiente tabla: Altitud [km] 0.0 - 11 11 - 20 20 - 32 32 - 47 47 - 51 51 - 71 71 - 86 86 - 91 91 - 1000

Pendiente [k/km] -6.5 0.00 1.00 2.80 0.00 -2.8 -2.00 0.00 12.0

Tabla 5.1. Datos correspondientes a los intervalos de altitud con sus correspondientes gradientes térmicos, modelo ARDC1959.

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En la figura se observan los cambios de temperatura de los modelos ARDC1959 y US1976, para una altitud geopotencial inferior a los 90 km.

Figura 5.7. Gráfica de Temperatura molecular vs. Altitud geométrica

El modelo completo de la temperatura representa un incremento lineal de la temperatura molecular para altitudes comprendidas entre los 91 [km] a 1000 [km] como lo muestra la figura 40. Dividendo la ecuación de la hidrostática (12) con la ecuación de los gases ideales (15) se obtienen dos soluciones de integración: una para las isotermas,

Figura 5.8. Temperatura vs. Altitud ARDC1959.

Es decir, cuando LM = 0, manteniendo las temperaturas constantes en función del incremento de altitud, y otra para zonas no isotermas cuando la temperatura cambia de manera lineal con la altitud. Utilizando las ecuaciones (12), (15) y (16), se definen

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el comportamiento de la presión y la densidad para el caso LM=0 como una relación exponencial del cambio de altitudes geopotenciales a una temperatura constante como: 𝑷 = 𝑷𝒃 𝒆 𝝆 = 𝝆𝒃 𝒆

−𝒈𝒐 (𝒉−𝒉𝒃 ) ] 𝑹𝑻𝒃

(17)

−𝒈𝒐 (𝒉−𝒉𝒃 ) ] 𝑹𝑻𝒃

(18)

[

[

Para las regiones gradientes, cuando LM ≠ 0, se modelan los comportamientos de la presión y densidad en función de la relación de cambio de las temperaturas y el gradiente térmico de las regiones no isotermas del siguiente modo: −𝒈

𝒐 𝑻𝒃 (𝑹𝑳𝑴 )

𝑷 = 𝑷𝒃 [ 𝑻 ]

(19)

−𝒈

𝒐 𝑻𝒃 𝟏+(𝑹𝑳𝑴 )

𝝆 = 𝝆𝒃 [ 𝑻 ]

(20)

Figura 5.9. Gráfica de Densidad vs. Altitud

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Figura 5.10. Presión vs. Altitud

Utilizando las ecuaciones (17) (18) (19) y (20) con los valores de gradientes de temperatura de la tabla 12, se puede calcular los valores de la densidad y presión en función de la altitud, las cuales se pueden observar en las figuras 41 y 42. Otro aspecto importante es la determinación de la velocidad del sonido V Son, que se encuentra definida por la temperatura, solo hasta 90 [km] de altitud, y representada por la expresión: 𝑽𝑺𝒐𝒏 = √𝜸𝑹𝑻

(21)

En esta ecuación, 𝜸 es la relación de calores específicos debido al proceso isentrópico, siendo para la atmósfera una constante igual a 1.4. En la siguiente figura se observa el cambio de la velocidad del sonido para altitudes inferiores a los 90 [km]

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Figura 5.11. Velocidad del sonido vs. Altitud

5.5.2.2

Modelo Gravitacional

Se debe contar con un modelo gravitacional que permita tener una mejor aproximación de la forma geométrica terrestre y las perturbaciones gravitacionales que ejerce el planeta sobre la trayectoria de vuelo del cohete. Podemos definir el potencial gravitacional del cuerpo central con simetría axial 𝚽, que es función del radio vector posición (r = Re + h) y la latitud 𝝋, como:

𝚽=

𝑮𝑴𝑻 𝒓

𝑹

𝒏

𝒆 [𝟏 − ∑∞ 𝒏=𝟐 ( 𝒓 ) 𝑱𝒏 𝑷𝒏 (𝐜𝐨𝐬 𝝓)]

(22)

Donde Re es el radio de la Tierra en el ecuador, G = 6.63 x 10 -11 [N m2/kg2]; la constante de Cavendish, Jn son los armónicos zonales y Pn (cos Ф) son los polinomios de Legendre. Para el caso de la Tierra MT es la masa del planeta (5.67x1024 [kg]) y el término perturbativo J2 = 0.00108263, el cual es mil veces más grande que los otros términos J(n>2) lo que es particularmente notorio para satélites en órbitas bajas (Low Earth Orbit - LEO) y tendrá gran significado en la perturbación de los elementos orbitales. 5.5.2.3

Aerodinámica

El movimiento de un cuerpo inmerso en un fluido, para el caso de un cohete moviéndose a través de la atmósfera terrestre, genera sobre el cuerpo una fuerza resultante denominada fuerza aerodinámica ⃗⃗⃗⃗ 𝑭𝒂 . Dependiendo del sistema de referencia se puede dividir esta fuerza en dos componentes. Si es con respecto al ⃗ (fuerza vector velocidad (ver figura 44) las fuerzas resultantes son la sustentación 𝑳 ⃗⃗ (fuerza que ascendente que genera el vuelo) y el arrastre o fricción aerodinámica 𝑫 retrasa el movimiento). Entre el eje de referencia central del cuerpo y el vector velocidad se crea un ángulo denominado ángulo de ataque (α) que indica la

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dirección del vector sustentación y se relaciona con los coeficientes de las fuerzas aerodinámicas. El arrastre es perpendicular a la sustentación y en sentido opuesto al movimiento, tal y como se observa en la figura 44. Si el sistema de referencia es sobre el cohete (ver figura 45), las componentes son ⃗ , donde la fuerza axial se encuentra ortogonal la fuerza axial ⃗𝑨 y la fuerza Normal ⃗𝑵 ⃗ 𝒚 ⃗𝑫 ⃗ = ⃗𝑨 al eje central y la normal paralela a este eje. Se puede decir que ⃗𝑳 = ⃗𝑵 cuando α = 0. Por medio de una rotación se puede cambiar de un sistema de fuerzas a otro: ⃗𝑳 = ⃗𝑵 ⃗ 𝐜𝐨𝐬 𝜶 − ⃗𝑨 ⃗ 𝐬𝐢𝐧 𝜶

(23)

⃗⃗ = 𝑵 ⃗⃗ 𝐬𝐢𝐧 𝜶 + 𝑨 ⃗ 𝐜𝐨𝐬 𝜶 𝑫

(24)

Figura 5.12. Componentes de la fuerza aerodinámica con relación al vector velocidad.

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Figura 5.13. Componentes de la fuerza aerodinámica en el sistema del cohete

Las componentes de la fuerza aerodinámica dependen del término de la presión dinámica q, que depende de la velocidad V del cuerpo y de la densidad ρ del fluido. Es un parámetro fundamental para el rendimiento del cohete, debido a que determina las cargas aerodinámicas que debe soportar la estructura. Funcionalmente: 𝟏

𝒒 = 𝟐 𝝆𝑽𝟐

(25)

Se define el número adimensional de Mach M como la relación de cambio entre la velocidad del cuerpo y la velocidad del sonido en el medio VSon: 𝑴=𝑽

𝑽

𝑺𝒐𝒏

(26)

Con el concepto de presión dinámica, se describe la sustentación y el arrastre como: 𝑳 = 𝒒𝑺𝑪𝑳

(27)

𝑫 = 𝒒𝑺𝑪𝑫

(28)

Donde los coeficientes de sustentación CL y arrastre CD son valores dependientes de la forma geométrica del cuerpo, el ángulo de ataque y el número Mach, mientras que la superficie de referencia S solo depende del dímetro d del cohete 𝑺 =

𝝅𝒅𝟐 𝟒

El coeficiente de arrastre total del cuerpo CD0, para cero sustentación (es decir, α= 0 y CL = 0; si el cuerpo es simétrico sobre su eje central las presiones se distribuyen de manera uniforme) está compuesto por la suma algébrica de los coeficientes de fricción.

