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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y

ELECTRÓNICA

DISEÑO DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES EMERGENTE

ANTE DESASTRES NATURALES CON TECNOLOGÍA VSAT

TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

FREDDY VINICIO SALTOS ESTRELLA

[email protected]

DIRECTOR: ING. RICARDO XAVIER LLUGSI CAÑAR MSc.

[email protected]

CODIRECTOR: ING. WILLIAMS FERNANDO FLORES CIFUENTES MSc.

[email protected]

Quito, agosto 2018

I

AVAL

Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Freddy Vinicio Saltos Estrella,

bajo nuestra supervisión.

ING. RICARDO XAVIER LLUGSI CAÑAR MSc.

DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

ING. WILLIAMS FERNANDO FLORES CIFUENTES MSc.

CODIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

II

DECLARACIÓN DE AUTORÍA

Yo Freddy Vinicio Saltos Estrella, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de

mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual

correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido

por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional

vigente.

FREDDY VINICIO SALTOS ESTRELLA

III

DEDICATORIA

Dedico mi proyecto de Titulación a mis padres Freddy y Catalina, a mis hermanas Valeria

y Andrea, pilares fundamentales en mi vida, por su incondicional apoyo he cumplido

cualquier meta o proyecto que he planteado durante mi formación profesional.

IV

AGRADECIMIENTO

Agradezco principalmente a mis padres, por brindarme su cariño, apoyo y paciencia en los

momentos de mayor necesidad, y por ser un claro ejemplo a seguir.

Al Ingeniero Ricardo Llugsi y al Ingeniero Fernando Flores, por su dirección y colaboración

con el desarrollo del presente proyecto.

A la empresa DIGITEC S.A., por todo el soporte técnico prestado para el desarrollo y

culminación del proyecto, especialmente al Ingeniero Mario Sánchez, quien con su

experiencia y formación ha sabido solventar mis inquietudes.

V

ÍNDICE DE CONTENIDO

AVAL ................................................................................................................................. I

DECLARACIÓN DE AUTORÍA ......................................................................................... II

DEDICATORIA .................................................................................................................III

AGRADECIMIENTO ........................................................................................................ IV

ÍNDICE DE CONTENIDO ................................................................................................. V

ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................... VIII

ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................... X

ÍNDICE DE ECUACIONES .............................................................................................. XI

RESUMEN ...................................................................................................................... XII

ABSTRACT ................................................................................................................... XIII

1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1

1.1 Objetivos ............................................................................................................ 1

1.2 Alcance ............................................................................................................... 2

1.3 Marco Teórico ..................................................................................................... 2

1.3.1 Antecedentes............................................................................................... 3

1.3.2 Organismos de Gestión de Riesgos en el Ecuador ...................................... 6

1.3.3 Breve Introducción a los Sistemas de Comunicación Digital ........................ 8

1.3.4 Sistemas de Comunicaciones Emergentes .................................................20

1.3.5 Sistemas Satelitales ...................................................................................26

1.3.6 SkyEdge II – GILAT ....................................................................................44

1.3.7 Herramientas de dimensionamiento de Sistemas VSAT .............................54

1.3.8 Equipos de medición ..................................................................................54

1.3.9 Infraestructura de comunicaciones en plataformas móviles ........................55

2. METODOLOGÍA .......................................................................................................56

2.1 Cliente del sistema emergente...........................................................................56

2.2 Requerimientos .................................................................................................58

2.2.1 Requerimientos de Servicios ......................................................................58

2.2.2 Requerimientos de funcionamiento .............................................................59

VI

2.2.3 Requerimientos de Capacidad ....................................................................61

2.3 Diseño del Enlace Satelital (Link Budget) ..........................................................69

2.3.1 Solución 1 (Segmento de red desde cero) ..................................................69

2.3.2 Solución 2 (Adaptación a segmentos de red disponibles) ...........................78

2.4 Diseño del sistema emergente...........................................................................79

2.4.1 Estructura de anclaje a la camioneta ..........................................................80

2.4.2 Trípode de montaje de la antena ................................................................80

2.4.3 Antena, Feeder y estructura de sujeción .....................................................81

2.4.4 Caja de equipos ..........................................................................................81

2.4.5 Conexiones Eléctricas ................................................................................82

2.4.6 Conexiones de Radio Frecuencia y de Red ................................................83

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................85

3.1 Pruebas del Enlace Satelital ..............................................................................85

3.1.1 Pruebas Generales .....................................................................................86

3.1.2 Pruebas en el perfil 1 de tráfico (DL-MIR: 2048 kbps, UL-MIR: 1024 kbps) 92

3.1.3 Pruebas en el perfil 2 de tráfico (DL-MIR: 1024 kbps, UL-MIR: 512 kbps) ..94

3.1.4 Pruebas en el perfil 3 de tráfico (DL-MIR: 1024 kbps, UL-MIR: 512 kbps) ..97

3.2 Comparación de Resultados ............................................................................ 100

4. CONCLUSIONES ................................................................................................... 102

5. RECOMENDACIONES ........................................................................................... 105

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................ 106

7. ANEXOS................................................................................................................. 110

ANEXO I ........................................................................................................................ 111

ANEXO II ....................................................................................................................... 113

ANEXO III ...................................................................................................................... 114

ANEXO IV ...................................................................................................................... 117

ANEXO V ....................................................................................................................... 119

ANEXO VI ...................................................................................................................... 121

ANEXO VII ..................................................................................................................... 122

VII

ANEXO VIII .................................................................................................................... 125

ANEXO IX ...................................................................................................................... 133

ANEXO X ....................................................................................................................... 136

ANEXO XI ...................................................................................................................... 140

ANEXO XII ..................................................................................................................... 142

ANEXO XIII .................................................................................................................... 144

ORDEN DE EMPASTADO............................................................................................. 145

VIII

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1. Absorción medida en dB debido al oxígeno y al vapor de agua presentes en la

aaaaaaaaaatmosfera. ......................................................................................................14

Figura 1.2. Etapa de procesamiento de información del enlace de subida ......................30

Figura 1.3. Etapa procesamiento de información de un transpondedor satelital...............30

Figura 1.4. Etapa de procesamiento de información del enlace de bajada.......................30

Figura 1.5. Huella de PIRE de un satélite ........................................................................31

Figura 1.6. Ángulos de Elevación (El) y Azimut (Az) ........................................................32

Figura 1.7. Diagrama de bloques de estación hub ...........................................................41

Figura 1.8. Elementos de una estación remota ................................................................42

Figura 1.9. Protocolos TDM/TDMA y SCPC/DAMA..........................................................43

Figura 1.10. Diagrama de bloques del Hub SkyEdge II – Inbound ...................................51

Figura 1.11. Diagrama de bloques del Hub SkyEdge II – Outbound ................................52

Figura 1.12. Diagrama de bloques de la VSAT SkyEdge II ..............................................52

Figura 2.1. Conexión de Sistemas en plataforma tecnológica ECU 911 ..........................58

Figura 2.2. Definición de los perfiles de tráfico en la herramienta de Sizing .....................65

Figura 2.3. Detalle del hardware necesario para la implementación del sistema ..............67

Figura 2.4. Información geográfica de la estación VSAT en DIGITEC S.A. ......................72

Figura 2.5. Información geográfica del Hub en la Estación Terrena de CNT ....................72

Figura 2.6. Azimuth, elevación y distancia al satélite desde el terminal VSAT .................72

Figura 2.7. Azimuth, elevación y distancia al satélite desde la estación terrena ...............73

Figura 3.1. Diagrama de conexiones del equipo HST-3000. ............................................86

Figura 3.2. Cables de conexión en el Feeder. ..................................................................86

Figura 3.3. Cables de conexión en el terminal VSAT. ......................................................87

Figura 3.4. Leds de estado del terminal VSAT. ................................................................87

Figura 3.5. SkyManage - Sección y pestaña de estado ...................................................88

Figura 3.6. SkyManage – Sección de estado y pestaña de información ..........................89

Figura 3.7. SkyManage – Sección de estado y pestaña de telemetría .............................89

Figura 3.8. Comando “ipconfig” ejecutado en CMD – Windows 10 ..................................90

Figura 3.9. Prueba de ping al terminal VSAT ...................................................................90

Figura 3.10. Prueba de ping al DPS en el Hub. ................................................................91

Figura 3.11. Prueba de ping al router de borde en la Estación Terrena ...........................91

Figura 3.12. Comando ping continuo hacia el servidor DNS de Google ...........................91

Figura 3.13. Comando tracert hacia el servidor DNS de Google ......................................92

Figura 3.14. Primera medición de velocidad de carga, descarga y latencia para una VSAT

aaaaaaaaaaen el perfil de tráfico 1 ..................................................................................92

IX

Figura 3.15. Segunda medición de velocidad de carga, descarga y latencia para una VSAT


Figura 3.16. Pantalla con resultados de la prueba de descarga en el perfil de tráfico 1 ...93

Figura 3.17. Carga de archivo al servicio de almacenamiento en la nube Google Drive para

aaaaaaaaaael perfil de tráfico 1 .......................................................................................94

Figura 3.18. Pantalla con resultados de la prueba de carga en el perfil de tráfico 1 .........94


aaaaaaaaaaien el perfil de tráfico 2 .................................................................................95






Figura 3.23. Pantalla con resultados de la prueba de carga en el perfil de tráfico 2 .........96









X

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1. Detalle de desastres en el Ecuador durante los últimos años........................... 5

Tabla 1.2. Sistemas de Comunicaciones para ejecución de procesos de Gestión de

aaaaaaaaaiRiesgos .......................................................................................................... 7

Tabla 1.3. Designación de bandas de frecuencia usadas en el campo del radar y radio

aaaaaaaaacomunicaciones espaciales ............................................................................12

Tabla 1.4. Principales tecnologías de los sistemas celulares ...........................................24

Tabla 1.5. Es/N0 requerido según el MODCOD y el tipo de trama para el Outbound .......46

Tabla 1.6. Es/N0 requerido según el MODCOD para Inbound ..........................................50

Tabla 2.1. Principales servicios en situaciones de emergencia ........................................59

Tabla 2.2. Requerimientos de capacidad del Outbound ...................................................66

Tabla 2.3. Requerimientos de capacidad del Inbound ......................................................66

Tabla 2.4. CIR y MIR para los perfiles de tráfico ..............................................................68

Tabla 2.5. Asignación de usuarios en perfiles de tráfico disponibles ................................69

Tabla 2.6. Parámetros usados para el cálculo del enlace – Solución 1 ............................70

Tabla 2.7. Parámetros actuales de funcionamiento – Solución 2 .....................................78

Tabla 3.1. Resultados de las pruebas de los perfiles de tráfico 1, 2 y 3 ...........................99

Tabla 3.2. Resultados Prácticos y Resultados Teóricos ................................................. 101

Tabla 3.3. Comparación Resultados Prácticos y Resultados Teóricos ........................... 101

XI

ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1.1. Ruido Térmico ........................................................................................... 14

Ecuación 1.2. Densidad de Ruido .................................................................................... 15

Ecuación 1.3. Relación Señal a Ruido ............................................................................. 15

Ecuación 1.4. Factor de Ruido ......................................................................................... 15

Ecuación 1.5. Fórmula de Friiss ....................................................................................... 16

Ecuación 1.6. Cifra de Ruido ........................................................................................... 16

Ecuación 1.7. Temperatura Equivalente de Ruido ........................................................... 16

Ecuación 1.8. Relación Portadora a Ruido ....................................................................... 17

Ecuación 1.9. Relación de Portadora a Densidad de Ruido ............................................. 17

Ecuación 1.10. Energía de bit a densidad de ruido .......................................................... 18

Ecuación 1.11. Energía de símbolo a densidad de ruido ................................................. 18

Ecuación 1.12. Potencia Isotrópica Radia Equivalente .................................................... 18

Ecuación 1.13. Ganancia de una antena parabólica ........................................................ 19

Ecuación 1.14. Relación de Ganancia a Temperatura equivalente de Ruido ................... 19

Ecuación 1.15. Nivel de absorción atmosférica en función del ángulo de elevación ........ 33

Ecuación 1.16. Potencia de recepción en el enlace de subida ......................................... 35

Ecuación 1.17. Potencia de entrada a la antena en la estación terrena ........................... 36

Ecuación 1.18. C/N0 de recepción en el enlace de subida ............................................... 36

Ecuación 1.19. Pérdidas acumuladas en el enlace de subida .......................................... 37

Ecuación 1.20. Pérdidas por espacio libre ....................................................................... 37

Ecuación 1.21. C/N0 de recepción en el enlace de bajada ............................................... 37

Ecuación 1.22. Densidad de Flujo a la entrada del satélite .............................................. 38

Ecuación 1.23. Potencia de reserva de entrada para las portadoras ............................... 38

Ecuación 1.24. Potencia de reserva de salida para las portadoras .................................. 38

Ecuación 1.25. Aproximación al PIRE de salida del satélite ............................................. 39

Ecuación 1.26. Temperatura de ruido por lluvia en DL..................................................... 40

Ecuación 1.27. C/N0 total contando con la atenuación y ruido por lluvia .......................... 40

XII

RESUMEN

Debido a los problemas de comunicación existentes tras un desastre natural, se requiere

un sistema de telecomunicaciones robusto, de fácil implementación, móvil y multi-servicio,

por lo que el presente proyecto trata sobre el diseño de un sistema de comunicaciones

emergentes que permita el intercambio de información entre los organismos de respuesta.

En el primer capítulo se realiza un análisis sobre las amenazas en el Ecuador, los

principales organismos de respuesta tras una emergencia y los sistemas de

comunicaciones emergentes usados por dichos organismos. Adicionalmente se realiza una

comparación entre los sistemas emergentes disponibles, con la finalidad de establecer su

respuesta bajo condiciones poco favorables para la comunicación. Debido a los beneficios

que presentan los sistemas satelitales se incluye un estudio más detallado de dichos

sistemas.

En el segundo capítulo se definen los requisitos mínimos que debe cumplir el sistema de

comunicaciones emergentes, tomando en cuenta las necesidades actuales y futuras en

términos de servicios, cantidad de información y simultaneidad. En este capítulo se realiza

el diseño del enlace satelital y la plataforma que permitirá el transporte seguro de los

equipos hacia el sitio afectado.

En el tercer capítulo se realiza una implementación temporal del enlace satelital VSAT

(Very Small Aperture Terminal – Terminal de Apertura muy Pequeña) diseñado en el

capítulo anterior, con la finalidad de realizar pruebas de funcionamiento para los servicios

detallados en los requerimientos del sistema. Se procede a comparar los resultados

obtenidos tras realizar las pruebas con los resultados esperados de la etapa de diseño.

En el cuarto capítulo se presentan las conclusiones generadas por este estudio.

PALABRAS CLAVE: Comunicaciones Emergentes, Sistemas VSAT, Sistema Móvil.

XIII

ABSTRACT

Natural disaster cause communication problems, that make necessary a robust, easy to

implement, mobile and multi-service telecommunication system. Therefore, the present

project is about the design of an emergency communication system that allows the

exchange of information between response organizations.

The content of the first chapter is an analysis about the threats in Ecuador, the main

emergency response organizations and the emergency communications systems used by

these organizations. Also, there is a comparison between the available emergency systems,

with the purpose of establishing their response under unfavorable communication

conditions. Due to the benefits of satellite systems, a more detailed study of these systems

is included.

In the second chapter the minimal requirements that the emerging communication system

must meet are defined, considering the current and future needs in terms of services,

quantity of information and simultaneity. Also, the design of the satellite link and the platform

that will allow the safe transport of the equipment to the affected site will be carried out.

In the third chapter a temporary implementation of the VSAT satellite link, designed in the

previous chapter, is executed with the purpose of performing functionality tests for the

services detailed in the system requirements. The results from the tests will be compared

with the expected results from the design stage.

In the fourth chapter there are the conclusions of this project.

KEY WORDS: Emerging Communication, VSAT Systems, Mobile Systems.

1

1. INTRODUCCIÓN

Tras el terremoto del 16 de abril del 2016 se evidencio la ausencia de sistemas de

comunicaciones de emergencia que permitan una rápida y eficiente respuesta, por esta

razón se plantea el presente proyecto cuyo objetivo es diseñar un sistema de

comunicaciones que permita a los organismos de gestión de riesgos tener un conocimiento

del nivel de afectación global tras un evento adverso, y con esta información poder tomar

las mejores decisiones para disminuir al máximo las pérdidas tanto humanas como

materiales.

Debido a la posible afectación de los equipos de telecomunicaciones y al gran flujo de

información que se envía tras un evento adverso, puede existir una pérdida parcial o total

de las comunicaciones, lo cual afectará de forma directa el desempeño de los organismos

de respuesta. Por esta razón es necesario disponer de un sistema de comunicaciones

habilitado únicamente para dichos organismos, que permita mejorar la coordinación y

cumplimiento de las actividades por parte del personal en territorio.

1.1 Objetivos

El objetivo general de este Proyecto de Estudio Técnico es:

- Realizar el diseño de un sistema de comunicaciones emergentes basado en

sistemas satelitales con tecnología VSAT que permita la transmisión de información

en las primeras etapas de una emergencia causada por desastres naturales en el

Ecuador.

Los objetivos específicos de este Proyecto de Estudio Técnico son:

- Realizar un estudio sobre los sistemas de comunicación emergentes y los planes

de acción para recuperar la comunicación con las zonas afectadas en un desastre

natural a nivel Nacional.

- Analizar los sistemas satelitales VSAT, para conocer su arquitectura y

características técnicas; con esta información realizar el dimensionamiento de un

enlace satelital VSAT que cumpla con la función de enlace principal para la

comunicación entre el sitio afectado y la central de atención de emergencias.

- Realizar pruebas de conectividad de un enlace satelital VSAT establecido de forma

temporal en instalaciones definidas por la empresa DIGITEC S.A., comprobar la

correcta configuración y funcionamiento del terminal y realizar pruebas de servicio

para demostrar las capacidades reales del enlace.

- Comparar los resultados del diseño teórico con respecto a la implementación física.

2

- Desarrollar el diseño de la plataforma móvil que permitirá albergar y transportar los

equipos hacia el sitio afectado.

1.2 Alcance

El presente proyecto incluye el diseño, implementación temporal y pruebas de un enlace

satelital que cumpla las necesidades de comunicación de los organismos de gestión de

riesgos; así como el diseño de la plataforma móvil para el transporte de los equipos hacia

el sitio afectado.

1.3 Marco Teórico

Debido a la situación geográfica y a la gran cantidad de recursos naturales, se considera

al Ecuador como un país vulnerable contra desastres naturales y posibles catástrofes;

dichos eventos pueden afectar directamente a las personas y sus bienes tanto en el

instante de ocurrencia como en las etapas posteriores al evento. Es por esto que se

requiere un trabajo coordinado en y entre cada uno de los organismos públicos y privados

relacionados con la salud y la gestión de riesgos.

Siguiendo el planteamiento dado por la OPS (Organización Panamericana de la Salud) se

dice que un desastre es un evento adverso que genera cambios perjudiciales para las

personas, la economía, los sistemas sociales o el medio ambiente, el origen de dicho

evento puede ser natural, derivado de actividades humanas o mixto, y como resultado se

supera la capacidad de respuesta de la comunidad afectada. Se define igualmente el

término emergencia, cuya única diferencia con un desastre corresponde a las acciones de

respuesta, que en este caso si pueden ser manejadas de forma local [1].

En un desastre se presentan tres etapas en las que resulta de vital importancia la

comunicación [2]:

- Etapa de prevención: En esta etapa se requieren sistemas de telecomunicaciones

que operen 24 horas los 365 días de año, ya que son las encargadas de monitorear

e informar sobre posibles amenazas.

- Etapa de respuesta y rescate: Dependiendo el nivel de afectación producida por un

desastre se tendrán diferentes requerimientos y por lo tanto se podrán usar varios

sistemas de telecomunicaciones. Es necesario asegurar la interoperabilidad con los

sistemas ya existentes con la finalidad de apresurar el proceso de rescate.

- Etapa de recuperación: Se busca reestablecer los servicios que se vieron

interrumpidos por la emergencia y mantener los sistemas de prevención. Es

necesario realizar un análisis del nivel de afectación.

3

Se debe tomar en cuenta la relación directa existente entre el nivel de afectación que puede

producir un desastre y el tiempo de respuesta por parte de los organismos de gestión de

riesgos, con la finalidad de asegurar una respuesta inmediata y la toma de la mejor decisión

ante un evento adverso; por esta razón resulta necesario que las entidades relacionadas

cuenten con información confiable en el menor tiempo posible.

Resulta innegable el nivel de importancia de los sistemas de telecomunicaciones antes,

durante y después de algún evento adverso que pueda generar daños a nivel local (dentro

de una ciudad), provincial o nacional; sin embargo, no todos los sistemas de

telecomunicaciones disponibles actualmente en el país pueden soportar los posibles daños

que pueden generarse, debido a esto es necesario proveer un sistema de

telecomunicaciones que cumpla con ciertos requisitos de funcionamiento en condiciones

poco favorables.

Cuando un evento de desastre golpea, la infraestructura de telecomunicaciones

generalmente se ve afectada debido a los daños producidos en los equipos que la

conforman, el excesivo incremento de tráfico y la posible interferencia externa, limitando

de forma severa la habilidad de comunicación del personal de respuesta ante emergencias

y desastres. Por lo tanto, será necesario dar un trato preferencial al tráfico correspondiente

a los ETS (Emergency Telecommunications Services - Servicios de Telecomunicaciones

de Emergencia) sobre las redes que queden disponibles [3].

Inmediatamente tras una emergencia o desastre es necesario hacer uso de los recursos

públicos como son la RTPC (Red Telefónica Pública Conmutada), RDSI (Red Digital de

Servicios Integrados), PLMN (Public Land Mobile Network – Red Móvil Terrestre Pública),

entre otros; evitando de esta manera retrasar las actividades de los equipos de respuesta.

Sin embargo, conforme las operaciones de emergencia se ponen en marcha, capacidades

suplementarias pueden también ser un gran beneficio, particularmente cuando los recursos

públicos de telecomunicaciones sufren saturación y por lo tanto su uso ese vuelve limitado.

Por esta razón, es deseable disponer de infraestructura de telecomunicaciones que pueda

fácilmente ser integrada con instalaciones móviles y redistribuibles. El principal objetivo de

la infraestructura que pueda desplegarse en respuesta a un evento adverso es dar

continuidad a los principales servicios de comunicación necesarios para las operaciones

de respuesta [2].

1.3.1 Antecedentes

Debido a la situación geográfica, el Ecuador es considerado un país de alto riesgo ante

eventos naturales adversos, por lo que es necesario presentar una breve descripción de

4

dichas amenazas, con la finalidad de considerarlas en el diseño del sistema de

comunicaciones emergentes.

1.3.1.1 Amenazas y Desastres en el País

“Se define a la amenaza como el factor externo de riesgo, representado por la posibilidad

de que ocurra un fenómeno o un evento adverso que podría generar daño en las personas

o su entorno, derivado de la naturaleza, de la actividad humana o de una combinación de

ambos, y que puede manifestarse en un momento y un lugar específicos con una magnitud

determinada.” [1].

En otras palabras, las amenazas naturales son la posibilidad de ocurrencia de un evento

adverso que no requieren de la actividad humana y que genera una situación de

emergencia o desastre. Las principales amenazas que pueden afectar al Ecuador son las

siguientes:

1.3.1.1.1 Sismos

Los sismos se pueden definir como las sacudidas de la superficie de la tierra, producidas

por una súbita liberación de energía acumulada debido a una deformación de la corteza

terrestre. Esta energía se propaga en forma de ondas alrededor de un punto central

conocido como foco, pudiendo llegar a afectar a las zonas aledañas [1].

1.3.1.1.2 Tsunamis

Los tsunamis son definidos como una serie de olas marinas de magnitud variable y mayor

a las generadas normalmente por el viento, dichas olas son capaces de propagarse a

través de miles de kilómetros. Son generados de forma repentina debido al desplazamiento

de grandes masas de agua como consecuencia de terremotos, erupciones volcánicas u

otros eventos que impliquen una súbita liberación de energía cerca de las costas marinas

[1].

1.3.1.1.3 Erupciones Volcánicas

Las erupciones volcánicas son caracterizadas por la emisión de forma violenta de magma,

ceniza y gases hacia la superficie de la tierra desde el interior de un volcán. Esta emisión

de diferentes materiales puede generar varios eventos adversos (lluvia de ceniza, flujo

piroclástico, flujo de lodo, ríos de lava y presencia de gases tóxicos) dependiendo de las

condiciones geográficas del volcán y sus alrededores [1].

1.3.1.1.4 Deslizamientos

Los deslizamientos corresponden al movimiento descendente de materiales como tierra,

agua, lodo, rocas u otros materiales que se encuentran a su paso. Pueden generarse

5

debido a cambios en la estructura y composición del suelo y la vegetación, y a cambios

hidrológicos de la zona; dichos cambios pueden ocurrir de forma natural ya sea por la

propia degradación de la zona o como resultado de la ocurrencia de algún otro evento

(incremento de las lluvias, aumento en el nivel de los ríos, excesiva acumulación de peso)

e igualmente puede deberse a las acciones del hombre sobre el terreno (deforestación,

manejo inadecuado de corrientes de agua, excavaciones) [1].

1.3.1.1.5 Inundaciones

Es el fenómeno caracterizado por mantener determinadas zonas bajo una gran cantidad

de agua, puede producirse debido a la presencia de lluvias intensas, aumento en el nivel

del mar o de ríos, ruptura súbita de presas, derretimiento de nieve en grandes volúmenes

o por la presencia de otros fenómenos que afecten a los sistemas de drenaje en

determinadas zonas [1].

1.3.1.2 Desastres en el País

Dado el elevado riesgo bajo el cual se encuentra nuestro país, a lo largo el tiempo han

existido varios desastres naturales que han afectado de forma significativa tanto a las

personas como a la infraestructura de varios servicios. A continuación, se muestra una

tabla detallando los principales desastres que han ocurrido en los últimos años.

Tabla 1.1. Detalle de desastres en el Ecuador durante los últimos años [4], [5], [6]

AÑO EVENTO AFECTACIÓN

1982 Fenómeno del Niño 7 000 personas afectadas, 307 personas fallecidas, daño en las vías cercanas y daños estimados en USD 640 millones.

1987 Terremoto de magnitud 6.9 en la escala de Richter

150 000 personas afectadas, 1000 personas fallecidas, 60 000 viviendas afectadas y daños estimados en USD 1 000 millones.

1993 Deslizamiento en Cuenca, en la represa “La Josefina”

75 000 personas afectadas, 700 viviendas destruidas y daños estimados en USD 500 millones.

1997-1998

Inundación durante el fenómeno del niño.

35 000 personas afectadas, 5 000 viviendas destruidas, 3 312 Km de vías afectadas y daños de estimados de USD 271 millones.

1998 Terremoto de magnitud 7.1 en la escala de Richter en Manabí

1 240 personas afectadas, 3 personas fallecidas, 605 casas dañadas y 274 casas destruidas.

2001 Deslizamiento en vías, Papallacta

633 personas afectadas, 42 personas fallecidas, 332 viviendas destruidas y pérdidas por USD 17 millones.

6

2002 Erupción volcán Reventador 40 000 hectáreas de pastizales y 700 cabezas de ganado afectados, daños en varias vías cercanas, pérdidas de alrededor de USD 300 000 en florícolas, no hubo afectación directa a las personas debido a la exitosa evacuación.

2003 Erupción volcán Tungurahua

7 000 personas afectadas, daños en varias vías cercanas, pérdidas por USD 2 390 000 en el sector agropecuario.

2006 Erupción volcán Tungurahua

50 000 hectáreas de sembríos y pastizales afectados, 15 000 hectáreas de cultivos destruidas, 100 000 personas afectadas.

2008 Inundaciones entre enero y abril

90 297 familias afectadas, 57 personas fallecidas, daños en varias vías cercanas.

2016 Terremoto de magnitud 7.8 en la escala de Richter en Manabí

6 274 personas afectadas, 663 personas fallecidas, daño en vías y edificaciones en varias provincias y costo de reconstrucción aproximado de USD 3 343.8 millones.

1.3.2 Organismos de Gestión de Riesgos en el Ecuador

Los organismos de gestión de riesgos tienen como objetivo la prevención, mitigación,

preparación, respuesta y reducción del riesgo. Para cumplir con los objetivos planteados

por estos organismos es necesario un trabajo cooperativo interinstitucional e intersectorial,

en donde la correcta coordinación es un factor primordial, especialmente en situaciones de

emergencia [1].

1.3.2.1 Secretaría de Gestión de Riesgos (SGR)

La SGR tuvo su origen en abril del 2008 como una entidad técnica y posteriormente en el

2009 fue elevada a entidad nacional para encargarse de la gestión de riesgos en todo el

país, su misión es garantizar la protección de personas y colectividades de los efectos

negativos de desastres de origen natural o antrópico. Para cumplir con su misión la SGR

debe realizar una serie de actividades entre las que se encuentran [7]:

- Desarrollo de proyectos para prevenir los efectos negativos que se pueden generar

tras una emergencia o desastre.

- Monitoreo de eventos adversos.

- Coordinación de estudios técnicos para la identificación de riesgos.

- Coordinación de acciones en situaciones de desastre.

1.3.2.2 Direcciones o Coordinaciones de Gestión de Riesgos

A nivel nacional varias entidades relacionadas con la salud incluyen departamentos

específicos para el cumplimiento de las actividades de gestión de riesgos, desde el

monitoreo hasta la respuesta, lo que permite que cada entidad puede manejar sus

7

procesos de forma autónoma e implementar mejoras para la respuesta ante cualquier

evento adverso.

En esta categoría se incluyen la Coordinación Nacional de Gestión del Riesgo de

Emergencias y Desastres del Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social y la Dirección

Nacional de Gestión de Riesgos del Ministerio de Salud Pública.

1.3.2.3 Otros Organismos de Soporte y Respuesta

Son organismos que proporcionan información necesaria para el monitoreo y seguimiento

de los eventos adversos y pueden participar durante la respuesta ante emergencias y

desastres [8].

- Policía Nacional.

- Cuerpo de Bomberos.

- Cruz Roja Ecuatoriana.

- Ministerio de Transporte y Obras Públicas.

- Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI).

- Instituto Geofísico EPN (IG-EPN).

- Instituto Oceanográfico de la Armada.

- Servicio Integrado de Seguridad ECU 911.

1.3.2.4 Comunicaciones en situaciones de desastre

Los sistemas de telecomunicaciones son muy útiles durante todos los procesos ejecutados

por los organismos de gestión de riesgos, dichos organismos realizan 2 procesos

generales:

Tabla 1.2. Sistemas de Comunicaciones para ejecución de procesos de Gestión de Riesgos [2]

Proceso Descripción Sistemas de Comunicación

Reducción y Prevención

Durante esta etapa los organismos de gestión de riesgos se encargan del monitoreo, a través de la recolección y análisis de la información proporcionada por diversos sistemas a nivel nacional e internacional; es importante recalcar el soporte que brindan los institutos técnico-científicos para la recolección y análisis de información crítica para la toma de decisiones.