𝑪𝑫𝟎 = (𝑪𝑫𝟎 )𝑭𝒓𝒊𝒄𝒄𝒊ó𝒏 + (𝑪𝑫𝟎 )𝑶𝒏𝒅𝒂 + (𝑪𝑫𝟎 )𝑩𝒂𝒔𝒆

(29)

Siendo (CD0) Fricción el coeficiente de fricción por la forma del cuerpo, (C D0) Onda el coeficiente por la onda de choque generada al superar la velocidad del sonido (M > 1) y (C D0) Base el coeficiente por la terminación del cuerpo y el desprendimiento del fluido. El coeficiente de arrastre por onda de choque se presenta solo cuando el cohete viaja a velocidades iguales o superiores a las del sonido (M ≥ 1), está determinado por la longitud de la punta ln porque es la parte que genera la onda de choque y el diámetro del cuerpo. Determinada esta relación de manera experimental en túneles de viento para cohetes donde la relación longitud-diámetro es 5 < l/d < 25, se expresa el coeficiente de arrastre por onda de choque como:

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(𝑪𝑫𝟎 )𝑶𝒏𝒅𝒂 = (𝟏. 𝟓𝟖𝟔 +

𝟏.𝟖𝟑𝟒 𝑴𝟐

) (𝐭𝐚𝐧

−𝟏

𝟎.𝟓

( 𝒍𝒏 ))

𝟏.𝟔𝟗

(30)

𝒅

El coeficiente de base se genera por la terminación de la forma del cohete, el desprendimiento del fluido en esta zona y la expulsión de los gases de escape en la tobera de los motores. Existen dos relaciones: una para vuelo supersónico y otra para subsónico. (𝑪𝑫𝟎 )𝑩𝒂𝒔𝒆 = (

𝟎.𝟐𝟓 𝑴

) , 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝑴 ≥ 𝟏

(𝑪𝑫𝟎 )𝑩𝒂𝒔𝒆 = 𝟎. 𝟏𝟐 + 𝟎. 𝟏𝟑𝑴𝟐 , 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝑴 < 𝟏

(31) (32)

Si el motor cohete se encuentra apagado, las ecuaciones a utilizar son las anteriores, pero, si el motor está en funcionamiento, estas se reducen por un factor 𝑨 de (𝟏 − 𝑺𝒆 ), donde Ae es el área de la tobera del motor, o el área proyectada de la estela de los gases de escape. El coeficiente de arrastre por fricción es un parámetro dependiente de la forma del cuerpo, la presión dinámica y el número Mach, como se muestra a continuación: 𝒍

𝑴 𝟎.𝟐

(𝑪𝑫𝟎 )𝑭𝒓𝒊𝒄𝒄𝒊ó𝒏 = 𝟎. 𝟓𝟑 ( ) ( ) 𝒅 𝒒𝒍

(33)

Cuando el ángulo de ataque es diferente de cero (α ≠ 0), el coeficiente de sustentación tiene una variación significativa en la fuerza aerodinámica y también el coeficiente de la fuerza normal CN, ambos dependientes del cambio en el ángulo de ataque: 𝜶

𝒍

𝑪𝑵 = 𝟎. 𝟓𝟑 |𝐜𝐨𝐬 𝟐 𝐬𝐢𝐧 𝟐𝜶 | + (𝒅) (𝐬𝐢𝐧 𝜶)𝟐

(34)

y la relación entre los coeficientes de arrastre y sustentación en función del coeficiente normal está dada por:

𝑳

𝑪

𝑪 𝐜𝐨𝐬 𝜶−𝑪

𝐬𝐢𝐧 𝜶

= 𝑪 𝑳 = 𝑪𝑵 𝐬𝐢𝐧 𝜶+𝑪 𝑫𝟎 𝐜𝐨𝐬 𝜶 𝑫 𝑫

𝑵

𝑫𝟎

(35)

De esta manera se pueden determinar los coeficientes aerodinámicos y sus fuerzas para cualquier instante y maniobra de vuelo atmosférico del cohete. 5.5.2.4

Dinámica

Respecto a la tierra el cohete se sitúa en un marco de referencia sobre la superficie del planeta que depende de las coordenadas esféricas de latitud 𝝓 y longitud 𝝀. A ⃗ que su vez este sistema de referencia se encuentra sobre el radio vector posición 𝒓 se crea entre el centro de masas del planeta y el centro de gravedad del cohete. Situados en el centro de masa de la Tierra, los ejes de referencia son XYZ con sus

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̂ y origen en S, donde el plano del ecuador se encuentra vectores unitarios 𝑰̂ 𝑱̂ 𝑲 sobre los ejes XY y el eje Z apunta al polo norte celeste (PNC) ver figura 46. Sobre este sistema de referencia inercial se encuentra un punto O sobre la superficie cuya distancia al centro de masa es r e inclinado respecto a los ejes del sistema de referencia inercial un ángulo de latitud 𝝓 sobre el plano del ecuador hacia el norte, y un ángulo de longitud 𝝀 respecto al eje X; estas coordenadas se encuentran en ⃗⃗⃗ movimiento debido al efecto de rotación de la Tierra a una velocidad angular 𝝎 sobre el ecuador. Por tal motivo se crea un sistema de referencia no inercial ̂, el eje x instantáneo de origen en o y los ejes xyz con sus vectores unitarios 𝒊̂ 𝒋̂ 𝒌 en dirección del radio vector posición, el eje z apuntando en dirección norte y el eje y hacia el este. El ángulo formado entre el eje z y la proyección del vector velocidad ⃗𝑽 ⃗ en el plano yz se conoce como el azimut A o rumbo; es la dirección de movimiento del cohete respecto al norte de la Tierra. El ángulo que forma el vector posición con el vector velocidad sobre el eje x se denomina ángulo de trayectoria de vuelo 𝝑, como se observa en la figura 46. El sistema de referencia no inercial oxyz rota alrededor del sistema de referencia inercial SXYZ con una velocidad angular 𝛀.Debido a esto, la velocidad inercial del cuerpo ⃗⃗⃗⃗ 𝑽𝑰 depende de la rotación de la Tierra y de su posición: ⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗ + 𝝎 ⃗⃗⃗ 𝒙 𝒓 ⃗ 𝑽𝑰 = 𝑽

(36)

Que se puede escribir como: ⃗⃗⃗⃗ ⃗ + 𝝎𝒓 𝐜𝐨𝐬 𝝓𝒋̂ 𝑽𝑰 = ⃗𝑽

(37)

Siendo la aceleración inercial la derivada de la velocidad con respecto al tiempo. Derivando la ecuación (37) y reemplazando los términos derivativos de la velocidad angular en la Tierra, se obtiene: ⃗𝑰= 𝒂

⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝒅𝑽𝑰 𝒅𝒕

̂ 𝒙 𝒋̂) ⃗ ̇ + 𝝎(𝒓̇ 𝐜𝐨𝐬 𝝓 − 𝒓𝝓̇ 𝐬𝐢𝐧 𝝓)𝒋̂ + 𝝎𝒓 𝐜𝐨𝐬 𝝓(𝝎𝒌 =𝑽

(38)

Siendo la velocidad no inercial V en las componentes cartesianas del sistema de referencia del vehículo o el sistema oxyz descrita como (ver figura 9):

̂] ⃗𝑽 ⃗ = 𝑽[(𝐜𝐨𝐬 𝝓)𝒊̂ + (𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨)𝒋̂ + (𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨)𝒌

(39)

En términos del radio y la velocidad angular, se escribe la velocidad de manera: ⃗𝑽 ⃗ = 𝒓̇ 𝒊̂ + 𝛀 𝒙 (𝒓𝒊̂)

(40)

El vector velocidad angular se encuentra compuesto por: ̂ 𝛀 = 𝛀𝒙 𝒊̂ + 𝛀𝒚 𝒋̂ + 𝛀𝒛 𝒌

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(41)

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Figura 5.14. Sistema de referencia terrestre.

En términos de la latitud y longitud se expresa: ̂ 𝛀 = 𝝀̇ 𝐬𝐢𝐧 𝝓 𝒊̂ − 𝝓̇𝒋̂ + 𝝀̇ 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝒌

(42)

El segundo término de la ecuación (40) determina: ̂ 𝛀 𝒙 (𝒓𝒊̂) = 𝒓𝛀𝒛 𝒋̂ + 𝒓𝛀𝒚 𝒌

(43)

Reemplazando la ecuación (43) en (40) e igualando a la (36) se obtiene que: 𝒓̇ = 𝑽 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝛀𝒚 = − 𝛀𝒛 =

(44)

𝑽 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝒓

𝑽 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝒓

(45) (46)

Involucrando las ecuaciones (41) y (42) en (45) y (46) se encuentra que las derivadas de la latitud y la longitud del tiempo son: 𝑽 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝝓̇ = 𝒓

(47)

𝑽 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝝀̇ = 𝒓 𝐜𝐨𝐬 𝝓

(48)

Donde las ecuaciones (44), (47) y (48) representan el conjunto de ecuaciones cinemáticas de movimiento relativas al planeta rotante. El término 𝒓̇ se conoce como la velocidad de ascenso, el término 𝝓̇ se mueve sobre 𝒋̂ desde el ecuador ̂ sobre el plano ecuatorial hasta el norte o sur del planeta 90º y 𝝀̇ rota alrededor de 𝒌 XY.

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Se define ahora un nuevo sistema de referencia, denominado normal-tangencial sobre el vector velocidad del cohete, compuesto por los ejes xv yv zv donde xv apunta en dirección del vector velocidad y zv en dirección de la fuerza de sustentación perpendicular al vector velocidad. De esta manera las fuerzas que se ejercen sobre el plano del cohete son: ⃗𝑭 = (𝑻 ⃗ 𝐜𝐨𝐬 𝜶 − ⃗𝑫 ⃗ − ⃗𝑾 ⃗⃗⃗ 𝐜𝐨𝐬 𝝑)𝒙𝒗 + (𝑻 ⃗⃗⃗ 𝐬𝐞𝐧 𝝑)𝒛𝒗 ⃗⃗ 𝐬𝐞𝐧 𝜶 − ⃗𝑳 − ⃗𝑾

(49)

Ilustradas en la figura 47. En la figura 47, ⃗𝑻 representa el vector de fuerza de empuje que actúa sobre el eje ⃗⃗⃗ la fuerza de atracción gravitacional que puede longitudinal del cohete y ⃗𝑾 obtenerse del potencial gravitacional 𝚽. En primera aproximación, se puede 𝑮𝑴 𝒎 considerar como una función del radio vector posición 𝑾 = 𝒓𝟐𝑻 , pero aquí tendremos además en cuenta la contribución del armónico zonal J2 cuya presencia coloca el potencial gravitacional no solo a ser función de r sino también de 𝝓. ⃗⃗⃗⃗ = 𝛁𝚽, se tiene: Puesto que 𝑾 𝟐𝑱

⃗⃗⃗⃗ = 𝑾𝒓 𝒊̂ + 𝑾𝝓 𝒋̂ = 𝑮𝑴𝟐𝑻𝒎 [𝟏 + (𝑹𝒆 ) 𝑾 𝒓 𝒓 𝟑𝑮𝑴𝑻 𝒎 𝒓𝟐

𝑹

𝟐

( 𝒓𝒆 ) 𝑱𝟐 𝐬𝐢𝐧 𝝓 𝐜𝐨𝐬 𝝓𝒋̂

𝟐

𝟐

(𝟏 − 𝟑(𝐬𝐢𝐧 𝝓)𝟐 )] 𝒊̂ + (50)

Donde, como ya se dijo, G es la constante de Cavendish, MT es la masa de la Tierra, m la masa variable del cohete y r el vector en dirección radial al centro de masa de la Tierra. Una vez culminada la etapa de propulsión, cuando es consumido completamente el combustible, desaparece la fuerza de empuje. Con el aumento de altitud y la salida de la atmósfera, las fuerzas aerodinámicas tienden a desaparecer dejando la carga útil del cohete en órbita alrededor de la Tierra, influenciada por la velocidad, peso y posición como se aprecia en la figura 48.

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Figura 5.15. Fuerzas que actúan sobre el cohete. Los ejes ‘y’ y ‘yv’ salen ortogonales al plano de la hoja.

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Figura 5.16. Cohete orbitando.

El ángulo 𝝍 formado entre la vertical del lanzamiento y el radio vector indica el rango o desplazamiento angular que ha tenido el cohete desde su punto de partida; se define su derivada respecto al tiempo como: 𝝍=

𝑽̇ 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝒓

(51)

De la ecuación (40), realizando la primera derivada del vector velocidad se encuentra que: ̂ ) + 𝒓(𝛀̇𝒛 𝒋̂ + 𝛀̇𝒚 𝒌 ̂ ) + 𝒓̇ (𝛀 ⃗⃗ + 𝝎 ⃗⃗ + 𝝎 ⃗𝑽 ⃗ ̇ = 𝒓̈ 𝒊̂ + 𝒓̇ (𝛀𝒛 𝒋̂ + 𝛀𝒚 𝒌 ⃗⃗⃗ ) 𝒙 𝒊̂ + 𝒓𝛀𝒛 (𝛀 ⃗⃗⃗ ) 𝒙 𝒋̂ − ̂ ⃗⃗ + 𝝎 ⃗⃗⃗ ) 𝒙 𝒌 𝒓𝛀𝒚 (𝛀 (52) ⃗⃗ + 𝝎 ⃗⃗⃗ determinan la velocidad angular total del sistema y se Los términos 𝛀 encuentran representados por las componentes: ̂ ⃗⃗ + 𝝎 ⃗⃗⃗ = (𝝀̇ + 𝝎) 𝐬𝐢𝐧 𝝓𝒊̂ − 𝝓̇𝒋̂ + (𝝀̇ + 𝝎) 𝐜𝐨𝐬 𝝓𝒌 𝛀

(53)

El término de la derecha de la ecuación (38) se define como: ̂ 𝒙 𝒋̂) = 𝝎𝒓(𝝀̇ + 𝝎) 𝐜𝐨𝐬 𝝓(𝐬𝐢𝐧 𝝓𝒌 ̂ − 𝐜𝐨𝐬 𝝓𝒊̂) 𝝎𝒓 𝐜𝐨𝐬 𝝓 (𝝎𝒌

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(54)

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La aceleración inercial se obtiene al reemplazar los términos de las ecuaciones (52), (53), (54) en la (38) dando como resultado las componentes de la aceleración inercial total: ⃗⃗⃗⃗ 𝒂𝑰 = [𝒓̈ − 𝒓𝝓̇𝟐 − 𝒓(𝝀 + 𝝎)𝟐 (𝐜𝐨𝐬 𝝓)𝟐 ]𝒊̂ + [𝒓𝝀̈ 𝐜𝐨𝐬 𝝓 + 𝟐𝒓̇ (𝝀̇ + 𝝎) 𝐜𝐨𝐬 𝝓 − 𝟐𝒓𝝓̇(𝝀̇ + 𝟐 ̂ 𝝎) 𝐬𝐢𝐧 𝝓]𝒋̂ + [𝒓𝝓̈ + 𝟐𝒓̇ 𝝓̇ + 𝒓(𝝀̇ + 𝝎) 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝝓] 𝒌 (55) Reemplazando los términos de las segundas derivadas de 𝒓̈ , 𝝓̈ 𝒚 𝝀̈, que se obtienen al derivar las ecuaciones (44), (47) y (48) en la (55) y descomponiéndolo en el sistema cartesiano por sus vectores unitarios, se obtienen las ecuaciones para la aceleración inercial en cada uno de los ejes: 𝟐

𝑽 𝒂𝒙 = 𝑽̇ 𝐜𝐨𝐬 𝝑 − 𝑽𝝑̇ − 𝒓 𝐬𝐢𝐧 𝝑 − 𝟐𝝎𝑽 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐜𝐨𝐬 𝝓 − 𝒓𝝎𝟐 (𝐜𝐨𝐬 𝝓)𝟐

(56)

𝒂𝒚 = 𝑽̇ 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 + 𝑽(𝑨̇ 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝐬𝐢𝐧 𝝑 + 𝝑̇ 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐜𝐨𝐬 𝝑) + 𝟐𝝎𝑽(𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝝓 − 𝑽𝟐

𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝝓) +

𝒓

𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 (𝐜𝐨𝐬 𝝑 − 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝐭𝐚𝐧 𝝓)

(57)

𝒂𝒛 = 𝑽̇ 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 + 𝑽(𝝑̇ 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝐜𝐨𝐬 𝝑 − 𝑨̇ 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐬𝐢𝐧 𝝑) + 𝒓𝝎𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝝓 + 𝟐𝝎𝑽 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 +

𝑽𝟐 𝒓

𝐬𝐢𝐧 𝝑(𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 + 𝐬𝐢𝐧 𝝑 (𝐬𝐢𝐧 𝑨)𝟐 𝐭𝐚𝐧 𝝓)

(58)

Se procede a realizar una transferencia de coordenadas entre el sistema de referencia local, anteriormente mencionado, al sistema de referencia del cohete mediante una rotación sobre los ejes oxyz a los ejes xvyvzv del sistema de referencia del cohete, con los ángulos 𝝑 y A, como se observa en la siguiente matriz. 𝒂𝒙𝒗 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝒂 ( 𝒚𝒗 ) = ( 𝟎 𝒂𝒛𝒗 − 𝐬𝐢𝐧 𝝑

𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝒂𝒙 𝐜𝐨𝐬 𝑨 − 𝐬𝐢𝐧 𝑨 ) (𝒂𝒚 ) 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝒂𝒛

(59)

Resultando las componentes de la aceleración en el sistema de referencia del cohete en sus respectivos vectores unitarios: 𝒂𝒙𝒗 = 𝑽̇ + 𝒓𝝎𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝝓(𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝝓 − 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝝓) 𝒂𝒚𝒗 = 𝑽𝑨̇ 𝐬𝐢𝐧 𝝑 − 𝒓𝝎𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝑨 − 𝟐𝝎𝑽(𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝝓 − 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝝓) 𝒂𝒛𝒗 = 𝟐𝝎𝑽 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 +

𝑽𝟐 𝒓

𝑽𝟐 𝒓

(60)

(𝐬𝐢𝐧 𝝑)𝟐 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐭𝐚𝐧 𝝓 + (61)

𝐬𝐢𝐧 𝝑 + 𝑽𝝑̇𝒓𝝎𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝝓 (𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝐬𝐢𝐧 𝝓 + 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝝓 ) (62)

⃗ = 𝒎𝒂 ⃗ se iguala la ecuación (49) con las (60), De la segunda ley de Newton donde 𝑭 (61) y (62), despejando los términos de las derivadas de 𝝑,̇ 𝑽,̇ 𝑨̇ da como resultado las ecuaciones de movimiento:

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𝑽̇ =

𝑻 𝐜𝐨𝐬 𝜶 𝒎

𝑫

−𝒎−

𝑾𝒓 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝒎

𝟐

𝝎 𝒓 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐬𝐢𝐧 𝝓 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝑨̇ = + 𝑽 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝝑)

𝝑̇ =

𝑻 𝐬𝐢𝐧 𝜶

𝒎𝑽 𝝎𝟐 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝑽

+

𝑳 𝒎𝑽

+

+

𝑽 𝒓

𝑾𝒓 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝒎𝑽

𝝎𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝒎

− 𝝎𝟐 𝒓 𝐜𝐨𝐬 𝝓 (𝐬𝐢𝐧 𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 − 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝐜𝐨𝐬 𝝑) (63)

𝐬𝐢𝐧 𝝑 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐭𝐚𝐧 𝝓 −

𝑾𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝑨

− 𝟐𝝎 𝐬𝐢𝐧 𝑨 𝐜𝐨𝐬 𝝓 +

(𝐬𝐢𝐧 𝝓 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 + 𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝐬𝐢𝐧 𝝑)

𝒎𝑽

𝟐𝝎

− 𝐬𝐢𝐧 𝝑 (𝐜𝐨𝐬 𝝓 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 − (64)

𝑾𝝓 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝐜𝐨𝐬 𝑨 𝒎𝑽

𝑽

− 𝒓 𝐬𝐢𝐧 𝝑 − (65)

Donde el término 𝑽̇ representa la aceleración neta del cohete, 𝑨̇ la derivada del ángulo de rumbo y 𝝑̇ la derivada del ángulo de trayectoria de vuelo. Las ecuaciones (63), (64) y (65) junto con las (44), (47) y (48) conforman el conjunto de las seis ecuaciones diferenciales que integran el movimiento del cohete en tres grados de libertad. 5.5.2.5

Elementos Orbitales

Para predecir el movimiento y comportamiento de la carga útil en el espacio orbitando la Tierra, se hace necesario la implementación de los elementos orbitales que otorguen información de la trayectoria de vuelo tomada por el objeto. En esta etapa de vuelo, el combustible del cohete se agota, deja de ser un sistema de masa variable, no hay incremento de la velocidad por la fuerza de empuje y se puede considerar una conservación del momentum angular de la partícula. En este punto, el cuerpo más masivo (la Tierra) ancla gravitacionalmente al menos masivo (satélite, cohete, sonda, carga útil) y pueden aplicarse, en primera aproximación, las soluciones matemáticas que componen el problema de los dos cuerpos analizando el comportamiento del satélite artificial. ⃗⃗ ) y el Conociendo los valores del radio vector posición r, el vector velocidad (𝒓̇⃗ = 𝑽 ángulo de separación entre ellos 𝝑, se halla el vector de momentum angular ⃗𝒉 perpendicular al plano de la órbita formado por los vectores posición y velocidad. ⃗𝒉 = 𝒓 ⃗ 𝒙 ⃗𝒓̇ ; 𝒉 = |𝒓 ⃗ | 𝒙 |𝒓̇⃗ | 𝐬𝐢𝐧 𝝑

(66)

El vector momentum angular se encuentra compuesto de tres vectores unitarios en ̂: los ejes (XYZ) 𝑰̂ 𝑱̂ 𝑲 ⃗ = 𝒉𝟏 𝑰̂ + 𝒉𝟐 𝑱̂ + 𝒉𝟑 𝑲 ̂ 𝒉

(67)

El vector posición tiene tres componentes unitarias en el sistema de referencia: ̂ ⃗ = 𝒓𝟏 𝑰̂ + 𝒓𝟐 𝑱̂ + 𝒓𝟑 𝑲 𝒓

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(68)

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En el caso de la Tierra, el plano de referencia es el ecuador (XY), el centro de masas se encuentra dentro de la misma en el origen del sistema de coordenadas (SXYZ). A partir de lo anterior se establece el sistema de referencia para los elementos orbitales. El semieje mayor a; que representa la distancia media de la órbita, para una órbita elíptica se encuentra dado por (suponiendo MT >> m): 𝒓𝒌𝟐

𝒂 = 𝟐𝒌𝟐 −𝒓𝑽𝟐

(69)

Donde k es la constante de Gauss que depende de la constante de Cavendish y la masa de la Tierra: 𝒌 = √𝑮𝑴𝑻

(70)

La excentricidad de la órbita está definida por: 𝟐

𝒉 𝒆 = √𝟏 − 𝒌𝟐 𝒂

(71)

En la figura 49 se observan algunos conceptos geométricos básicos de la elipse, donde el radio vector posición del satélite se mide desde un foco F donde está el centro de masas de la Tierra. La máxima separación vertical de la elipse se conoce como el eje menor 2b y la máxima separación horizontal como el eje mayor (distancia entre perigeo y apogeo) 2a; de esta manera se puede definir a la excentricidad de la órbita como la relación que existe entre la distancia de 𝑪𝑭 separación horizontal del foco al centro dividido entre el semieje mayor a, (𝒆 = 𝒂 ) 𝟐

𝒃 o en términos del semieje menor y el mayor como 𝒆 = √𝟏 − (𝒂) .

En la figura 50 se observa la distribución de los demás elementos orbitales respecto a la forma de la órbita y su posición con la Tierra. La inclinación, el ángulo existente entre el plano del ecuador terrestre y el plano de la órbita, está dado por: 𝒊 = 𝐜𝐨𝐬 −𝟏

𝒉𝟑 𝒉

(72)

La longitud del nodo ascendente 𝛀 es el ángulo formado entre el eje de referencia X y la línea de los nodos y está dado por:

Proyecto Final, FUNIBER

122

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Figura 5.17. Definición del eje mayor 2ª y el eje menor 2b 𝒉

𝛀 = 𝐭𝐚𝐧−𝟏 −𝒉𝟏

(73)

𝟐

El argumento del perigeo 𝝎 es el ángulo formado entre el nodo ascendente y la línea de los ápsides sobre el plano de movimiento del satélite: 𝐭𝐚𝐧(𝝎 + 𝜽) =

𝒁 𝐬𝐢𝐧 𝒊 (𝑿 𝐜𝐨𝐬 𝛀+𝒀 𝐬𝐢𝐧 𝛀)

(74)

Donde 𝜽 es la anomalía verdadera que es el ángulo formado en el plano del satélite entre el perigeo y el radio vector posición del satélite. 𝟏 𝒂(𝟏−𝒆𝟐 )

𝜽 = 𝐜𝐨𝐬 −𝟏 [𝒆 (

𝒓

− 𝟏)]

(75)

De esta manera se completan los seis elementos orbitales, que se determinarán para observar el comportamiento del objeto en órbita durante un periodo de tiempo determinado. 5.5.2.6

Optimización

El proceso de optimización del cohete se encarga de disminuir la cantidad de masa total en función del combustible, relacionando la masa estructural de las etapas y número de etapas del vehículo, con la velocidad de los gases y el impulso específico del propelente de cada etapa. Es posible, mediante un proceso iterativo, obtener los parámetros de masas en las etapas del cohete, respecto a la masa de la carga útil en el lanzamiento.