- Comunicación a través de internet.

- Comunicación a través de telefonía celular.

- Comunicación a través de telefonía fija.

- Comunicación a través de sistemas de radio de 2 vías.

- Comunicación a través de sistemas satelitales.

- Uso de redes de sensores para la recolección de la información.

8

Respuesta y Rescate

Durante esta etapa, los organismos de gestión de riesgos en conjunto con otros organismos de respuesta realizan actividades en territorio, ejecutando operaciones de rescate que reduzcan al máximo las posibles pérdidas humanas y materiales. Para la coordinación de actividades es necesario la clasificación de la emergencia por parte de la autoridad competente; en base a la clasificación dispuesta se definirán las necesidades y prioridades de comunicación. Es importante considerar que en esta etapa se tienen condiciones de trabajo poco favorables.

- Comunicación a través de sistemas de radio de 2 vías.

- Comunicación a través de telefonía celular.

- Comunicación a través de sistemas satelitales.

1.3.3 Breve Introducción a los Sistemas de Comunicación Digital

Según la Ley Orgánica de Telecomunicaciones (LOT) “Se entiende por telecomunicaciones

toda transmisión, emisión o recepción de signos, señales, textos, video, imágenes, sonidos

o informaciones de cualquier naturaleza por sistemas alámbricos, ópticos o inalámbricos,

inventados o por inventarse” [9]. Es decir que las telecomunicaciones incluyen cualquier

método usado para el intercambio de información entre el origen o transmisor y el destino

o receptor.

Para el intercambio de dicha información se emplean diversos sistemas de

telecomunicaciones, los mismos que modifican las señales a ser transmitidas con la

finalidad de optimizar el envío y recepción de la información. A continuación, se definen

algunos parámetros básicos que serán usados en el presente estudio para la evaluación y

comparación de los sistemas de comunicaciones.

1.3.3.1 Codificación

La codificación es un proceso que se efectúa sobre la señal de información previo a su

envío a través del medio de transmisión, existen tres tipos de codificaciones usada en los

sistemas de comunicaciones: codificación de línea, codificación de fuente y codificación de

canal [10]. Siendo de vital importancia para el presente estudio la codificación de canal.

Codificación de Canal

La codificación de canal permite la detección y corrección de los errores (y por ende la

reducción de la tasa de errores) producidos en el canal de comunicación, dichos errores

pueden ser producidos por efectos negativos en el canal como la interferencia, distorsión

y el ruido. La reducción de la tasa de errores en un determinado sistema puede lograrse a

través de la implementación de cualquiera de las siguientes dos técnicas principales [11]:

9

ARQ (Automatic Repeat reQuest - Requisición de repetición automática): Este método

permite únicamente la detección de errores y la solicitud del reenvío del bloque de

información errado. Para la detección el transmisor añade bits de paridad a un bloque de

información, una vez que se recibe el bloque de información, el receptor calcula

nuevamente la paridad y la compara con los bits añadidos por el transmisor, si no existe

diferencia de paridad se envía un ACK (Acknowledgement - Acuse de Recibo) o caso

contrario envía un NAK (Negative Acknowledgement - Solicitud de Retransmisión). Existen

3 tipos de ARQ [11]:

- ARQ Stop-and-Wait: El transmisor envía el bloque de información y queda a la

espera de la respuesta por parte del receptor, es decir que el transmisor no envía

más información hasta recibir la confirmación o la solicitud de reenvío.

- ARQ Go-Back-N: El transmisor envía N bloques de información con sus

respectivos identificadores, el receptor envía los ACK o NAK para cada bloque de

información. En caso de recibir un NAK, el transmisor detiene el envío de nueva

información y transmite nuevamente desde el bloque con errores.

- ARQ Selective-Repeat: Mantiene un funcionamiento similar al ARQ Go-Back-N;

sin embargo, únicamente se retransmite los bloques de información erróneos.

FEC (Forward Error Correction - Corrección adelantada de errores): Este método

permite que el receptor detecte y corrija los errores, para esto el transmisor adiciona bits

redundantes a los bloques de información (bloque de k bits), el aumento de dichos bits

genera un incremento en el ancho de banda debido a la necesidad de transmitir un mayor

número de bits en un determinado tiempo. Se pueden clasificar estos códigos en 2

categorías [11]:

- Códigos de Bloque: El codificador recibe un bloque de k bits y lo transforma en un

bloque de n bits, donde n>k, es decir que aumenta un total de n-k bits redundantes

al bloque de información. Los codificadores de bloque son considerados

dispositivos sin memoria, ya que los n bits de salida dependen únicamente de los k

bits de entrada.

- Códigos Convolucionales: Estos codificadores son considerados dispositivos con

memoria, ya que los n bits de salida, dependen de los k bits de entrada y de v bits

provenientes de bloques anteriores.

En las 2 técnicas, se aumentan bits redundantes que permitan identificar los errores, debido

a esto es necesario considerar que la velocidad de transmisión no será numéricamente

igual a la velocidad de la información. Mientras mayor sea el número de bits redundantes

10

añadidos por el codificador, más efectivo será el control de errores. La selección de método

se realizará en función de las necesidades del sistema; sin embargo, en sistemas de larga

distancia se prefiere implementar FEC.

1.3.3.2 Modulación

La modulación se define como la variación proporcional de uno o varios parámetros de una

señal conocida como portadora, en función de otra señal conocida como modulante o señal

de información, dando como resultado la señal modulada. La modulación es usada en los

sistemas inalámbricos, debido a la dificultad que implica la transmisión de señales en

banda base (señales sin modular).

La modulación es usada tanto en sistemas analógicos como digitales, y en función del

parámetro que se modifica de la portadora se definen los diferentes esquemas de

modulación. Con una señal de información digital puede definirse el número de estados de

modulación con los que se trabajara, este número se calcula con la expresión ! = 2",

donde M es el número de estados y m es el número de bits por estado. El trabajar con

modulación de múltiples estados permite disminuir el ancho de banda de una señal en un

factor de 1/m; sin embargo, a mayor número de estados se dificulta notablemente el

proceso de discriminación de los mismos, por lo que puede existir un incremento en la tasa

de bits errados. A continuación, se describen las modulaciones digitales consideradas en

el presente estudio [12]:

- ASK (Amplitude Shift Keying - Modulación de Amplitud): La amplitud de la

portadora varía de acuerdo a la señal modulante, es decir que cada estado tendrá

una máxima amplitud diferente, lo que permitirá distinguir el estado y por lo tanto la

información contenida.

- PSK (Phase Shift Keying - Modulación de Fase): Es una modulación del tipo

angular, en la que se mantiene constante la amplitud y la información se transporta

en estados de fase. Esta modulación es muy usada debido a su buen desempeño

contra errores, una de sus aplicaciones principales corresponde a la radio digital.

Las modulaciones de fase de múltiples estados más comunes son: 2-PSK, 4-PSK

(Q-PSK), 8-PSK Y 16-PSK.

- QAM (Quadrature Amplitude Modulation - Modulación de Amplitud en

Cuadratura): Esta modulación varía la amplitud y la fase de la portadora, logrando

disminuir la tasa de error con respecto a otras modulaciones para un mismo nivel

de ruido, especialmente al tratarse de modulaciones multinivel de orden alto. Los

estados de modulación en el diagrama de constelación de QAM están dispuestos

uniformemente sobre una rejilla cuadrada con igual separación vertical y horizontal.

11

- APSK (Amplitude Phase Shift Keying - Modulación por desplazamiento de

Amplitud y Fase): Esta modulación es similar a QAM, ya que varía la amplitud y

fase de la portadora. Sin embargo, la principal diferencia corresponde a la

distribución de los estados de modulación en circunferencias concéntricas en el

diagrama de constelación.

1.3.3.3 Multiplexación y Acceso Múltiple

Se define a la multiplexación como la transmisión de información de varias fuentes a varios

destinos a través de un solo medio de transmisión, para lo cual un multiplexor se encarga

de realizar la combinación de la información proveniente de varias fuentes y un

demultiplexor se encarga de separar dicha información para su recepción. Se consideran

4 métodos de multiplexación principales y predominantes [13]:

- TDM (Time Division Multiplexing - Multiplexación por División de Tiempo): La

información de varias fuentes se intercala en el dominio del tiempo; es decir que,

durante un intervalo de tiempo, todo el canal de comunicaciones podrá ser usado

por una determinada fuente de información.

- FDM (Frequency Division Multiplexing - Multiplexación por División de

Frecuencias): La información de cada fuente es asignada a una banda distinta de

frecuencias y transmitida de forma simultánea, es decir que se divide al ancho de

banda del canal en sub-bandas de tal forma que cada fuente de información pueda

usar una sub-banda diferente a lo largo del tiempo.

- WDM (Wavelength Division Multiplexing - Multiplexación por División de

Longitud de Onda): Su funcionamiento es similar a FDM, sin embargo, la

información es enviada a través de señales ópticas, donde cada señal utiliza una

longitud de onda diferente, evitando la interferencia entre diferentes señales.

- CDM (Code Division Multiplexing – Multiplexación por División de Código): La

información es codificada mediante una secuencia pseudo aleatoria, la misma que

permite extender la señal sobre el ancho de banda (espectro disperso), logrando

incrementar su tolerancia ante la interferencia y permitiendo que varias señales

sean transmitidas sobre la misma banda de frecuencias y al mismo tiempo.

El acceso múltiple permite que varias fuentes tengan acceso a uno o más canales de

información dentro de un medio de transmisión sin que exista interferencia, para lo cual se

requiere dividir al canal de comunicaciones en sub-canales que serán asignados en función

de las políticas definidas para el sistema.

12

Los arreglos de acceso múltiple más comunes son: TDMA (Time Division Multiple Access

– Acceso Múltiple por División de Tiempo), FDMA (Frequency Division Multiple Access –

Acceso Múltiple por División de Frecuencia) y CDMA (Code Division Multiple Access –

Acceso Múltiple por División de Código). Estos emplean técnicas similares a las utilizadas

para la multiplexación, es decir que se divide al canal de comunicaciones en varios sub-

canales (de tiempo, frecuencia o código) para el envío de la información, la asignación de

los sub-canales dependerá del protocolo a ser implementado en el sistema.

1.3.3.4 Espectro Electromagnético

Se define al espectro electromagnético como el conjunto de energías radiantes ordenadas

por su frecuencia o longitud de onda [11]. La designación de bandas del espectro

electromagnético puede variar en función del organismo que la genera; sin embargo, para

el presente estudio se tomara la designación realizada por la UIT (Unión Internacional de

Telecomunicaciones) en su recomendación UIT-R V.431-8, en la Tabla 1.3 se presenta la

designación de las bandas de frecuencia usadas comúnmente en radiocomunicaciones

espaciales.

Tabla 1.3. Designación de bandas de frecuencia usadas en el campo del radar y radio comunicaciones espaciales [14]

Símbolo Literal Designación Nominal Rango de Frecuencias

L Banda de 1.5 GHz 1-2 GHz

S Banda de 2.5 GHz 2-4 GHz

C Banda de 4/6 GHz 4-8 GHz

X - 8-12 GHz

Ku Banda de 11/14 GHz

Banda de 12/14 GHz 12-18 GHz

K Banda de 20 GHz 18-27 GHz

Ka Banda de 30 GHz 27-40 GHz

V Banda de 40 GHz -

13

1.3.3.5 Propagación de Ondas Electromagnéticas

Para los sistemas de comunicación inalámbricos es necesario analizar las características

de propagación de las ondas electromagnéticas por el espacio libre1, estas características

son dependientes de la frecuencia de operación, altitud, condiciones climáticas, niveles de

ionización y otros factores atmosféricos que pueden degradar la señal y producir cambios

en la dirección de propagación de la misma [15].

En la propagación por medios inalámbricos existen 2 efectos negativos que degradan el

nivel de potencia de la señal que llega al receptor, estos son la atenuación y la absorción

[13]:

- Atenuación: Se lo expresa matemáticamente por la ley del cuadrado inverso de la

radiación, en la que se describe la reducción de la densidad de potencia con

respecto al incremento de la distancia a la fuente, esto se debe a la dispersión del

campo electromagnético que irradia la misma, es decir que no se pierde o disipa

nada de la potencia irradiada ya que esta únicamente se dispersa. La atenuación

afecta la propagación en el vacío y en la atmosfera terrestre.

- Absorción: La absorción afecta a la propagación en la atmosfera terrestre, debido

a que esta se encuentra formada por átomos y moléculas de diversas sustancias

gaseosas, líquidas y sólidas. Al propagarse una onda electromagnética a través de

la atmosfera, es posible que parte de su energía sea absorbida por los átomos y

moléculas, generando una pérdida en la potencia de la onda que llega al receptor.

La absorción atmosférica en condiciones normales depende de la frecuencia de

operación y es insignificante para frecuencias bajo los 10 GHz [15]; para

frecuencias mayores existe un incremento no lineal del nivel de absorción, como se

puede observar en la Figura 1.1. Es importa recalcar que la atenuación que sufre

una onda que se propaga por la atmosfera en condiciones normales, será igual en

el primer y el último kilómetro del trayecto; sin embargo, la presencia de condiciones

atmosféricas anormales como lluvia o neblina en el trayecto podrá incrementar

notablemente la atenuación que sufrirá la onda.

1 Aunque al hablar del espacio libre se refiere al vacío, con frecuencia la propagación por la atmosfera terrestre es también conocida como propagación por el espacio libre.

14

Figura 1.1. Absorción medida en dB debido al oxígeno y al vapor de agua presentes en la atmosfera [15]

1.3.3.6 Parámetros Principales

En el análisis del funcionamiento, rendimiento y diseño de los sistemas de comunicaciones

se requieren de algunos parámetros que permitan la evaluación de los mismos. Por

facilidad se representarán a las variables logarítmicas (decibeles) con un subíndice para

diferenciarlas de las variables no logarítmicas (por ejemplo: N y NdB). A continuación, se

detallan los parámetros principales que serán usados en este estudio:

Potencia de Ruido (N) y Densidad de Ruido (N0): La potencia de ruido eléctrico en un

determinado ancho de banda se define en base a la siguiente ecuación [13], la cual

relaciona el ruido térmico, el ancho de banda de ruido2 y la temperatura equivalente de

ruido.

# = $ % &' % ()'

Ecuación 1.1. Ruido Térmico

Donde:

- N = Potencia de ruido [W].

- K = Constante de proporcionalidad de Boltzmann= 1.38 % 10*+, [J/K].

2 El ancho de banda de ruido (ABe) es siempre mayor que el ancho de banda en los puntos de media potencia (AB) y se puede usar como regla que ABe=1.12*AB [15].

15

- Te = Temperatura equivalente de ruido en grados Kelvin [K].

- ABe = Ancho de banda de ruido [Hz].

La densidad de ruido se define como la potencia de ruido normalizada a un ancho de banda

de 1 Hz y para su cálculo se emplea la siguiente ecuación [13]:

#- = $ % &' = #()'

Ecuación 1.2. Densidad de Ruido

Donde:

- N0 = Densidad de Ruido [W/Hz].

Relación Señal a Ruido (SNR): Se define como el cociente del valor de la potencia de la

señal entre la potencia del ruido. Este parámetro permite establecer la máxima velocidad

de transmisión manteniendo un determinado nivel de BER (Bit Error Rate – Tasa de Bits

Errados) y se calcula mediante la siguiente ecuación [13].

/#4 = /#

Ecuación 1.3. Relación Señal a Ruido

Donde:

- SNR = Relación Señal a Ruido [Adimensional].

- S = Potencia de la señal [W].

Factor de Ruido (F): Se define como una “cifra de mérito” que permite indicar cuanto se

deteriora la SNR cuando una señal pasa por un circuito o una serie de circuitos. Se calcula

mediante el cociente de la relación señal a ruido a la entrada y la relación señal a ruido a

la salida de los circuitos que componen el sistema de comunicaciones [13].

5 = /#467/#49:; Ecuación 1.4. Factor de Ruido

Donde:

- F = Factor de ruido [Adimensional].

- SNRin = Relación Señal a Ruido a la entrada [Adimensional].

- SNRout = Relación Señal a Ruido a la salida [Adimensional].

16

El factor de ruido de un circuito compuesto por varias etapas de amplificación en cascada

se acumula de acuerdo a la siguiente ecuación conocida como la fórmula de Friiss [13]:

5< = 51 > 52 ? 1(1 > 53 ? 1(1 % (2 >@> 5A ? 1(1 % (2 % �% (A

Ecuación 1.5. Fórmula de Friiss

Donde:

- FT = Factor de ruido total [Adimensional].

- F(1…n) = Factor de ruido enésimo [Adimensional].

- A[1…n] = Ganancia de potencia del amplificador enésimo [Adimensional].

Cifra de Ruido (NF): La cifra de ruido o figura de ruido, corresponde al Factor de Ruido

expresado en dB, este parámetro es usado para indicar la calidad de un receptor y se

calcula mediante la siguiente ecuación [13].

#5BC = 10 % logD- E /#467/#49:;F Ecuación 1.6. Cifra de Ruido

Donde:

- NFdB = Cifra de Ruido [dB].

Temperatura Equivalente de Ruido (Te): Se define como un valor hipotético que se usa

en vez del factor de ruido e indica la reducción en la SNR que sufre una señal al propagarse

a través del receptor. Este parámetro no puede ser medido de forma directa y por lo tanto

es necesario calcularlo tomando una temperatura de referencia y el factor de ruido definido

anteriormente, mediante la siguiente ecuación [13].

&' = &G % H5 ? 1I = #-$

Ecuación 1.7. Temperatura Equivalente de Ruido

Donde:

- To = Temperatura de referencia en grados Kelvin [K] = 290 [K].

La temperatura equivalente de ruido considera la potencia del ruido a la entrada de un

dispositivo más el ruido agregado internamente por dicho dispositivo. Este parámetro es

muy usado debido a que es un método más exacto para expresar el ruido aportado por un

dispositivo.

17

Relación de Portadora a Ruido (C/N): Se define como la relación de la potencia promedio

de la portadora modulada3 y la potencia de ruido en el ancho de banda del receptor, en

forma general C/N se define como una SNR previo a la demodulación. Se debe considerar

que la portadora modulada puede contener uno o varios canales de información y por ende

este parámetro permite un análisis global de la información contenida [13]. Para su cálculo

se usa la siguiente ecuación:

J# = J$ % &' % ()'

Ecuación 1.8. Relación Portadora a Ruido

Donde:

- C/N = Relación de portadora a ruido [Adimensional].

- C = Potencia de la portadora [W].

Relación de Portadora a Densidad de Ruido (C/N0): Se define como la relación de la

potencia promedio de la portadora modulada entre la densidad del ruido. Para su cálculo

se usa la siguiente ecuación [13]:

J#- = J$ % &'

Ecuación 1.9. Relación de Portadora a Densidad de Ruido

Donde:

- C/N0 = Relación de portadora a densidad de ruido [Hz].

Es importante recalcar que el C/N0 no depende del ancho de banda ni de la velocidad de

transmisión, por lo que es necesario convertirlo al Eb/N0 o al C/N (en función del tipo de

información) para el diseño y análisis de los sistemas de comunicaciones.

Relación de Energía de bit a Densidad de Ruido (Eb/N0): Es uno de los parámetros

principales al momento de analizar los sistemas de comunicaciones digitales, ya que

permite la comparación de sistemas digitales con diferentes esquemas de modulación y

codificación. Para su cálculo se emplea la siguiente ecuación [13]:

3 La potencia de la portadora modulada incluye el valor de la portadora y las bandas laterales asociadas.

18

KL#- = J % ()'# % MNO = J#- % 1MNO

Ecuación 1.10. Energía de bit a densidad de ruido

Donde:

- Eb/N0 = Relación de energía de bit a densidad de ruido [Adimensional].

- Eb = Energía de bit [J/bit].

- Vtx = Velocidad de transmisión [bps].

Otro parámetro similar corresponde a la Relación de Energía de símbolo a Densidad de

ruido (Es/N0), el cual indica la relación entre el total de potencia en un símbolo transmitido

(incluyendo el overhead por la codificación) y la densidad de ruido. Para el cálculo del Es/N0

se debe multiplicar el Eb/N0 por el número de bits por símbolo y por la tasa de codificación,

como se muestra en la siguiente ecuación.

KP#- = KL#- % Q % RA

Ecuación 1.11. Energía de símbolo a densidad de ruido

Donde:

- Es/N0 = Energía de símbolo a densidad de ruido [Adimensional].

- m = Número de bits por símbolo [bits/símbolo].

- k/n = Tasa de codificación [bits de datos/bits transmitidos].

- k = Bits de datos que entran al codificador [bits].

- n = Bits transmitidos a la salida del codificador [bits].

Potencia isotrópica radiada equivalente (PIRE): Se define como la potencia equivalente

que tendría que irradiar una antena isotrópica4 para producir la misma densidad de potencia

que la antena evaluada en cierto punto. Para su cálculo se toma en consideración la

potencia de entrada a la antena y la ganancia de la antena transmisora según la siguiente

ecuación [13]:

ST4K = Ut % Vt Ecuación 1.12. Potencia Isotrópica Radia Equivalente

Donde:

4 Antena ideal que irradia la misma potencia en todas las direcciones.

19

- PIRE = Potencia Isotrópica Radiada Equivalente [W].

- Pt = Potencia de entrada a la antena transmisora [W].

- Gt = Ganancia de la antena transmisora [Adimensional].

Para estimar el valor de la ganancia de la antena transmisora y receptora del tipo

parabólica, se puede usar la siguiente ecuación [15].

WN = XY % H10.Z[2 % \ % ]I+ Ecuación 1.13. Ganancia de una antena parabólica

Donde:

- ηA = Eficiencia de la antena [Adimensional].

- f = Frecuencia de operación [GHz].

- D = Diámetro lineal del reflector [m].

La eficiencia de apertura η toma un valor típico de 0.55; sin embargo, valores más altos

pueden ser encontrados. Para evitar errores en la estimación de la ganancia, es

recomendable referirse a la hoja de datos del fabricante de la antena a ser usada.

Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido (G/Te): Se define como una

cifra de mérito que representa la calidad de un receptor. El G/Te se calcula como la relación

entre la suma de la ganancia de la antena en recepción y la ganancia del LNA (Low Noise

Amplifier - Amplificador de Bajo Ruido) entre la temperatura equivalente de ruido del

receptor, la cual se calcula a través de la suma de la temperatura de ruido de la antena, la

línea de transmisión y el LNA. Para su cálculo se emplea la siguiente ecuación [13].

W&̂ = W_ % (`aY&̂

Ecuación 1.14. Relación de Ganancia a Temperatura equivalente de Ruido

Donde:

- G/Te = Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido [1/K].

- G = Ganancia del receptor [Adimensional].

- Gr = Ganancia de la antena receptora [Adimensional].

- ALNA = Ganancia del amplificador de bajo ruido [Adimensional].

Latencia: Corresponde al retardo entre el envío y recepción de un mensaje, para lo cual

se deben sumar los retardos de propagación y procesamiento. Este es un parámetro crítico

en el intercambio de información en tiempo real [13].

20

Throughput: Se define como el promedio de la tasa de transmisión total de datos útiles

que pasan por un canal de comunicaciones [13].

1.3.4 Sistemas de Comunicaciones Emergentes

Como se describió anteriormente, un sistema de comunicaciones emergente debe cumplir

con ciertas características que permitan principalmente el intercambio de información entre

el personal de las instituciones de respuesta y autoridades; esto con el objetivo de recopilar

la mayor cantidad de información para la correcta toma de decisiones en un tiempo

adecuado.

Los usuarios de estos sistemas pueden ubicarse en puntos fijos como centros de operación

o en movimiento como sucede con el personal de campo que puede movilizarse a bajas o

altas velocidades según el medio de transporte usado. Por lo que la decisión sobre el o los

sistemas de comunicación a ser implementados dependerá de las necesidades de los

organismos de respuesta y de otros parámetros socioeconómicos que pueden limitar el

despliegue de los mismos [2].

1.3.4.1 Sistema de Radio de 2 Vías Convencional

Es un sistema inalámbrico de uso local que permiten la comunicación Half-Duplex de voz

y datos a través de la propagación de ondas electromagnéticas en las bandas HF (High

Frequency – Alta Frecuencia), VHF (Very High Frequency – Muy Alta Frecuencia) y UHF

(Ultra High Frequency – Ultra Alta Frecuencia). Se compone de tres elementos básicos

para su funcionamiento los cuales son: estación transmisora, estación receptora y

repetidor. El funcionamiento interno de cada uno es similar ya que cuentan con un

transceptor5 que permite el envío y recepción de la información que viaja por el canal de

comunicaciones (la atmósfera). Sin embargo, a diferencia de la estación transmisora y

receptora, el repetidor debe ubicarse en puntos estratégicos para incrementar la cobertura

del sistema [13].

Su principal uso se da en el cumplimiento de tareas de organismos de seguridad y servicios

de emergencia, en los cuales se establece la comunicación en exteriores y por instantes

cortos de tiempo para cada usuario. Es posible que exista una notable disminución de la

calidad de la comunicación cuando el usuario se encuentra al interior de una edificación,

esto se debe a la atenuación por la presencia de obstáculos en el trayecto.

5 Dispositivo que cuenta con un transmisor y receptor compartiendo la misma circuitería [13].

21

Según la banda de frecuencia seleccionada se dispondrá de una mayor o menor cobertura,

esto debido a las trayectorias de propagación de las ondas electromagnéticas en la

atmosfera producto de los fenómenos de refracción y reflexión que ocurren en la misma. A

continuación, se describe las trayectorias de propagación para las bandas de frecuencia

usadas en los sistemas de radio de 2 vías [13]:

- HF: Su propagación ocurre por ondas celestes, las cuales se generan por la

reflexión de las ondas en la ionosfera y por ondas reflejadas en el suelo. Tienen un

gran alcance; sin embargo, su eficiencia y cobertura depende del estado de las

capas ionosféricas y por lo tanto depende de la hora del día y la época del año.

- VHF y UHF: A partir de 30 MHz la propagación se realiza por ondas espaciales, las

cuales incluyen la onda directa o LOS (Line-Of-Sight – Línea de Vista) y las ondas

reflejadas en el suelo. La propagación depende principalmente de las ondas

directas, ya que las ondas reflejadas en el suelo podrán generar interferencia en

función de la fase de la onda con respecto a la onda de LOS. Pueden tener un gran

alcance, limitado por el horizonte de radio debido a la curvatura de la Tierra.

Estos sistemas pueden operar con información analógica o digital y con anchos de banda

de 25 KHz, 12.5 KHz o 6.25 KHz. Los sistemas recientes implementan estándares que

permiten mejorar la eficiencia de uso del recurso de frecuencias a través de la

implementación de TDMA en un solo canal de 12.5 KHz.

En la actualidad es un sistema muy usado por parte de los organismos de control para la

primera respuesta, ya que presenta varías características que le permiten ofrecer servicios

emergentes, como son [2]:

- Estandarización de equipos y protocolos.

- Priorización del tráfico a través de la funcionalidad de escaneo con prioridades.

- Seguridad a través de procesos de encriptación y uso de tonos o bits (en función

del tipo de sistema) que limiten el grupo de usuarios que pueden recibir la

información.

- Posibilidad de establecer llamadas selectivas.

- Rápida y fácil instalación.

Sin embargo, estos sistemas presentan las siguientes desventajas:

- Limitación en el número de canales de información disponibles.

- Únicamente permite comunicación Half-Duplex.

- Cobertura limitada.

22

- Baja capacidad para el envío de datos.

Por lo antes expuesto se considera a los sistemas de radio de 2 vías como complemento

para las operaciones de primera respuesta, ya que no permiten el envío de información

compleja como documentos o contenido audiovisual.

1.3.4.2 Sistema de Radio Troncalizado

Funciona de forma similar a los sistemas de 2 vías convencionales, diferenciándose en el

método de selección del canal para establecer la comunicación ya sea individual o grupal;

los sistemas convencionales realizan dicha selección de forma manual, por lo que es

necesario que se configuren con anterioridad los grupos y canales que podrán ser

seleccionados desde el equipo, esta selección manual puede ocasionar que existan ciertos

canales con un alto tráfico (pudiendo llegar a saturarse) y otros canales que se encuentren

sin uso, dando como resultado una baja eficiencia en el uso de los recursos. Los sistemas

troncalizados realizan esta selección de forma automática, mediante una estación de

control la cual asignará de forma dinámica los canales disponibles. La funcionalidad de

selección automática incrementa la eficiencia en el uso de los recursos de frecuencia y

facilita la operación de los equipos para el usuario final [16].

Para su funcionamiento este sistema requiere adicionar a los sistemas convencionales una

estación controladora, un canal de control y un pool6 de canales de tráfico. El canal de

control llevará la señalización necesaria para la identificación de usuarios y solicitud de

recursos, permitiendo así operar con un modelo de asignación de recursos bajo demanda,

incrementando notablemente la eficiencia del sistema.

Es importante recalcar que se percibirán los beneficios del sistema troncalizado al contar

con un gran número de usuarios y disponer de un pool de canales lo suficientemente

grande. Gracias a la importancia de estos sistemas, en la actualidad existen varios

protocolos que permiten su implementación, entre los que se encuentran: MPT1327, DMR,

APCO Project 25, NXDN [16].

1.3.4.3 RTPC (Red Telefónica Pública Conmutada)

La RTPC se estableció inicialmente como una red con líneas privadas entre cada usuario

que deseaba comunicarse, dando como resultado un modelo ineficiente considerando el

elevado número de usuarios de dicho sistema. Debido a esto fue necesario el uso de

oficinas de conmutación jerárquicas, en donde cada cliente se comunicaba con la oficina

6 En Telecomunicaciones pool se define como un conjunto de recursos que podrán ser asignados a los usuarios.

23

de conmutación más cercana (enlace conocido como lazo local) y una operadora se

encargaba de conectar de forma manual a los 2 clientes para que puedan comunicarse;

para realizar llamadas de larga distancia fue necesario la instalación de líneas troncales

entre las oficinas de conmutación. La RTPC ha sufrido varias modificaciones para ofrecer

un mejor servicio a los usuarios finales; sin embargo, la idea general de su funcionamiento

se mantiene hasta la actualidad [17].