Proyecto Final, FUNIBER

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Figura 5.18. Elementos orbitales

Según los parámetros de configuración a nivel Bolivia y la misión, el impulso especifico “Isp” para propelente sólidos que actualmente se desarrollan en el país por las industrias químicas es del orden de 220 s2. Debido al escaso desarrollo de propelentes químicos en el país, este se tomará como un estándar para el impulso específico de todas las etapas Ispk. Partiendo de la ecuación fundamental del movimiento del cohete ∆V (ver ecuación 9), que depende de los gases de escape de la etapa vek y la relación de masas iniciales m0k con la final mfk, donde el subíndice k indica el número de etapas a analizar, se obtiene: 𝒎

𝒇𝒌 ∆𝑽 = − ∑𝑵 𝒌=𝟏 𝒗𝒆𝒌 𝐥𝐧 𝒎

𝟎𝒌

(76)

Si se reemplazan las masas por los factores de carga estructural 𝝈𝒌 , el factor de relación de masas iniciales y finales 𝝀𝒌 , se encuentra que la ecuación anterior queda de la forma: 𝚫𝑽 = − ∑𝑵 𝒌=𝟏 𝒗𝒆𝒌 𝐥𝐧(𝝈𝒌 + (𝒂 − 𝝈𝒌 )𝝈𝒌 )

(77)

Donde: 𝝀𝒌 = 𝝈𝒌 =

𝒎𝒊(𝒌+𝟏) 𝒎𝒊 𝒎𝒔𝒌 𝒎𝒔𝒌 +𝒎𝒑𝒓𝒐𝒑𝒌

(78) (79)

Siendo msk la masa estructural de la etapa y mpropk la masa del propelente químico. Al relacionar el cambio de velocidad con la velocidad de los gases de escape de la

Proyecto Final, FUNIBER

124

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primera, y la relación entre factores de masa 𝜶𝒌 , la ecuación a iterar queda de la siguiente forma: 𝚫𝑽 𝒗𝒆𝟏

= − ∑𝑵 𝒌=𝟏 𝜷𝒌 𝐥𝐧(𝝈𝒌 + (𝟏 − 𝝈𝒌 )𝜶𝒌 𝝀𝟏 ) 𝒗

𝜷𝒌 = 𝒗𝒆𝒌 = 𝒆𝟏

𝑰𝒔𝒑𝒌 𝑰𝒔𝒑𝟏

𝝀

𝜶𝒌 = 𝝀𝒌 𝒎𝒑𝒂𝒚 𝒎𝒊𝟏

(81) (82)

𝟏

𝝀𝑻 =

(80)

= 𝝀𝟏 𝑵 ∏𝑵 𝒌=𝟏 𝜶𝒌

(83)

Para este caso 𝜷𝒌 representa la relación de velocidades de escape, 𝝀𝑻 la relación entre la carga paga o carga útil mpay (masa a transportar) con la masa inicial total del vehículo mi1. 5.5.2.7

Control

Durante la fase del vuelo de ascenso (de zona de lanzamiento a órbita) el cohete es direccionado por un sistema de guía, navegación y control (GNC’s) mientras los motores cohete se encuentran en funcionamiento. El sistema guía es almacenado dentro de una computadora de vuelo para que el cohete, por medio de elementos de control aerodinámico (aletas) o mecánico (empuje vectorial de las toberas), siga la trayectoria de vuelo almacenada corrigiendo su rumbo, ángulo de cabeceo y ángulo de ataque en función de perturbaciones externas como los vientos. De esta manera se garantiza que el vehículo sea lo más preciso en el momento de la inserción orbital. El cohete tiene tres ejes de movimiento, donde se efectúan tres posibles rotaciones. Para este caso la simulación es de tres grados de libertad y no de seis, por lo tanto, supone que el cuerpo no tiene rotaciones de guiñada y alabeo, solo el cabeceo que es controlado por el sistema de guiado; tampoco se tienen en cuenta los momentos inerciales por la forma del cuerpo o por el cambio del centro de gravedad en función del tiempo por la expulsión de masa del propelente.

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Figura 5.19. Rotaciones y ejes del cohete

Debido a que no se cuenta con un diseño detallado del cohete, se asume que el ángulo de control 𝝌 es equivalente al ángulo de trayectoria de vuelo 𝝑. Por otra parte, para la reducción de las fuerzas aerodinámicas se controla el ángulo de ataque 𝜶 = 0º en cualquier instante del vuelo propulsado, disminuyendo el coeficiente de arrastre. Durante la fase de despegue el cuerpo necesita vencer la inercia gravitacional y adquirir la velocidad necesaria para el ascenso, se determina así que para los primeros segundos del despegue 𝝑 = 0º y, cuando se encuentre en inserción orbital para quedar en órbita circular, el valor del ángulo es 𝝑= 90º, siendo perpendicular el vector velocidad al de posición. Para controlar la dirección del lanzamiento o rumbo se programa el ángulo de azimut ‘A’ durante el lanzamiento, así se puede determinar el impacto de las etapas y la inclinación de la órbita. La implementación de un programa de cabeceo para el control de la misión, reducción de cargas estructurales en el cuerpo del cohete y reducción de cargas aerodinámicas, durante el ascenso del vehículo, se hace anulando el ángulo de ataque α = 0º para la minimización de los coeficientes aerodinámicos (cuando el cuerpo es simétrico y el ángulo de ataque es 0º los coeficientes aerodinámicos de sustentación y arrastre obtienen los valores: CL= 0, CD= CD0), se determina que la ecuación diferencial a primer orden que actúa sobre el ángulo de trayectoria de vuelo 𝝑 es aproximadamente: 𝐜𝐨𝐬 𝝑 𝝑̇ ≈ −𝒈 𝑽

Proyecto Final, FUNIBER

(84)

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Figura 5.20. Ángulo de guía

En la etapa de guía, no se tendrán en cuenta los efectos por rotación del cuerpo central, vientos ni fuerzas aerodinámicas laterales, haciendo de este programa una guía relativamente sencilla para el ascenso del vehículo. 5.6

Usos y proyecciones de la tecnología

Siendo este un punto de análisis muy importante, varias empresas de telecomunicaciones están realizando estudios de proyección de crecimiento y los factores que influirían en este. En este proyecto, se tomarán en cuenta los estudios realizados por la empresa Huawei, ya que esta es una de las empresas que en los últimos años ha tenido un crecimiento increíble en todas sus áreas y cuyos servicios y productos están presentes en todo el planeta. Huawei ha analizado e identificado los factores clave que definirán el futuro de la industria de las telecomunicaciones. Según la compañía, la mejora de la experiencia del usuario liderará una nueva era de la información. Huawei considera que, con el fin de aprovechar las oportunidades que brinda la industria de las telecomunicaciones, es necesario tener en cuenta las 10 tendencias clave que caracterizarán el mercado durante la próxima década24.

24

http://www.networkworld.es/actualidad/las-10-tendencias-clave-en-telecomunicaciones

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5.6.1 Desarrollo de infraestructuras tecnológicas basadas en cloud computing El enorme volumen de datos soportado por las redes de telecomunicaciones exige una capacidad de almacenamiento exponencialmente superior. Para hacer frente a esta dificultad, se han desarrollado nuevas tecnologías, tales como el almacenamiento virtual y la informática basada en cloud computing. Esta última es una tecnología que representa el siguiente paso en la evolución de información bajo un nuevo modelo de gestión basado en sus necesidades. 5.6.2 Aprovechar el impacto de cloud computing para transformar las TIC Cloud computing a transformado plenamente el modelo de negocio de la industria TI, pasando de la venta de productos a una estrategia centrada en la provisión de servicios. Las ventajas de esta tecnología, entre las que se encuentran la personalización de servicios, la seguridad o la fiabilidad, permiten a cualquier tipo de compañías, incluidas las pymes, disfrutar de las capacidades tecnológicas de las grandes corporaciones. 5.6.3 La red móvil entra en la era Gigabyte Hoy día, el mayor problema al que se enfrentan las redes de telecomunicaciones móviles es la insuficiente capacidad de banda ancha y, tan solo mediante el desarrollo de redes de banda ancha móvil con tráfico a nivel Gigabyte, se mejorará la experiencia del usuario final. El objetivo es lograr que el tiempo medio que necesita la red para transportar información entre dos puntos se vea reducida. 5.6.4 Transformación hacia redes ‘All – IP’ La evolución de las telecomunicaciones hacia la convergencia entre redes fijas y móviles sitúa en primer plano la importancia de la transformación de las redes. La industria necesita transformar la infraestructura actual de redes de telecomunicación y acceso telefónico con el objetivo de lograr la convergencia. En este sentido, se dirige hacia las redes All – IP, con el fin de completar la migración de servicio, la convergencia e interconectividad de red, y llevar a cabo cambios operacionales y de mantenimiento. 5.6.5 Redes inteligentes y operaciones de ancho de banda bajo demanda La red y el ancho de banda, cada vez más inteligentes y resistentes, son la base para que los negocios se desarrollen de forma eficaz. Además, la provisión de servicios bajo demanda contribuye a optimizar la eficiencia de la red, lo que repercute en una mejora de la experiencia del usuario y una reducción considerable de los costes. 5.6.6 Modernización de sistemas TI de los operadores Los sistemas OSS (Operation Support System/Sistema de Soporte de Operaciones) y BSS (Business Support System / Sistema de Apoyo a las Empresas) son utilizados por los proveedores de servicios de telecomunicaciones