Los sistemas telefónicos usados por la RTPC nacieron con el objetivo de permitir la

transmisión de la voz humana de una forma reconocible, por lo que fue necesario la

implementación de varios mecanismos para permitir la transmisión de datos a través de

ella. El principal problema del uso de la RTPC para la transmisión de datos corresponde a

las bajas velocidad de trasmisión que pueden ser alcanzadas, en comparación con otros

sistemas, debido principalmente a la baja capacidad del lazo local. Gracias al crecimiento

de la RTPC y a la digitalización del borde de la red, se han obtenido incrementos en las

velocidades de transmisión que puede ofrecer este sistema [17].

La RTPC siempre ha cumplido un papel importante en los procesos de respuesta ante

situaciones de emergencia y desastre debido a que concentra un gran número de usuarios

que pueden comunicarse con los organismos de respuesta como el ECU 911. Sin embargo,

tomando en consideración la información proporcionada por el INEC, los hogares en el

Ecuador que cuentan con una línea telefónica han disminuido de 42.4% en el 2012 al 38.4%

en el 2016 [18], esto debido al fuerte crecimiento de las redes celulares.

Es necesario recalcar que tras un evento adverso los servicios de comunicaciones que

ofrece la RTPC pueden verse interrumpidos, debido a la saturación de llamadas en las

oficinas de conmutación o al daño de la infraestructura necesaria para su funcionamiento,

además que su uso no permite ciertas características primordiales para las redes

emergentes como son la movilidad y seguridad [19].

1.3.4.4 Sistema de Telefonía Móvil

La telefonía móvil se define como un sistema inalámbrico WAN (Wide Area Network – Red

de Área Amplia) que permite la transmisión Full-Duplex de voz y datos desde un terminal

celular. Como se puede observar en las cifras estadísticas propuestas por el INEC, en 2016

el 90.1% de los hogares en el Ecuador cuentan con telefonía celular [18].

El desarrollo de los sistemas de telefonía móvil tuvo su inicio en la década de 1960, con la

instalación del IMTS (Improved Mobile Telephone System - Sistema Mejorado de Telefonía

Móvil) [17], el cual permitía el intercambio de voz analógica a través de un solo transmisor

de alta potencia ubicado en un punto estratégico. Los sistemas de telefonía móvil sufrieron

24

un gran cambio a partir de la implementación de AMPS (Advanced Mobile Phone System

- Sistema Avanzado de Telefonía Móvil), el cual es reconocido como la primera generación

(1G), este sistema introduce la operación por celdas para para toda la red, permitiendo así

la reutilización de frecuencias y la reducción en la potencia de cada estación.

Tabla 1.4. Principales tecnologías de los sistemas celulares [17] [20] [21] [22]

Tecnología Acceso al

Medio

Ancho de Banda de operación

[MHz]

Ancho de Banda de canal [Hz]

Tipo de Información

Velocidad de Transmisión

[bps]

D-AMPS (2G)

FDD7 / TDMA (3/6)8

824–849 UL

869–894 DL 30 KHz Voz Digital 48.6 kbps

GSM 900 (2G)

FDD / TDMA (8/16)

890–915 UL

935–960 DL 200 KHz

Voz y Datos Digitales9

13 kbps

GPRS (2.5G)

Se superpone a GSM por lo que mantiene sus características (existen mejoras en los servicios de datos permitiendo la

navegación en internet) 56 – 114 kbps

UMTS (3G) FDD ó TDD /

WCDMA

824-849 UL10

869-894 DL

1850-1910 UL

1930-1990 DL

5 MHz Voz y Datos

Digitales 0.384 – 2 Mbps

HSDPA (3G)

Se superpone a UMTS por lo que mantiene sus características 7.2 - 14.4 Mbps

LTE (4G)

OFDMA DL

SC-FDMA UL

1850-1910 UL

1930-1990 DL

1710-1755 UL

2110-2155 DL

1.4 – 20 MHz

Voz y Datos IP

50 Mbps UL

100 Mbps DL

A partir de la implementación de AMPS la evolución de la telefonía celular siguió el mismo

rumbo, manteniendo la idea de sectorización por celdas y reutilización de frecuencias. La

fuerte concentración de usuarios del sistema de telefonía móvil se debe principalmente al

gran desarrollo de las redes celulares que han permitido un incremento considerable en las

tasas de transmisión, la cobertura casi completa de las zonas urbanas del país y un alto

7 FDD (Frequency Division Duplex – Duplexación por División de Frecuencia) y TDD (Time Division Duplex – Duplexación por División de Tiempo) corresponden a la duplexación mediante el uso de FDM y TDM respectivamente. 8 Se indica en paréntesis el número de ranuras de tiempo en full rate y half rate respectivamente. 9 En GSM únicamente se incluyen servicios de datos simples como SMS (Short Message Service – Servicio de Mensajes Cortos), MMS (Multi Media Messages – Mensajes Multimedia) y correo electrónico. 10 UL (UpLink – Enlace de Subida) y DL (DownLink – Enlace de Bajada)

25

porcentaje de las zonas rurales, y el desarrollo de los terminales móviles que permite la

concentración de varios servicios a través de un solo dispositivo con tamaño muy reducido.

En la Tabla 1.4 se describen las características técnicas de las principales tecnologías de

los sistemas celulares hasta la actualidad, en las que se incluyen: D-AMPS (Digital

Advanced Mobile Phone System – Sistema Avanzado de Telefonía Móvil Digital), GSM

(Global System for Mobile Communications – Sistema Global para Comunicaciones

Móviles), GPRS (General Packet Radio Service – Servicio General de Paquetes vía Radio),

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System – Sistema Universal de

Telecomunicaciones Móviles), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access – Paquetes

de Acceso de Downlink de Alta Velocidad) y LTE (Long Term Evolution – Evolución a Largo

Plazo).

Como se puede observar los sistemas de telefonía móvil han sufrido un notable crecimiento

en las tasas de transmisión, dicho crecimiento en conjunto con la encriptación y compresión

de la información, la movilidad de los usuarios y la gran cobertura; permiten que se

considere a las redes de telefonía móvil como una buena solución ante situaciones de

desastre. Sin embargo, la operación de las redes celulares requiere de una gran

infraestructura dependiente totalmente del operador, por lo que un fallo o daño en la misma

puede implicar la pérdida total de la comunicación en determinadas zonas. Un claro

ejemplo de esta deficiencia se evidencio con la interrupción del servicio tras el terremoto

del 16 de abril de 2016, debido a la afectación de 179 instalaciones y la interrupción del

servicio eléctrico de forma prolongada [4].

1.3.4.5 Equipos Periféricos

Dentro de esta categoría se encuentran las cámaras y botones de auxilio usados para

alertar a las instituciones de respuesta, un sistema compuesto por estos equipos permite

realizar las actividades de reducción y prevención mediante la recolección y análisis de

información.

Un claro ejemplo de una red compuesta por estos equipos corresponde al sistema de

monitoreo del ECU 911, el cual dispone de una serie de cámaras de video vigilancia

ubicadas en puntos críticos, conectadas alámbrica e inalámbricamente a los centros

operativos. Adicionalmente el ECU 911 cuenta con varios botones de auxilio que generan

un despacho inmediato de las unidades de respuesta, estos botones pueden ser instalados

en instituciones y barrios organizados, medios de transporte público y botones virtuales a

través de aplicaciones para terminales de telefonía móvil [23].

26

La información recolectada por los equipos periféricos permite la toma de decisiones

críticas, tanto en la etapa de reducción como en la etapa de respuesta.

1.3.5 Sistemas Satelitales

En los puntos anteriores se han descrito las características técnicas y ventajas de los

sistemas de telecomunicaciones emergentes actualmente disponibles en el país. Sin

embargo, sistemas como la RTPC y la red de telefonía móvil dependen por completo del

mantenimiento y reparación de los operadores, por esta razón resulta obligatoria la

definición de un SLA (Service Level Agreement - Acuerdo de Nivel de Servicio) para que

estas redes permitan la comunicación en situaciones de emergencia o desastre. En

cambio, los sistemas de radio de 2 vías y radio troncalizado dependen de la institución que

los implementa, por lo que se tiene total control del mantenimiento y reparación de la red;

no obstante, estos sistemas están limitados únicamente a las comunicaciones de voz Half-

Duplex. Por estas razones es necesario plantear un sistema de comunicaciones dedicado

al intercambio de información en situaciones de emergencia que cumpla con todos los

requisitos ya establecidos [19].

Debido a sus características los sistemas satelitales pueden ser muy útiles para las

comunicaciones en situaciones de emergencia y desastre, por lo que en las siguientes

secciones se describirá el funcionamiento y diseño de dichos sistemas, manteniendo como

principal objetivo el intercambio de información crítica entre unidades fijas y móviles.

1.3.5.1 Introducción a los Sistemas Satelitales

Los sistemas satelitales se definen como sistemas inalámbricos de Área Amplia que operan

a través de estaciones ubicadas en la Tierra (conocidas como estaciones terrenas) y uno

o más satélites ubicados en el espacio. Un sistema satelital cuenta con un segmento

espacial (formado por el satélite y su centro de control) y un segmento terrestre (formado

por el conjunto de estaciones terrestres que se comunican).

De forma general, se define a un satélite de comunicaciones como un repetidor de

microondas en el espacio, este repetidor se puede clasificar en natural (como el caso de la

Luna que orbita alrededor de la Tierra) o artificial (hecho por el hombre). Adicionalmente

se puede clasificar a los satélites en pasivos y activos, siendo la principal diferencia el

procesamiento, amplificación y regeneración de la señal que ocurre en los satélites activos

[13].

Para el establecimiento de las comunicaciones, un satélite artificial activo debe estar

compuesto de los siguientes elementos: transmisor, receptor, antenas, guías de onda,

filtros, multiplexor, modem, códec, computador, amplificador y regenerador; este conjunto

27

de componentes corresponde a un radio-repetidor satelital conocido con el nombre de

transpondedor. Un transpondedor se encarga de recibir las señales de información en una

determinada porción del espectro, amplificarlas, regenerarlas y retransmitirlas en otra

porción del espectro para evitar posibles interferencias. Un satélite puede disponer de

varios transpondedores a bordo.

El enlace desde la estación terrena al satélite corresponde al UL, el enlace desde el satélite

a la estación terrena al DL y la unión de estos dos enlaces para una misma comunicación

es conocido como “salto satelital”. También existen enlaces de comunicación entre

satélites, esto especialmente en orbitas bajas para permitir la continuidad de la

comunicación Estación Terrena – Satélite - Estación Terrena.

Una de las mayores ventajas de los sistemas satelitales corresponde a su gran cobertura,

ya que ubicando un satélite en la órbita correcta y con ciertas características de frecuencia

y potencia puede ser posible cubrir hasta un tercio del planeta [17].

1.3.5.2 Órbitas Satelitales

Una órbita es aquella trayectoria que sigue un cuerpo (conocido como secundario o

satélite) alrededor de otro (conocido como primario). Esta trayectoria se mantiene debido

al equilibrio entre la fuerza centrífuga del satélite al girar y la fuerza gravitacional ejercida

por la Tierra.

Se pueden clasificar a las órbitas en 3 categorías en función de su distancia desde la

superficie de la tierra: órbita terrestre geosíncrona (GEO), órbita terrestre media (MEO) y

órbita terrestre baja (LEO). Esta clasificación se realizó tomando en consideración los

periodos orbitales de los satélites y la afectación del satélite debido a la presencia de los

Cinturones de Van Allen11.

Los satélites más cercanos a la superficie terrestre se encuentran en una órbita LEO y por

lo general operan en las bandas L y S, en el rango de frecuencias de 1 a 2.5 GHz [13].

Poseen un periodo orbital muy pequeño y por lo tanto se mueven a gran velocidad con

respecto a un observador inmóvil en la Tierra; debido a esto es necesario contar con

sistemas de varios satélites para dar cobertura a nivel mundial. Las principales ventajas de

los satélites LEO corresponden al bajo retardo de propagación (entre 1 y 7 ms) y bajas

pérdidas de las señales enviadas. Un ejemplo de estos satélites corresponde a la

11 Los Cinturones de Van Allen son capas de partículas altamente cargadas que son atrapadas por el campo magnético de la tierra.

28

constelación Iridium, la misma que provee servicios de voz, datos, radiolocalización y

navegación [17].

Los satélites ubicados entre los 9000 Km y 19000 Km de altura sobre la superficie terrestre

se encuentran en una órbita MEO y por lo general opera en la banda L, en el rango de

frecuencias de 1.2 GHz a 1.66 GHz [13]. EL periodo orbital de estos satélites es menor con

respecto a los satélites LEO y su retardo de propagación se incrementa (entre 35 y 85 ms).

En la actualidad estos satélites son usados para proveer servicios de navegación, como

por ejemplo el sistema satelital NAVSTAR usado para posicionamiento global.

Los satélites ubicados a una altura de aproximadamente 35800 Km sobre la línea ecuatorial

se encuentran en una órbita circular GEO y su periodo orbital es igual al de la tierra, por lo

que para un observador inmóvil en la tierra parecería que el satélite mantiene su posición.

Por lo general estos satélites operan en las bandas C y Ku. Debido a la distancia entre el

satélite y la tierra se tiene un elevado retardo de propagación (alrededor de 270 ms). Al

considerar las fuerzas externas y la no uniformidad de la tierra, los satélites en esta órbita

se desplazarán muy levemente a lo largo del tiempo, por lo que es necesario corregir la

posición del satélite mediante el uso de motores incorporados en el mismo [17].

Es importante recalcar que existe una sola órbita geosíncrona y que gracias a sus

características la mayoría de los satélites de comunicación se encuentran ubicados en la

misma. Con la finalidad de evitar la saturación de esta órbita se emplean técnicas de

acceso múltiples como FDMA y PDMA12 permitiendo que la capacidad del sistema se

incremente y puedan establecerse más enlaces de comunicaciones.

1.3.5.3 Espaciamiento y Asignación De Frecuencias

Los satélites GEO son los más usados para comunicaciones debido a sus características

y ventajas principalmente por la simplicidad de los equipos instalados en la estación

terrena; por esta razón el espaciamiento y asignación de frecuencias de operación debe

ser regulado por organismos internacionales como UIT y organismos nacionales como la

ARCOTEL (Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones), esto con la

finalidad de evitar la interferencia con otros servicios de comunicación y hacer un uso

eficiente de los recursos disponibles.

La separación angular que debe existir entre satélites depende de las siguientes variables:

12 PDMA (Polarization Division Multiple Access – Acceso Múltiple por División de Polarización) reúsa una frecuencia empleando dos antenas con diferente polarización, evitando así la interferencia entre señales.

29

- Frecuencia y potencia de la portadora RF.

- Ancho de banda.

- Codificación usada sobre la información.

- Lóbulo de radiación de las antenas en el satélite y la estación terrena.

- Interferencia con sistemas terrestres.

Se considera que la separación espacial necesaria será de 3° a 6° en función de las

variables anteriormente descritas; la decisión sobre la ubicación de los satélites y la

autorización de operación dependen de acuerdos y conferencias realizadas a nivel

internacional.

1.3.5.4 Componentes

Un sistema satelital se puede descomponer en 3 secciones para su respectivo análisis,

estas son: el enlace de subida, el transpondedor en el satélite y el enlace de bajada.

Enlace de Subida: La estación terrena transmisora es el componente principal de esta

sección, dicha estación consiste en una etapa de recolección de información en banda

base y una etapa de transmisión de dicha información. La etapa de recolección puede estar

compuesta por computadoras, switches, routers y servidores. La etapa de transmisión toma

la información en banda base a ser transmitida y se encarga de la modulación y codificación

de la misma, para esto cuenta con un modulador de FI (Frecuencia Intermedia), un

convertidor encargado de elevar la frecuencia de FI a RF (Radio Frecuencia), BPFs (Band

Pass Filter - Filtro Pasa Banda) y un HPA (High Power Amplifier – Amplificador de Alta

Potencia). En la Figura 1.2 se puede observar el diagrama de bloques del enlace de subida

desde la estación terrena.

Transpondedor: Un transpondedor puede ser definido como una repetidora de RF a RF,

ya que se encarga de recibir la información en una frecuencia y retransmitirla en otra, para

esto un transpondedor está compuesto de los siguientes elementos: BPFs a la entrada y

salida, LNA (Low Noise Amplifier – Amplificador de Bajo Ruido), convertidor encargado de

desplazar la frecuencia en RF y un amplificador de baja potencia. En la Figura 1.3 se puede

observar el diagrama de bloques de un transpondedor satelital, es importante recalcar que

un transpondedor satelital puede ser ocupado por uno o varios canales de RF.

Enlace de Bajada: Su componente principal es la estación terrena receptora, la cual se

encarga de convertir la información de RF en banda base, por lo que cuenta con los

siguientes componentes: BPFs, LNA, convertidor encargado de bajar la frecuencia de RF

a FI y un modulador de FI. En la Figura 1.4 se puede observar el diagrama de bloques del

enlace de bajada en la estación terrena

30

Figura 1.2. Diagrama de bloques del enlace de subida [13]

Figura 1.3. Diagrama de bloques de un transpondedor satelital [13]

Figura 1.4. Diagrama de bloques del enlace de bajada [13]

1.3.5.5 Transpondedor

Como se describió anteriormente, un transpondedor se compone de una serie de

elementos interconectados para formar un canal de comunicaciones entre la antena

transmisora y receptora de un satélite de comunicaciones. Para cada banda de frecuencias

se asigna un ancho de banda específico, este ancho de banda se subdivide típicamente

en canales de 36 MHz para cada transpondedor y una banda de guarda de 4 MHz entre

31

cada transpondedor. La frecuencia central y polarización para cada canal RF depende del

operador satelital y esta información puede encontrarse en el plan de frecuencia y

polarización del satélite a ser usado [15].

1.3.5.6 Huella de un Satélite

La huella o también conocida como mapa de huella se define como la representación

geométrica del patrón de radiación de la antena del satélite sobre la superficie terrestre, a

través de la huella se puede determinar las zonas de cobertura de dicho satélite [13].

La huella de un satélite se representa mediante curvas de nivel de la densidad de potencia

recibida, PIRE o G/Te requerido en los puntos internos a cada curva, como se puede

observar en la Figura 1.5.

Se puede clasificar a los haces de radiación en función del área de cobertura de su huella

(concentración de la potencia), dando como resultado los haces locales, zonales,

hemisféricos y globales. Los haces locales y zonales cubren menos del 10% de la superficie

terrestre y por lo tanto requieren antenas muy directivas y altas frecuencias de operación.

Los haces hemisféricos abarcan hasta un 20% de la superficie terrestre. Los haces

globales cubren hasta un 42% de la superficie de la tierra con niveles de potencia efectiva

considerablemente menores y por lo tanto requieren de grandes antenas en las estaciones

terrenas [15].

Figura 1.5. Huella de PIRE de un satélite [13]

1.3.5.7 Ángulos de Apuntamiento

Con la finalidad de optimizar el enlace entre la estación terrena y el satélite es necesario

que el pico máximo del lóbulo de radiación de la antena en la estación terrena apunte

directamente al satélite, para lo cual se establecen los ángulos de azimut y elevación con

los que se debe apuntar la antena en la estación terrena en función de la posición del

satélite [13].

32

Para calcular los ángulos de apuntamiento es necesario especificar la ubicación del satélite

en términos de latitud y longitud, para lo cual el satélite se identifica con un punto sobre la

superficie terrestre que se obtiene con el cruce entre la superficie de la tierra y la línea

imaginaria al unir el satélite y el centro de la tierra, este es conocido como SSP (SubSatellite

Point - Punto Subsatélite) [15].

El ángulo de elevación (El) corresponde al ángulo vertical formado entre la dirección de la

onda electromagnética irradiada por una antena y el plano horizontal como se puede

observar en la Figura 1.6. Mientras menor es el ángulo de elevación mayor será la distancia

del enlace entre el satélite y la estación terrena y por lo tanto mayor será la atenuación, la

absorción y la contaminación por sistemas microonda terrestres; por esta razón se

considera que 5° es el valor mínimo para la elevación [15].

El ángulo de azimut (Az) se define como el ángulo horizontal desde un punto de referencia

que puede ser el norte o sur verdaderos, hacia la dirección de la onda electromagnética

irradiada en el sentido de las manecillas del reloj como se puede observar en la Figura 1.6.

Para el presente estudio se considerará el azimut en base al norte verdadero.

Figura 1.6. Ángulos de Elevación (El) y Azimut (Az) [15]

Para el cálculo de los valores de Azimuth y Elevación es posible emplear la metodología

expuesta en [15] o emplear las diferentes herramientas disponibles en línea.

1.3.5.8 Afectaciones en Sistemas Satelitales

En el trayecto entre la estación terrena y el satélite la onda electromagnética puede verse

afectada de forma negativa por el incremento del ruido, las pérdidas de potencia, distorsión,

despolarización y cambio de frecuencia de las señales, múltiples trayectorias, retrasos de

propagación, entre otros. El conocimiento de estas afectaciones permite estimar de forma

correcta los parámetros de operación necesarios para ofrecer servicios confiables [15].

33

Absorción Atmosférica: Ocurre como resultado de la absorción de energía por los gases

presentes en la atmosfera como fue detallado en la sección 1.3.3.5; para su estimación se

requiere de gráficos basados en datos estadísticos como la Figura 1.1 o la información

contenida en el Reporte 719-1 de la CCIR (Comité Consultivo Internacional de

Radiocomunicaciones), en estos gráficos se puede observar un pico de absorción a una

frecuencia de 22.3 GHz y otro pico a una frecuencia de 60 GHz, a otras frecuencias la

absorción atmosférica es muy baja.

Es importante recalcar que los valores mostrados en las figuras son para ángulos de

elevación de 90°; para aproximar los niveles de absorción con ángulos de elevación

menores se puede hacer uso de la Ecuación 1.15, para ángulos de elevación desde 10° a

90° [15].

bYYcd = bYY*e-cd % fsfHKhI Ecuación 1.15. Nivel de absorción atmosférica en función del ángulo de elevación

Donde:

- LAAdB = Absorción atmosférica [dB].

- LAA-90dB = Absorción atmosférica a 90° [dB].

- El = Ángulo de elevación [°].

Centelleo: El centelleo corresponde al desvanecimiento rápido generado por las múltiples

trayectorias que sigue la señal, dando como resultado en el reforzamiento o cancelación

parcial de las ondas. Este efecto se presenta tanto en la ionósfera y tropósfera de la

atmósfera terrestre, debido a la variación en la densidad de la atmósfera con la altura, las

discontinuidades presentes y la presencia de partículas ionizadas. El centelleo depende de

varios parámetros como la frecuencia de la onda y el ángulo de elevación, siendo alto el

centelleo en la tropósfera para frecuencias sobre los 10 GHz y bajos ángulos de elevación,

y alto en la ionósfera con frecuencias bajo los 10 GHz [24].

Atenuación por lluvia: Genera una pérdida considerable de potencia y por lo tanto una

degradación de la relación señal a ruido, para su estimación puede hacerse uso de varios

modelos de cálculo que pueden tomar en consideración los siguientes parámetros del

enlace: latitud y altura de la estación terrena, ángulo de elevación, frecuencia, polarización

e intensidad de lluvia de la zona, entre otros parámetros que se encuentran definidos en

las recomendaciones UIT-R 838, UIT-R PN.837 y UIT-R P.530; en el presente estudio se

considerará un valor promedio de 3 dB para la atenuación por lluvia, este valor viene dado

34

tomando en cuenta la experiencia en sistemas satelitales por parte de la empresa DIGITEC

S.A.

Otras afectaciones: Dentro de esta categoría se encuentran las pérdidas por

apuntamiento (generadas por la desalineación de las antenas de transmisión y recepción

de las estaciones terrenas con las antenas del satélite) y las pérdidas por rotación de

polarización (generadas por la interacción de las ondas electromagnéticas con la

atmósfera). Por facilidad se considera un valor conjunto entre las pérdidas por

apuntamiento y pérdidas por rotación de polarización, este valor viene dado en función de

datos estadísticos basados en la observación; para las operaciones de cálculo del enlace

se considera un valor de 1 dB [25].

Ruido del sistema: Adicional a las fuentes de ruido térmico, como son los componentes

del sistema y la radiación térmica de los cuerpos, cualquier proceso de absorción de

energía genera ruido térmico, por lo que se puede decir que existe una relación entre las

pérdidas y la temperatura equivalente de ruido [15].

La cantidad de ruido es importante en el cálculo del enlace del sistema, por lo que se

describirán las fuentes principales de ruido y su nivel de afectación.

- Entre 1 GHz y 10 GHz y para ángulos de elevación mayores a 10° se tiene una

temperatura equivalente de ruido entre 3 K y 80 K para las antenas de recepción

en la estación terrestre y una temperatura equivalente de ruido de

aproximadamente 290 K para las antenas de recepción en el satélite [15].

- Todo amplificador adiciona ruido y amplifica el ruido ya existente en las señales. Es

por esta razón que en el receptor se usa un LNA, con la finalidad de reducir el nivel

de ruido que aumenta dicho componente. Los valores típicos de temperatura de

ruido equivalente para un LNA se encuentran entre 35 K y 100 K [15].

- Los componentes que absorben energía como los atenuadores, líneas de

transmisión, guías de onda e incluso la lluvia generan ruido y por lo tanto tienen una

temperatura equivalente de ruido asociada. Gracias a la elevada ganancia del LNA

en el receptor, es posible considerar como despreciable la temperatura equivalente

de ruido de las pérdidas posteriores.

La temperatura de ruido proveniente de varias fuentes del sistema puede ser sumada en

la proporción correcta para dar una temperatura de ruido total del sistema, es importante

recalcar que dicha suma no considera las temperaturas de ruido en relaciones logarítmicas.

35

1.3.5.9 Balance de Potencia o Cálculo del Enlace

Para cumplir los requisitos de una red de comunicaciones, es necesario asegurar la calidad

de la señal recibida y la disponibilidad del servicio sin importar las condiciones; para esto

es necesario que las señales emitidas por la estación transmisora lleguen a la estación

receptora con la suficiente potencia.

La finalidad principal del diseño de un enlace es cumplir con el valor de C/N0 o una relación

equivalente (en sistemas digitales se suele usar el Eb/N0) para reducir los valores de

comunicación insatisfactoria a los valores tolerados por la red, es decir cumplir con la

disponibilidad establecida para la red; para esto es necesario identificar los factores

internos y externos que puedan afectar al sistema tanto de forma permanente como

transitoria [15].

El balance de potencias se realiza mediante el cálculo de la mínima potencia requerida en

el transmisor para asegurar la calidad de la información que llega al receptor, tomando en

consideración pérdidas, ruido e interferencia en todo el enlace. Para lo cual es necesario

representar matemáticamente la potencia que llega al receptor a través de la potencia de

salida del transmisor y todas las pérdidas en el trayecto13, dichas expresiones serán

representadas a través relaciones logarítmicas mediante decibeles.

Estación Terrena – Satélite (Enlace de Subida - UL):

Para determinar el nivel de potencia recibida en el transpondedor se usa la Ecuación 1.16

[15].

S_cd = ST4KHibIcd > W_cd > (`aYcd ? bjcd ? b_kmA ? b\_cd

Ecuación 1.16. Potencia de recepción en el enlace de subida

Donde:

- PrdB = Potencia recibida [dBW].

- PIRE(UL)dB = PIRE a la salida de la estación terrena en el enlace de subida [dBW].

- GrdB = Ganancia de la antena receptora [dB].

- ALNAdB = Ganancia del amplificador de bajo ruido [dB].

- LudB = Pérdidas acumuladas en el enlace de subida [dB].

- LraindB = Pérdidas por lluvia [dB].

13 Cabe recalcar que las pérdidas son valores mayores a 1, que se calculan como la relación de la potencia de salida del transmisor entre la potencia de entrada al receptor.

36

- LfrdB = Pérdidas en el feeder del receptor [dB].

El PIRE se compone de la ganancia y potencia de entrada a la antena en la estación

transmisora, para el caso de la estación terrena la potencia de entrada a la antena se

calcula en base a la Ecuación 1.17 [15].

SNcd = SnpYcd ? b\Ncd ? bNcd

Ecuación 1.17. Potencia de entrada a la antena en la estación terrena

Donde:

- PtdB = Potencia de entrada a la antena transmisora [dBW].

- PHPAdB = Potencia de salida del HPA [dBW].

- LftdB = Pérdidas en el feeder del transmisor [dB].

- LtdB= Otras pérdidas en el transmisor [dB].

Es necesario verificar que el PIRE cumpla con los requerimientos establecidos para el

óptimo funcionamiento del satélite y la estación terrena, ya que según se opere con 1 o

varias portadoras se establecerá un valor límite para la potencia transmitida, reduciendo

así la posibilidad de intermodulación al operar el amplificador del satélite en saturación. La

cuantificación de este límite se realiza a través de los parámetros de IBO (Input Back Off -

Reserva de Potencia a la Entrada) y OBO (Output Back Off - Reserva de Potencia a la

Salida), en donde el IBO es restado en el enlace de subida y el OBO en el enlace de bajada

[15].

Con la finalidad de facilitar la evaluación del enlace, es necesario emplear parámetros

como el C/N, C/N0 o Eb/N0; inicialmente se calculará el C/N0 mediante la Ecuación 1.18

[15], el mismo que servirá de base para el cálculo del C/N o Eb/N0 según sea necesario.

J#- HibIcd = S_cd ?#-cd = ST4KHibIcd > W&'cd ? bjcd ? b_kmA ? b\_cd ? $cd

Ecuación 1.18. C/N0 de recepción en el enlace de subida

Donde:

- C/N0 (UL)dB = Relación de portadora a densidad de ruido en el enlace de subida

[dBHz].

- N0dB = Densidad de Ruido [dBW/Hz].

- G/TedB = Relación de ganancia a temperatura equivalente de ruido [dBK-1].

- KdB = Constante de proporcionalidad de Boltzmann= -228.6 [dBJ/K].

37

Para el caso del satélite se considera que el parámetro Lfr tiene un valor de 0. Mientras

que el parámetro Lu se calcula mediante la siguiente ecuación [15].

bjcd = b\qcd > bQkcd > bYYcd

Ecuación 1.19. Pérdidas acumuladas en el enlace de subida

Donde:

- LfsdB = Pérdidas de espacio libre [dB].

- LmadB = Pérdidas por apuntamiento [dB].

- LAAdB = Absorción atmosférica [dB].

Los valores de las pérdidas atmosféricas y pérdidas por apuntamiento son calculados

mediante los procedimientos descritos en la sección 1.3.5.8, mientras que las pérdidas por

espacio libre se calculan a través de la Ecuación 1.20 [15].

b\qcd = 10 % log EZ % r % uv F+ Ecuación 1.20. Pérdidas por espacio libre

Donde:

- d = Distancia desde la estación terrena hasta el satélite [m].

- λ = Longitud de onda de la señal [m].