Proyecto Final, FUNIBER

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para mejorar los servicios y procesos de apoyo. Los sistemas de TI de los operadores han de modernizarse con el fin de crear valor para los usuarios y desarrollar una industria abierta que soporte los procesos de principio a fin, desde el diseño y desarrollo de productos hasta la puesta en marcha en el mercado y distribución. 5.6.7 Integración del contenido digital y desarrollo de multiplataforma Un gran porcentaje de la población consume contenidos a través de la red que generan una ingente cantidad de información con un crecimiento exponencial. Integrar el contenido digital y desarrollar plataformas múltiples (móvil/PC/TV/PAD) que funcionen bajo demanda será una tendencia de futuro para los proveedores de contenido. 5.6.8 Análisis de grandes volúmenes de información En la era de Internet se ha generado una explosión de datos sin precedentes, que ha hecho que los sistemas tradicionales de gestión no sean suficientes. Hoy día no sólo es necesario almacenar esta información, hay que analizar y extraer conclusiones de los denominados Big Data para obtener ventajas competitivas y diferenciadoras. Mediante el análisis de Big Data, los operadores pueden proporcionar información sobre las redes y necesidades de los usuarios, ofrecer mejores experiencias de uso e identificar oportunidades de negocio. 5.6.9 Garantizar la seguridad de la información Las redes IP abiertas y los modelos cloud computing han acrecentado la relevancia de la seguridad de la información. Como consecuencia, los operadores necesitan desarrollar soluciones que garanticen la seguridad de la información del usuario y la privacidad, tanto de usuarios, como de empresas. 5.6.10 Implementación de redes ópticas inteligentes En la industria de las telecomunicaciones, el cable de cobre ha sido uno de los elementos más costosos en el desarrollo y mantenimiento de las redes. Por ello, la industria está evolucionando hacia el acceso óptico, mejorando el desarrollo de cable, el mantenimiento y la resolución de problemas. Como se puede ver, en un futuro los sistemas de telecomunicaciones necesitarán mayor soporte seguridad y desarrollo, por lo que sistemas terrestres y espaciales tienen que ser desarrollados conforme a las necesidades que van surgiendo de parte de los grandes usuarios (gobiernos, multinacionales, compañías y otros) como de los usuarios comunes (ciudadanos).

CAPÍTULO 6

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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 6

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

Los conceptos fundamentales de la tecnología inalámbrica y la conexión a la comunicación satelital son proporcionados por este proyecto; descritos y desarrollados en cinco capítulos. El capítulo I de Generalidades; en el cuál se ven los antecedentes, problemas y necesidades que se observaron para llevar la idea a la fase de proyecto. El Capítulo II sirve para proporcionar una visión general de la tecnología inalámbrica que incluye el crecimiento futuro, tendencias, políticas y regulación de la misma. No se trata de una relación detallada de los aspectos específicos de la tecnología inalámbrica, pero sí un resumen global de sus componentes básicos. El Capítulo III se centra en tecnologías de satélites tanto comerciales como militares, sus segmentos (control, espacio, tierra), sistemas de proyección, y las limitaciones y preocupaciones de su uso (vulnerabilidades, la seguridad, la interoperabilidad, la latencia y la calidad de servicio). El Capítulo IV ofrece una recomendación general para la comunicación vía satélite durante las operaciones de paz y defensa, así también se analiza la relevancia y la necesidad de un sistema de este tipo. Finalmente, el Capítulo V presenta una breve conclusión que resume la necesidad de esta tecnología para la defensa. 6.1 Metodología La información para este proyecto vino de la literatura general sobre tecnologías inalámbricas, las comunicaciones vía satélite, sus mercados y tendencias. Los libros de texto fueron la fuente primaria, así como el apoyo de diversos artículos y estudios tecnológicos encontrados en diferentes sitios tecnológicos de internet. 6.2 Planificación del proyecto En caso de aprobación del proyecto y una vez escogido el sistema propuesto – un satélite vs. Sistema de satélites y orbitas LEO, MEO, GEO. El siguiente diagrama de Gantt indica cómo se irán desarrollando las actividades para la ejecución y puesta en marcha del proyecto. MESES CARTA GANTT DETALLADA

1

2

3

4

5

6

7

8

AÑO 1

F.

PROCESO

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

AÑO 2

DESCRIPCIÓN

FASE I

análisis de la propuesta ante las instancias

X

X

X

X

X

X

gubernamentales para su análisis y aprobación.

Proyecto Final, FUNIBER

27

28

AÑO 3

Presentación y

Propuesta

26

130

29

30

Master en Dirección Estratégica en Telecomunicaciones Tecnología inalámbrica vía comunicaciones satelitales para la defensa en Bolivia Una vez aprobado el proyecto se debe definir la empresa

Construcción

contructora y se

satelite

debe firmar el contrato para la

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

construcción del satelite. Se debe seleccionar

Formación profesional

y capacitar al personal civil y militar que será encargado de las operaciones satelitales. Se debe empezar la construcción de las

Construcción estaciones

FASE II

terrenas

estaciones terrenas en territorio boliviano en la(s) localizaciones

X

X

X

x

x

x

x

x

x

X

definidas por ingeniería. El lanzamiento y posterior puesta en orbita debe estar

Lanzamiento

dirigida por

y puesta en

profesionales bolivianos. Además

órbita

que se deben tener 3 mese de prueba como mínimo. La red terrestre consta practicamente de antenas y equipos

Armado red

indoor que deben

terrestre

ser colocados en los centros de

x

x

x

operación definidos por el comando de las FF.AA. Una vez concluido todo el trabajo deben empezarse

FASE III

Pruebas

las pruebas del sistema en su

x

conjunto para ver los problemas que puedan surgir y corregirlos.

Tabla 6.1. Planificación del Proyecto

Proyecto Final, FUNIBER

131

x

x

x

x

x

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CAPÍTULO 7 ANÁLISIS DE RESULTADOS E IMPACTOS ESPERADOS 7 ANÁLISIS DE RESULTADOS E IMPACTOS ESPERADOS 7.1 Resultados esperados 7.1.1 Área tecnológica El resultado esperado en esta área es promover el desarrollo de tecnologías inalámbricas por satélite en el área militar y en el área civil. 7.1.2 Área militar Dentro el área militar se espera fortalecer la defensa del territorio nacional con la tecnología satelital, de esta manera se podrán utilizar y desarrollar aplicaciones bajo estas nuevas tecnologías. 7.1.3 Área Social Los impactos que se tienen en la parte social son reflejados en aspectos de seguridad – interna y externa – como también en el aspecto psicológico. El aspecto de seguridad externa se verá fortalecido gracias al satélite ya que se tendrá mejor monitoreo y control de las áreas fronterizas en los espacios terrestre, aéreo y lacustre. Así también la seguridad interna se verá fortalecida con el mayor control de áreas propensas al contrabando y narcotráfico. En el aspecto psicológico, la implementación y futuro desarrollo de aplicaciones y nuevas tecnologías, fortalecerá el espíritu nacional, afectando positivamente varias áreas (laboral, innovativa, económica, etc.) que se verán reflejados en el desarrollo nacional. 7.2 Impactos esperados 7.2.1 Impacto en el desarrollo y crecimiento El impacto en el desarrollo y crecimiento que podría tener la implementación de un satélite o un sistema de satélites militares en Bolivia es enorme desde varios puntos de vista. Éste puede servir no solo para fines militares como navegación comunicación o vigilancia de ciertas zonas tomando fotografías; sino también puede ser utilizado para evitar el impacto negativo en la economía nacional por parte del contrabando, o el daño social y ambiental causado por el narcotráfico. A continuación se detallan estos puntos. 7.2.2 Impacto social En la parte social el impacto que tuviera el satélite seria principalmente en lo que a seguridad ciudadana se refiere, ya que uno de sus usos sería el monitorear áreas en las que el narcotráfico tiene presencia, de esta manera reforzando los esfuerzos