Satélite - Estación Terrena (Enlace de Bajada - DL):

Para el enlace de bajada se usa la Ecuación 1.18 con ciertas modificaciones, dando como

resultado la siguiente ecuación [15]:

J#- H]bIcd = ST4KH]bIcd > W&'cd ? bucd ? b_kmA ? b\_cd ? $cd

Ecuación 1.21. C/N0 de recepción en el enlace de bajada

Donde:

- C/N0(DL)dB = Relación de portadora a densidad de ruido en el enlace de bajada

[dBHz].

- PIRE(DL)dB = PIRE a la salida del satélite [dBW].

- LddB = Pérdidas acumuladas en el enlace de bajada [dB].

En este caso el PIRE depende del valor de la potencia recibida a la entrada del satélite

(Enlace de subida) y su relación de amplificación. Para su cálculo es necesario determinar

38

antes la FD (Flux Density - Densidad de Flujo) recibida en el satélite, la cual se calcula

mediante la siguiente ecuación [15]:

5]cd = ST4KHibIcd ? bjcd ? b_kmA ? 10 % logD- w v+Z % rx

Ecuación 1.22. Densidad de Flujo a la entrada del satélite

Donde:

- FDdB = Densidad de Flujo a la entrada del satélite [dBW/m2].

Una vez calculado el FD se determinar el CIBO (Carrier Input Back Off - Potencia de

Reserva de Entrada para las Portadoras), a través de la siguiente ecuación [26]:

JT)ycd = 5]cd ? H/5]cd >i(JcdI Ecuación 1.23. Potencia de reserva de entrada para las portadoras

Donde:

- CIBOdB = Potencia de reserva de entrada para las portadoras [dB].

- SFDdB = Densidad de flujo de saturación [dBW/m2].

- UACdB = Factor de corrección de aspecto en el enlace de subida [dB].

El SFD (Saturation Flux Density – Densidad de Flujo de Saturación) es un parámetro

específico del satélite empleado, mientras que el UAC (Uplink Aspect Correction - Factor

de Corrección de Aspecto en el enlace de subida) corresponde a la diferencia entre la

ganancia en el borde de la huella y la ganancia en la dirección de la estación terrena para

el enlace de subida.

El valor del CIBO en conjunto con el PIRE pico del enlace de bajada y con la diferencia

entre el OBO e IBO permite calcular el COBO (Carrier Output Back Off - Potencia de

Reserva de Salida para las Portadoras) y con esto el PIRE de salida del satélite, para lo

cual se emplean las siguientes ecuaciones [26]:

Jy)ycd = JT)ycd > y)ycd ? T)ycd

Ecuación 1.24. Potencia de reserva de salida para las portadoras

Donde:

- COBOdB = Potencia de reserva de salida para las portadoras [dB].

- OBOdB = Potencia de reserva de salida [dB].

- IBOdB = Potencia de reserva a la entrada [dB].

39

ST4KH]bIcd = ST4KQkOH]bIcd > Jy)ycd ?](Jcd

Ecuación 1.25. Aproximación al PIRE de salida del satélite

Donde:

- PIREmax(DL)dB = Máximo PIRE de transmisión del satélite [dBW].

- DACdB = Factor de corrección de aspecto en el enlace de bajada [dB].

Donde el DAC (Dowlink Aspect Correction - Factor de Corrección de Aspecto en el enlace

de bajada) es similar al UAC pero considerando el enlace descendente.

En la Ecuación 1.21 el parámetro Lfr tendrá un valor diferente a 0 ya que se refiere a la

estación terrena, mientras el parámetro Ld se calcula de igual forma al parámetro Lu,

siendo posible usar la Ecuación 1.19, siempre y cuando se consideren las modificaciones

necesarias en los valores involucrados para su cálculo.

Es importante recalcar que, si bien las ecuaciones usadas para el enlace de subida y enlace

de bajada son similares, se debe diferenciar la estación transmisora y receptora en cada

caso para elegir de forma adecuada los parámetros que serán usados. Una vez conseguido

el valor esperado de C/N0, Eb/N0 o C/N, se establece el PIRE requerido para asegurar el

correcto funcionamiento del sistema satelital.

Margen de Desvanecimiento

Para superar los factores que afectan de forma transitoria, es necesario considerar un

margen de potencia que permita mantener el C/N0. En la banda C y banda Ku, la lluvia es

uno de los factores causantes más significativos de desvanecimiento de la señal. La

atenuación producida por la lluvia incrementa con la frecuencia y es mayor para señales

con polarización circular, dicha atenuación ya fue considerada en la Ecuación 1.18 y 1.21

para el cálculo del enlace.

La atenuación producida por la lluvia también genera un incremento en la temperatura de

ruido, dicho incremento resulta insignificante en el enlace de subida, ya que la antena en

el satélite se encuentra apuntando hacia la tierra y por lo tanto recibe una alta radiación por

parte de la misma [15]. Por esta razón en el diseño del enlace de subida solamente es

necesario considerar las pérdidas por lluvia.

Para el caso del diseño del enlace de bajada es necesario considerar la atenuación y el

incremento de la temperatura de ruido introducidos por la lluvia, para lo cual se usa la

siguiente ecuación [15]:

40

&_kmA = &k % E1 ? 1b_kmAF Ecuación 1.26. Temperatura de ruido por lluvia en DL

Donde:

- Ta = Temperatura aparente de absorción [K].

- Train = Temperatura equivalente de ruido por lluvia [K].

El parámetro Ta usado en la Ecuación 1.26 corresponde a la “temperatura aparente de

absorción” y su valor se encuentra en el rango de 270 K a 290 K [15]. La expresión en el

denominador de esta ecuación permite ver que no se trabaja con las pérdidas por lluvia en

decibeles. En base a lo expuesto anteriormente el C/N0 final en el enlace de bajada se

puede calcular en base a la siguiente ecuación:

J#- H]bz{67Icd = J#- H]bIcd ? 10 % logD- &' > &_kmA&'

Ecuación 1.27. C/N0 total contando con la atenuación y ruido por lluvia

Donde:

- C/N0(DLrain)dB = Relación de portadora a densidad de ruido en el enlace de bajada

considerando la afectación por la lluvia [dBHz].

Enlace completo: Estación Terrena – Satélite – Estación Terrena

El valor de C/N0(DLrain) indica el valor total para todo el sistema, esto se debe a que el

mismo considera las aproximaciones de potencia a la salida de la estación terrena

transmisora, entrada al satélite, salida del satélite y entrada a la estación terrena receptora.

Es importante recalcar que el parámetro limitante del diseño de sistemas satelitales

digitales corresponde al Es/N0, el cual depende del C/N0,la tasa de transmisión, esquema

de modulación y codificación de la información, por lo que previo al diseño es necesario

estimar la información relacionada al tráfico.

1.3.5.10 Sistema VSAT (Very Small Aperture Terminal – Terminal de

Apertura muy Pequeña)

Como su nombre lo indica, una VSAT es una “micro” estación terrena caracterizada por el

reducido tamaño de sus antenas, siendo estas típicamente de un diámetro menor a 3.5 m

[27]. La estructura básica de una red VSAT consiste de una estación concentradora

(conocida como hub), estaciones remotas (compuesta por el terminal VSAT) y el satélite.

El hub corresponde a una estación terrena de gran tamaño que es controlada por el

41

operador de la red y permite la difusión de la información a las estaciones remotas, puede

ser considerado como la parte inteligente encargada de controlar la operación,

configuración y tráfico de la red; y el desempeño, uso y estado de cada estación remota.

Un hub puede ser compartido por varias organizaciones; sin embargo, cada usuario posee

acceso exclusivo a su propia red VSAT [27].

El hub consiste de equipos RF, interfaces de equipo VSAT, equipos del cliente y equipo de

monitoreo y control de la red. En la Figura 1.7 se puede observar el diagrama de bloques

general para una estación hub.

Las estaciones remotas corresponden al punto de entrada hacia la red satelital para los

clientes y cada uno se compone de una antena, un ODU (OutDoor Unit - Unidad Externa),

una IDU (InDoor Unit - Unidad Interna) y un cable de conexión IFL (Inter Facility Link Cable

– Cable de Enlace entre Instalaciones). La antena y el ODU son los equipos encargados

de la radiofrecuencia, donde el ODU realiza las funciones de transmisión y recepción de la

señal, mientras que el IDU provee las conexiones en banda base de los equipos del

usuario. En la Figura 1.8 se pueden observar dichos componentes [27].

Figura 1.7. Diagrama de bloques de estación hub [27]

42

Figura 1.8. Elementos de una estación remota [27]

Los sistemas VSAT pueden operar en tres tipos de topologías, estos son: estrella, malla e

híbrido. En una topología del tipo estrella cada estación remota transmite y recibe hacia y

desde el hub, por lo que toda comunicación entre estaciones remotas debe pasar por el

mismo. La mayoría de las redes VSAT operan en esta configuración debido a la elevada

ganancia de la antena en el hub, lo cual optimiza el uso del segmento satelital y minimiza

el tamaño de las antenas en las estaciones remotas.

En una topología tipo malla las estaciones remotas pueden comunicarse entre ellas

directamente y la estación hub únicamente se encarga de controlar el establecimiento y

finalización de las comunicaciones. Las redes VSAT con topología tipo malla son muy

usadas para proveer aplicaciones sensibles al retardo como la voz. Es importante

considerar que se requiere de antenas de mayor tamaño, amplificadores de mayor

ganancia y receptores con un alto G/Te para cada estación remota.

La topología híbrida es usada para permitir una comunicación eficiente en una red con

requerimientos de tráfico distintos para la comunicación entre estaciones remotas. Las

estaciones remotas con una alta demanda son conectadas a través de una topología tipo

malla y el resto se comunican a través de una topología tipo estrella. Esto permite que las

estaciones remotas de alta demanda puedan reducir su latencia y capacidad satelital

necesaria.

Es posible clasificar a las aplicaciones que puede proveer una red VSAT en dos categorías,

estas son: difusión o aplicaciones de una vía e interactivo o aplicaciones de dos vías. Las

aplicaciones de difusión transmiten la información como datos, voz o video en un solo

sentido, desde una estación central hacia todas las estaciones remotas en el área de

cobertura, las cuales pueden ser del tipo RO-VSAT (Receive Only VSAT – VSAT

Únicamente de Recepción) permitiendo así disminuir los costos de las mismas. Las

43

aplicaciones interactivas permiten la comunicación en los dos sentidos desde la estación

remota, la información de la estación hub a la estación remota es conocida como

“Outbound” (OB) y la información de la estación remota a la estación hub como “Inbound”

(IB) [27].

Los sistemas VSAT suelen operar en las bandas C y Ku, y la decisión sobre la banda

específica dependerá de las características del sistema, la disponibilidad satelital y las

normativas de cada país. Para un uso eficiente de los recursos, es necesario la

implementación de protocolos de acceso, que permitan la correcta asignación de los

recursos disponibles. Un protocolo muy usado corresponde a TDM/TDMA, en donde el hub

adiciona información de control (como el direccionamiento) a los datos dirigidos a cada

estación remota y los multiplexa en una sola portadora TDM para el Outbound. Mientras

que el Inbound usa TDMA para el acceso compartido a una o varias portadoras en función

del tamaño de la red, la asignación de los recursos del Inbound puede darse mediante

diversos protocolos de contención (como ALOHA, S-ALOHA, DA-TDMA) en base al tipo de

aplicaciones que ofrece la red [27].

Otro protocolo de acceso a la red corresponde a SCPC/DAMA (Single Channel Per Carrier

/ Demand Assigned Multiple Access - Un Solo Canal por Portadora / Acceso Múltiple con

Asignación por Demanda), el cual permite que cada canal use un par de portadoras (una

para el Outbound y otra para el Inbound), este protocolo es usado comúnmente para

servicios de voz. Para su operación es necesario una estación de monitoreo y control de la

red encargada de asignar y liberar los recursos (canales de tráfico) para establecer la

comunicación entre las estaciones remotas, una vez que los canales se encuentran

establecidos no se requiere la participación de esta estación.

En la Figura 1.9 se puede observar la asignación de recursos para los 2 protocolos de

acceso a la red.

Figura 1.9. Protocolos TDM/TDMA y SCPC/DAMA [27]

44

Para evitar errores en la información recibida, se emplean códigos de canal que permitan

detectar y corregir dichos errores, la selección sobre el código de canal dependerá del tipo

de información y la implementación de calidad de servicio en la red, tomando en

consideración que un mejor código de canal permite reducir el nivel de potencia de

transmisión necesario, dando lugar al parámetro conocido como la ganancia de

codificación. El tipo de modulación de la información y el esquema de codificación de canal

pueden ser seleccionado por el IDU en función de las características del enlace y el tipo de

información, en general se modifican estos parámetros en conjunto, por lo que se conoce

comúnmente como un cambio en el “MODCOD”. Una modulación de mayor nivel permite

el intercambio de un mayor volumen de información; sin embargo, se requiere de un mayor

nivel de potencia para mantener fijo el valor del BER [13].

Dado que los equipos del usuario emplean diversos protocolos como X.25, BISYNC o

TCP/IP, es necesario contar con un protocolo intermedio entre el protocolo de acceso a la

red y los protocolos del usuario, este protocolo es conocido como el “Protocolo Gateway

de Comunicación”, encargado del direccionamiento, enrutamiento, conmutación y control

de flujo de la información. La implementación de este protocolo permite optimizar el uso de

las redes satelitales, evitando la degradación en la calidad de la información debido a la

latencia o desvanecimiento de las señales [27].

1.3.6 SkyEdge II – GILAT

En el Ecuador se dispone únicamente de 2 estaciones terrenas, las mismas que

pertenecen a la empresa CNT (Corporación Nacional de Telecomunicaciones), una

ubicada en la ciudad de Quito y otra en Guayaquil; sin embargo, para el presente estudio

no se considera la estación terrena en la ciudad de Guayaquil, ya que ésta no cuenta con

un hub que permita la integración de un sistema VSAT.

La estación terrena ubicada en Quito cuenta con dos hub VSAT que permitirían el

despliegue del sistema satelital emergente; de los dos hub disponibles, uno pertenece a la

empresa HUGUES y otro a la empresa GILAT, no obstante, para el sistema emergente no

se considera el hub HUGUES, ya que este únicamente maneja bajas capacidades,

limitando la implementación de servicios en tiempo real.

SkyEdge II (SE II) es una solución VSAT de comunicaciones satelitales de dos vías

perteneciente a la empresa GILAT. Actualmente SE II es una de las soluciones VSAT

ofertadas en Ecuador por la empresa DIGITEC S.A., e incluso ya forma parte de la

plataforma de comunicaciones de la empresa CNT. Por esta razón se considera a SE II

45

como una solución viable para la inclusión del sistema emergente en el país, aprovechando

la infraestructura ya disponible.

Una red SE II está compuesta de 3 elementos principales, los cuales son: El hub, el

conjunto de VSATs y el NMS (Network Management System - Sistema de Gestión de Red).

Para la definición de cada elemento es necesario primero definir el flujo de información en

Inbound y Outbound.

1.3.6.1 Outbound DVB-S2 (Digital Video Broadcasting by Satellite 2 –

Radiodifusión Digital de Video por Satélite 2)

Los sistemas SE II emplean un estándar propietario basado en el estándar DVB-S2 para

la transmisión del Outbound, dicho estándar permite una alta flexibilidad en torno a las

aplicaciones (transmisión de TV, aplicaciones interactivas, troncales de internet, etc.) y

además permite obtener mejoras en la eficiencia espectral, gracias a los esquemas de

modulación de alto nivel, codificaciones más fuertes y eficientes, y principalmente a la

posibilidad de modificar estos 2 parámetros (MODCOD) en función de las condiciones de

propagación percibidas por las estaciones remotas, este método es conocido como ACM

(Adaptive Coding and Modulation – Modulación y Codificación Adaptativa); sin embargo,

es posible también operar con un MODCOD fijo calculado para la estación en peores

condiciones, método conocido como CCM (Constant Coding and Modulation – Modulación

y Codificación Constante) [28].