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del gobierno en la lucha contra el narcotráfico. Varios estudios muestran que en los últimos años el narcotráfico en Bolivia ha crecido y tiene un impacto negativo directo dentro de lo que es la seguridad interna y la seguridad ciudadana, habiéndose aumentado los crímenes e incluso se tienen datos de carteles del narcotráfico operando en el país; toda esta información se ve reflejada en los informes de la agencia antidroga de EEUU que también alerta sobre una 'mayor presencia' de narcotraficantes colombianos y un incremento del 70% en la producción de cocaína pura. Los cárteles mexicanos siguen su estrategia de expansión: ya operan en Perú y Bolivia, países clave en la producción de cocaína, donde se han aliado con los grupos locales para traficar droga hacia Estados Unidos e incluso Europa, fortaleciendo sus nexos en la zona andina, que hoy produce más de este alcaloide que Colombia. Un informe del área de inteligencia de la Agencia Antidrogas estadounidense (DEA) detalla así la presencia de los narcotraficantes mexicanos en la región, además de la sociedad que tienen con las poderosas bandas que operan en Colombia como Los Rastrojos, Urabeños y Los Paisas, que protagonizan nuevos episodios de violencia en ese país25. Como dije en líneas superiores, el satélite serviría para reducir el narcotráfico ya que se monitorearían zonas de difícil acceso, identificando fábricas e interviniendo las mismas. De esta manera esto tuviera un impacto directo en la vida de los ciudadanos ya que la inseguridad que se vive sería reducida. 7.2.3 Impacto económico El impacto económico que tuviera el satélite o sistema de satélites es sumamente grande ya que monitorearía áreas (también de difícil acceso o control por la amplia línea fronteriza que tiene Bolivia) que usan los contrabandistas para evadir los puestos de control. El impacto económico que tiene el contrabando en Bolivia es enorme ya que al estar situado geográficamente en el medio del continente sudamericano, la internación de productos es grande por todos los puntos cardinales. Según cifras estimadas por el Instituto Boliviano de Comercio Exterior (IBCE), Bolivia pierde por año alrededor de $us. 300 millones por concepto de contrabando. La pérdida cuantitativa incluye lo que el país deja de recaudar por la importación de productos y lo que pierde por subsidio de combustibles, el cual se va de contrabando a países vecinos. En la siguiente figura26 se ve la pérdida que generó el contrabando para el país en los últimos 11 años.

25

http://www.eldia.com.bo/mobile.php?cat=148&pla=7&id_articulo=80556

26

http://www.la-razon.com/index.php?_url=/economia/ingreso-contrabando-pais-valorMM_0_1894610522.html

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COMERCIO EXTERIOR Estimación importaciones contrabando

Años

En millones de $us 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2000-2012

% de las importaciones oficiales

362.2 441.8 392.1 632.5 849.2 940.2 1304.5 1352.9 1187.9 1593.3 2128 11244.5

19.8 26.1 20.4 25.9 29 26.2 27.2 30.8 21.2 20.8 26 24.8

Recaudaciones aduaneras Total en millones de $us

Estimación perdida tributaria por contrabando

% Importaciones oficiales

En millones de $us

18.2 18 18.6 19.2 18.7 19 19.2 19.4 19.2 18.6 20.6 19.2

65.8 79.3 72.8 121.4 159.1 179 261.5 262.6 227.5 296 439.7 2163.8

332.7 303.8 356.6 468.3 548.1 683.3 960.2 852.9 1073.3 1425.5 1686.2 8690

Tabla 7.1. Valor de importación y pérdida tributaria por contrabando

Valor de importación y pérdida tributaria por contrabando 15000 10000 5000 0

Estimacion perdida tributaria por contrabando En millones de $us % Importaciones oficiales Recaudaciones aduaneras Total en millones de $us % de las importaciones oficiales Estimacion importaciones contrabando En millones de $us

Figura 7.1. Valor de importación y pérdida tributaria por contrabando

7.2.4 Impacto en la competitividad del país Haciendo un análisis actual de la producción nacional, el mayor impacto en la competitividad se vería en la producción de manufacturas, ya que actualmente

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estas están siendo golpeadas por la importación (e internación al país por contrabando) de manufacturas del exterior, principalmente de China. El siguiente gráfico muestra esto.

Implementación del sistema satelital

Control de las •Reducción del áreas fronterizas contrabando.

Incremento competitividad en el área de manufacturas.

•Al reducirse el contrabando, los productos bolivianos podrían competir dentro del mercado nacional con precios similares a los de productos importados.

Generación de fuentes de trabajo y competitividad Figura 7.2. Impacto en la competitividad del país.

7.2.5 Impacto en la competitividad de la región El impacto que tuviera este sistema para el país en la región – al verse mejorados los dos puntos mencionados arriba (social y económico) – serían en dos áreas principalmente. La primera es que Bolivia percibiría mayores ingresos por causa del incremento en las recaudaciones de productos importados, dinero que puede ser invertido en áreas de investigación, salud, educación y defensa. Todas estas áreas al paso de los años generarían en el país un impacto positivo, aumentando la competitividad con respecto a otros países. La segunda sería lo atractivo que se volvería el país para nuevas inversiones, para vivir y para generar nuevas oportunidades. La idea de esto es generar un ambiente propicio para migración de habitantes de países desarrollados, empresarios e intelectuales que generen nuevas ideas y negocios. Solo un ejemplo del impacto que tienen las migraciones contraladas se ve reflejado en países como Australia y Canadá, cuyas poblaciones son en su mayoría de otros países y cuyas economías están entre las más fuertes del mundo. 7.2.6 Impacto en la competitividad del país La competitividad del país se verá positivamente afectada y esto se verá reflejado en el ROI.

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Para el análisis se tomarán en cuenta los siguientes datos:   

Instituto Boliviano de Comercio Exterior (IBCE), Bolivia pierde por año alrededor de $us. 300 millones por concepto de contrabando. Inversión de 212 millones de dólares, dato tomado de la adquisición Peruana de un satélite para fines similares de Airbus Francia27. Para el cálculo de los ingresos netos se debe tener en cuenta que en un principio la coordinación entre los sistemas militares bolivianos – los cuales tendrán bajo su mando el manejo del satélite – y los sistemas civiles (aduana) y/o policiales no estarán al 100% enlazados. Se debe tener una coordinación en tiempo real para que todos estos puedan actuar como uno solo y eso se calcula lograr en un lapso de nomás de 5 años. Por lo que el ROI será calculado en forma general y posteriormente por año.

a. Cálculo del ROI –Simple Para el ROI – simple, se consideró el importe invertido de 212 millones de dólares y los ingresos netos que se generarían si se evita el contrabando anual en Bolivia.

Cálculo del ROI (ROI-Simple) Ingresos netos producidos por la inversión

300,000,000

Gastos netos (y-o importes invertidos)

212,000,000

ROI en % ROI en $

142% 1.42

Tabla 7.2. Resultado del ROI - simple

Aquí se puede observar que por cada dólar invertido se tienen un retorno de 1,41509 dólares. Cabe mencionar que este ROI (simple) no considera tiempos por lo que se debe tener cuidado en su interpretación.

b. Cálculo de ROI por períodos En este cálculo se considera que el satélite tendrá una vida útil de 10 años. Lo primero que se realizo es dividir la cantidad invertida entre 10 para poder sacar lo que se considerará un gasto neto anual (en un caso ideal).

27

http://www.infodefensa.com/latam/2014/04/26/noticia-airbus-firman-contrato-compra-satelitesubmetrico.html

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Dentro de los ingresos en el año 1 se tendrá 15 millones por cuestiones de control del contrabando, esto ya que se debe tener un sistema interconectado entre todas las instituciones – defensa, policía y aduana – en tierra, lo cual se proyecta que estará concluido y al 100% de sus operaciones en un plazo de 5 años. De este punto hacia adelante se hizo una aproximación de las ganancias netas – esto obviamente puede variar, pero lo ideal es alcanzar estas metas económicas para tener resultados positivos para el país – para los próximos 5 años. Cálculo del ROI (ROI-Por períodos) Ingresos netos Gastos netos (-)

1 15,000,000

2 40,000,000

-21,200,000

-42,400,000

R.O.I. 1 año

-29.25%

R.O.I. 2 años

-13.52%

R.O.I. 3 años

13.99%

R.O.I. 4 años

58.02%

R.O.I. 5 años

99.69%

AÑOS O PERÍODOS 3 4 90,000,000 190,000,000 -63,600,000

-84,800,000

5 300,000,000 -106,000,000

Tabla 7.3. Resultados ROI por períodos

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CAPÍTULO 8 CONCLUSIONES 8

CONCLUSIONES

La implementación de un sistema satelital para la defensa en Bolivia traería grandes beneficios que se verían reflejados en importantes áreas civiles y militares mediante:  La Inspección de áreas alejadas y de difícil acceso gracias a la toma de imágenes que pueden ser utilizadas para el monitoreo y control de zonas vulnerables al narcotráfico o al contrabando.  El establecimiento de una conexión interinstitucional entre los principales actores de la defensa nacional (aparatos militar y policial) y de esta forma se pueden tener programas cooperativos a nivel nacional de una forma rápida y fidedigna para el trabajo conjunto en diversas áreas de interés nacional.  El monitoreo de áreas en tiempo de lluvias (inundaciones) o en épocas de calor (incendios).  Los ingresos económicos del país se verían beneficiados con la actuación oportuna de nuestras fuerzas policiales y militares en contra del contrabando.  La seguridad interna y externa del país mejorará por el monitoreo y control de diversas áreas.  Las operaciones militares que se llevan adelante en tiempos de paz evolucionarán, con el uso de nuevas tecnologías, en los aspectos tácticos y estratégicos.  Las comunicaciones, que es algo esencial en las operaciones militares mejoraran y permitirán el rápido intercambio de información entre los cuarteles generales, los campamentos y/o las unidades que se encuentren en misión en el frente.  Generará un impulso en la capacitación y formación de personal en nuevas áreas y tecnologías que son de mucha ayuda para las economías globales al momento de abrir nuevos mercados tecnológicos.

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CAPÍTULO 9 RECOMENDACIONES 9 RECOMENDACIONES La investigación en las tecnologías inalámbricas dentro la industria de las telecomunicaciones continúa a un ritmo rápido al considerar esta alternativa para las operaciones militares tanto en tiempos de paz como en tiempos de conflictos bélicos. Las áreas que no fueron abordadas en esta tesis proporcionan temas de estudio para futuras investigaciones; las cuales se recomienda fervientemente continuar en el futuro. Dichos temas a considerar pueden ser:  Sistema de acceso inalámbrico (WAC Wireless Access System). Elementos de red común deben ser capaces de proporcionar prácticamente cualquier combinación dentro el servicio futuro deseado entre los enlaces de acceso con cable o inalámbricos. El paso de una amplia gama de productos específicos del mercado hacia plataformas flexibles, estandarizadas, que satisfagan las necesidades básicas de la mayoría de la red pública, privada, o fija y los mercados de telefonía móvil de todo el mundo, debería permitir un ciclo de vida mucho más grande para aquellos "componentes de la red y de transmisión fundamentales del core, y ofrecer gran flexibilidad y rentabilidad a los operadores de redes, proveedores de servicios y fabricantes.  Telecomunicaciones Móviles Internacionales-2000 (IMT-2000). Un "sistema telefónico" Global evolucionado bajo la guía de recomendaciones de la UIT (normas voluntarias) para proporcionar la columna vertebral esencial para las comunicaciones en todo el mundo. Las tendencias de la "globalización" en todas las formas de comunicación, negocios e incluso de entretenimiento, requiere normas globales que tienen la suficiente flexibilidad para satisfacer las necesidades locales y para que los sistemas regionales/nacionales para evolucionar sin problemas hacia el futuro de las telecomunicaciones cableadas/inalámbricas globales e integrados. El Sistema IMT-2000 proporcionará acceso, por medio de uno o más enlaces de radio, a una amplia gama de servicios de telecomunicaciones soportados por las redes de telecomunicaciones fijas (por ejemplo, PSTN / ISDN), y para otros servicios que son específicos de los usuarios móviles.  Sistema de transporte para vehículos inteligentes (IVTS, por sus siglas en inglés). Dos principales esquemas inalámbricos en el sistema IVTS han surgido: una es el enlace de vehículo a vehículo también conocido como IVC (comunicación entre vehículos) y otro enlace tierra-vehículo-carretera. El enlace que se realiza entre vehículos es necesario para razones de seguridad, mientras que el enlace carretera a vehículo es necesario para la difusión de información útil para los conductores del vehículo en tiempo real.

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Esto puede ser útil en la comunicación entre los vehículos en las zonas cercanas. El despliegue de los satélites de alta potencia con haces estrechos dirigibles. El satélite de alta potencia con haces estrechos dirigibles facilitará la recepción de las señales, utilizando amplificadores de baja potencia de estado sólido, por lo que se podrá utilizar antenas de plato pequeño en las estaciones terrenas. Esto proporcionará una amplia cobertura de la superficie de la tierra, cuya cobertura se puede seleccionar por el arreglo de la dirección de haz de satélite de alta potencia mientras que facilita el uso de antenas más pequeñas. La configuración multi-haz orientable reduce la interferencia con otras redes. Sin embargo, esto resulta en pequeñas áreas de cobertura de la Tierra, se necesitan vehículos de lanzamiento de satélites más poderosos, con complicados controles de a bordo. Bandas de frecuencia más alta. Con plena explotación de las banda C convencional y las bandas C extendidas para satisfacer la creciente demanda de servicios por satélite fijo como también para los sistemas de línea de visión; ya que la interferencia entre varias frecuencias se ha vuelto muy difícil. El uso de bandas de frecuencias superiores es inevitable para mitigar estos problemas. Proyección del mercado de las telecomunicaciones en Bolivia. El mercado de las telecomunicaciones es tan grande, que se puede realizar un estudio para ver las proyecciones de ésta en los próximos años en Bolivia. Por último, aprovechando la introducción y la matemática necesaria que se necesita para lanzar un cohete, y que fueron proporcionados en esta tesis, se puede desarrollar otra para el lanzamiento de un cohete desde territorio boliviano.

Con referencia a los sistemas de satélites LEO o GEO, se puede decir que para escoger uno de ellos se debe tener en cuenta aspectos como la parte económica y técnica. Dentro a lo económico, los sistemas LEO son más baratos puesto que se utiliza un cohete más pequeño para poner en órbita varios satélites (también pequeños), sin embargo se necesita de una constelación de estos satélites para poder tener una comunicación constante y fidedigna. Más al contrario con los satélites GEO solo se necesita de un solo satélite para cubrir un área grande pero el costo de lanzamiento y puesta en órbita es mucho más elevado que el de los satélites LEO. Mis recomendaciones dentro de la elección del sistema son:  Utilizar un sistema satelital GEO para poder cubrir con su huella Bolivia. Tal vez sería la primera fase de un proyecto más grande.  Conversar con la empresa aeroespacial para que se tenga una transferencia de tecnología y poner en marcha otro proyecto pero con una constelación de satélites LEO; los cuales son más baratos y económicos de desarrollar, y también de lanzar y poner en órbita.

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ANEXOS Anexo 1 Satélite Militar Peruano - Características

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Anexo 2 Satélite Tupac Katari (TKSAT-1) – Características

El satélite Tupak Katari es un producto de la Academia China de Tecnología Espacial CAST, fabricado en torno a la plataforma DHF 4, sobre la que ya se han construido algo más de una decena de satélites incluyendo varios para clientes internacionales como Venezuela, Nigeria y Paquistán. Si bien la tecnología y gran parte de los componentes son manufacturados por CAST, se incorporan también elementos de fabricación europea y componentes de industria norteamericana, especialmente en los sistemas de la carga útil. Detalles técnicos Posición Orbital: 87.2º W Transpondedores: 30 Fecha de lanzamiento: Diciembre 2013 Puesta en servicio: Marzo 2014 Vida Útil estimada: 15 años Tipo: Satélite de Comunicaciones Plataforma: DFH-4 Dimensiones: 2360mm×2100mm×3600mm Tipo de Orbita GEO: Energía de Paneles solares(kw) 10.5 (EOL) Bandas de los transpondedores: C / Ku / Ka Modo de Estabilización: Tri-axial

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Altitud orbital GEO (Km): 36,000 Mantenimiento de la Precisión: oeste/este ±0.05°(3o) norte/sur ±0.05°(3o) Precisión del apuntamiento de la Antena: < 0.1°(3o) Energía de la carga útil (kw): 8 Peso: 5100 Kg. Vehículo de lanzamiento: LM.3BE

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