Este estándar permite el uso de transpondedores de 36 MHz y 54 MHz utilizando esquemas

de modulación QPSK, 8PSK, 16APSK y 32APSK, en combinación con codificación BCH14

y LDPC15 con diferentes tasas. Dando como resultado las siguientes combinaciones de

MODCOD: QPSK (1/4, 1/3, 2/5, 1/2, 3/5, 2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10), 8PSK (3/5, 2/3, 3/4,

5/6, 8/9, 9/10), 16APSK (2/3, 3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10) y 32APSK (3/4, 4/5, 5/6, 8/9, 9/10).

Las codificaciones más robustas como 1/4 (1 bit de información, 4 bits enviados, 3 bits

redundantes) son usadas para el envío de la información de control, mientras que las

codificaciones más eficientes como 9/10 (9 bits de información, 10 bits enviados, 1 bit

redundante) son usadas para el envío de un mayor volumen de información de los usuarios.

14 BCH (Bose, Chaudhuri, Hocquenghem) forma parte de la larga clase de códigos de corrección de errores cíclicos. 15 LDPC (Low Density Parity Code - Verificación de Paridad de Baja Densidad) presenta excelentes habilidades para la corrección de errores, se encuentra presente en redes de difusión de video digital, 10 Gigabit Ethernet, 802.11, entre otros [17].

46

Tabla 1.5. Es/N0 requerido según el MODCOD y el tipo de trama para el Outbound [29]

Tramas Normales Tramas Cortas

Modulación FEC Es/N0 Mínimo [dB] FEC Es/N0 Mínimo [dB]

QPSK

1/4 -1.4 1/4 -0.4

1/3 -0.54 1/3 0

2/5 0.1 2/5 0.1

1/2 1.5 1/2 1.5

3/5 2.7 3/5 2.9

2/3 3.6 2/3 3.8

3/4 4.5 3/4 4.7

4/5 5.2 4/5 5.4

5/6 5.7 5/6 5.9

8/9 6.8 8/9 7.3

9/10 7

8PSK

3/5 6 3/5 7

2/3 7 2/3 7.5

3/4 8.3 3/4 8.8

5/6 10.3 5/6 10.8

8/9 11.5 8/9 12

9/10 11.8

16APSK

2/3 10.2 2/3 10.5

3/4 11.4 3/4 11.7

4/5 12.2 4/5 12.5

5/6 12.8 5/6 13.1

8/9 14.1 8/9 14.4

9/10 14.4

32APSK

3/4 14.3 3/4 14.7

4/5 15.5 4/5 15.2

5/6 16.5 5/6 16.7

8/9 18.5 8/9 17.7

9/10 18.9

47

El proceso de adaptación de la información para su envío es el siguiente [29]:

- La información IP a ser enviada en el Outbound debe primero codificarse mediante

el protocolo de Backbone (protocolo de capa 3 empleado por los sistemas

satelitales SE II).

- Se añade la información del MODCOD requerido en la cabecera del paquete de

Backbone.

- Se codifican los paquetes de Backbone en tramas MPEG2 (Moving Picture Experts

Group 2 – Grupo de Expertos en Imágenes en Movimiento 2) y se agrupan las

tramas con el mismo MODCOD en BBF (Band Base Frames - Tramas de Banda

Base).

- Se envían al modulador las tramas de banda base de la más robusta a la más

eficiente, con la finalidad de que las tramas puedan ser llenadas al máximo.

- Se codifican y modulan estas tramas y por último se eleva la frecuencia de la

información según la banda seleccionada (banda C o Ku).

- Para la recepción de la información contenida en el Outbound se realiza el proceso

contrario.

Otra característica del estándar corresponde al entramado normal de 8000 bytes y

entramado corto de 2000 bytes de transporte MPEG, siendo preferido el entramado corto

en los sistemas SE II, gracias a la mayor eficiencia de empaquetado y menor retraso de

procesamiento de las tramas. Igualmente, para evitar el uso ineficiente de los recursos es

posible dividir a los paquetes en tramas adyacentes, llegando así a la máxima capacidad

de la trama. Las características de modulación, codificación y entramado del estándar DVB-

S2, en conjunto con la programación avanzada de envío de paquetes en función del QoS

(Quality of Service – Calidad de Servicio), permiten un gran desempeño por parte de los

sistemas SE II.

Uno de los parámetros principales para el diseño del sistema satelital corresponde al Es/N0,

el cual depende del MODCOD definido, en la Tabla 1.5 se detallan los valores mínimos

para tramas cortas y tramas normales.

1.3.6.2 Inbound DVB-RCS (Digital Video Broadcasting Return Channel

Satellite – Radiodifusión Digital de Video Canal de Retorno de

Satélite)

El Inbound de los sistemas SE II se basa en el estándar DVB-RCS, el cual se concentra en

la definición de las capas física y MAC (Medium Access Control – Control de Acceso al

48

Medio) del segmento satelital, es decir que se encarga de la interfaz aérea, esquema de

acceso, ingreso a la red, solicitud y distribución de capacidad, sincronización, etc.

El esquema de acceso se basa en la reservación MF-TDMA (Multi Frequency TDMA –

TDMA Multi Frecuencia), en la cual se asignan espacios de tiempo en determinada

portadora para la transmisión de ráfagas desde cada VSAT, dicha asignación se resume

en un plan de tiempo-frecuencia que será transmitido dentro de la portadora DVB-S2 en el

Outbound cada 10 segundos [29].

El proceso de adaptación de la información para su envío es el siguiente [29]:

- La información IP a ser enviada deberá primero codificarse de acuerdo al protocolo

de Backbone;

- Posteriormente se dividen los paquetes de Backbone en celdas ATM

(Asynchronous Transfer Mode – Modo de Transferencia Asíncrona) con una

longitud fija de 48 bytes, mediante el uso de la AAL5 (ATM Adaptation Layer 5 -

Capa de Adaptación ATM 5);

- Se dispone un grupo de 2 o 4 celdas ATM en una ráfaga de tráfico para ser enviada

a través de TDMA en una de las portadoras disponibles;

- Se aplica la codificación y modulación a la información contenida en las ráfagas de

tráfico de acuerdo al MODCOD correspondiente y por último se eleva la frecuencia

de esta información según la banda seleccionada (banda C o Ku);

- Para la recepción de la información contenida en el Inbound se realiza el proceso

contrario.

Se definen tres tipos de ráfagas que permiten la comunicación: ráfaga TRF (Traffic -

Tráfico), ráfaga CSC (Common Signal Channel – Canal de Señalización Común) y ráfaga

SYNC (Synchronisation - Sincronización). El tamaño del espacio de tiempo asignado

dependerá del tipo de ráfaga que será transmitida y su posición será asignada con relación

a una trama o super trama.

Para las ráfagas TRF se emplea como formato las celdas ATM, agrupando 1,2 o 4 celdas

ATM por ráfaga TRF. La prioridad y orden de las celdas se decide en base a los parámetros

de QoS del sistema.

Las ráfagas de SYNC permiten la adquisición y mantenimiento del sincronismo, solicitudes

de capacidad y envío de información del C/N recibido del Outbound. La solicitud de

capacidad dependerá de los requerimientos de las aplicaciones ejecutadas, una llamada

de VoIP (Voice over IP – Voz sobre IP) requiere de una capacidad fija para su operación,

49

mientras que otros servicios podrían optar por una capacidad dinámica, la misma que

dependerá del QoS, el MIR (Maximum Information Rate – Tasa Máxima de Información),

el CIR (Committed Information Rate – Tasa de Información Comprometida) y el nivel de

uso de los recursos por otros servicios.

La ráfaga CSC es usada para la conexión inicial de las estaciones remotas a la red, para

lo cual primero recibe información básica de la red a través del Outbound y posteriormente

solicita la información necesaria para su operación a través de las ráfagas CSC enviadas

en modo de contención [29].

En la capa física se describen los MODCOD, tasas de símbolos por segundo, los tipos de

portadora y el uso de canales adaptativos. Los MODCOD permitidos son: QPSK (1/2, 2/3,

3/4, 4/5, 6/7) y 8PSK (2/3, 3/4, 4/5, 6/7), donde se emplea como esquema de codificación

Turbo Code. Se dispone también de una gran variedad de tasas de símbolos que van desde

128 ksps hasta 2560 ksps. La combinación entre el canal de frecuencia, el MODCOD y la

tasa de símbolo se denomina CT (Carrier Type – Tipo de Portadora) y se configuran como

parte inicial del sistema en función de las consideraciones de tráfico de la red.

Para mantener un alto rendimiento en la operación de la red, es necesario que las

estaciones remotas puedan emplear técnicas adaptativas de ICM (Inbound Coding and

Modulation – Codificación y Modulación de Inbound) así también como el uso de canales

dinámicos16.

Se definen varias dimensiones de ICM en función de los parámetros que serán

modificados, algunos de dichos parámetros son: tasa de símbolos, MODCOD y control de

potencia del enlace de subida. Es importante recalcar que en ICM se realiza un cambio del

CT en el que se transmite (CTs previamente configurados) a diferencia de ACM en donde

se modifican las características de transmisión de una sola portadora [28].

Al igual en el Outbound es necesario definir el mínimo Es/N0 requerido para el cálculo del

enlace, en la siguiente tabla se describen los valores de Es/N0 para ráfagas de tráfico con

2 celdas ATM.

16 Canales que pueden dividirse en sub-canales con menor tasa de símbolos y el mismo MODCOD, permitiendo así la transmisión simultánea de un mayor número de estaciones remotas sin afectar a los usuarios críticos.

50

Tabla 1.6. Es/N0 requerido según el MODCOD para Inbound [29]

Modulación FEC Es/N0 Mínimo [dB]

QPSK

1/2 4.5

2/3 5.9

3/4 6.8

4/5 7.1

6/7 8.2

8PSK

2/3 10.7

3/4 11.9

4/5 12.7

6/7 13.4

1.3.6.3 Hub SE II

El hub es el elemento central de la red encargado de concentrar el tráfico satelital, controlar

y monitorear el funcionamiento de la red y sirve como punto de conexión con las redes

terrestres. Para su óptimo funcionamiento el hub cuenta con una arquitectura modular que

permite el crecimiento de la red en base a las necesidades de los clientes. En la Figura

1.10 y Figura 1.11 se pueden ver los componentes principales del hub tanto para Inbound

y Outbound, dichos componentes se detallan a continuación [28]:

- Servidor QoS: Impone las políticas de tráfico definidas por el administrador de la

red, recibe los paquetes del router de borde, los procesa y envía al DPS. Actúa en

el Outbound.

- DPS (Data Protocolo Server - Servidor de Protocolo de Datos): El DPS actúa

como router de borde entre las redes satelitales y redes terrestres, se encarga de

la codificación/decodificación de los paquetes de Backbone desde/hacia paquetes

IP y separa el tráfico en función de su tipo y protocolo. Actúa en el Inbound y

Outbound.

- IPM (IP Encapsulator and Modulator - Encapsulador y Modulador de IP): Se

encarga del encapsulamiento de los paquetes de Backbone (provenientes del DPS)

en tramas de acuerdo al flujo de transporte MPEG2. Reúne las tramas MPEG2 con

el mismo MODCOD para codificarlas y modularlas; envía la información ya

modulada y codificada al RFT. Actúa en el Outbound.

- RFT (Radio Frequency Transceiver - Transceptor de Radio Frecuencia):

Permite emplear la misma antena y ODU para la transmisión (Outbound) y

51

recepción (Inbound) de la información, por lo que se encuentra en un punto

intermedio entre el ODU y el bastidor principal que aloja al resto de equipos.

- MCR (Multi-Channel Receiver - Receptor de Canal Múltiple): Se encarga de

soportar el esquema de acceso DVB-RCS del Inbound, permitiendo una operación

en modo de canal único o canales múltiples (hasta 4 CTs por MCR). Dentro de sus

funciones se encuentran la demodulación y decodificación de la información

recibida del RFT, adición de información de recepción a cada ráfaga de datos

(tiempo, potencia, frecuencia) y el envío de esta información hacia el HSP. Actúa

en el Inbound.

- HSP (Hub Satellite Processor - Procesador Satelital del Hub): Reordena los

TRFs recibidos desde el MCR y desencapsula las celdas ATM para reconstruir los

paquetes de Backbone y enviarlos hacia el DPS. También es responsable de la

asignación de recursos y selección del MODCOD en base a las solicitudes

realizadas por las estaciones remotas y la potencia de la señal recibida por los

mismos, dicha información de asignaciones es enviada hacia el IPM para su

inclusión en el flujo de transporte MPEG2. Actúa en el Inbound.

- NMS (Network Management System - Sistema de Gestión de Red): Se encarga

de proporcionar a los administradores el monitoreo central y control de toda su red

de comunicaciones, permitiendo la modificación y descarga de los archivos de

configuración del hub y las estaciones remotas. Algunas de las ventajas del NMS

son la flexibilidad de control por varios clientes, respetando cada uno de los SLAs

establecidos y la facilidad de control y monitoreo gracias a la intuitiva y clara GUI

(Graphical User Interface - Interfaz Gráfica de Usuario).

Figura 1.10. Diagrama de bloques del Hub SkyEdge II – Inbound [29]

52

Figura 1.11. Diagrama de bloques del Hub SkyEdge II – Outbound [29]

1.3.6.4 Terminales VSAT SE II

Existen varios modelos de terminales VSAT SE II, y todas ellos pueden trabajar con el

mismo hub, lo que permite una gran flexibilidad en el funcionamiento de la red. Para el

presente estudio se plantea el uso del terminal VSAT SE II Extend, ya que esta permite

aplicaciones interactivas IP de banda ancha a través de sus dos puertos de red, algunas

de sus principales características son las siguientes:

- Recepción (Outbound): Funciona en base al estándar DVB-S/DVB-S2 CCM y

ACM; tasa de transmisión 107 kbps – 135 Mbps; método de acceso TDM.

- Transmisión (Inbound): Funciona en base al estándar DVB-RCS; tasas de

transmisión hasta 4 Mbps; método de acceso MF-TDMA.

- Funcionamiento Interno: Incluye QoS; posee 2 conexiones de red RJ-45 y 1

conexión de consola; no requiere alojamiento en bastidor.

Adicionalmente se incluye en el Anexo I la hoja de datos de la VSAT SE II Extend, para

mayor información sobre las capacidades y requerimientos de funcionamiento. Los

elementos principales de un terminal VSAT se muestran en la Figura 1.12 y se detallan a

continuación:

Figura 1.12. Diagrama de bloques de la VSAT SkyEdge II [29]

53

- NIC (Network Interface Controller - Tarjeta de Red): Es la encargada de

conectarse a la red LAN del cliente, por lo que intercambia paquetes entre la LAN

y el DRPP.

- DRPP (Data Remote Protocol Processor - Procesador Remoto de Protocolo

de Datos): Se encarga de la clasificación y encolamiento de los paquetes IP

provenientes de la NIC, y de la codificación/decodificación de los paquetes de

Backbone desde/hacia paquetes IP.

- RSP (Remote Satellite Processor - Procesador Satelital Remoto): En el Inbound

se encarga de fragmentar los paquetes de Backbone en celdas ATM y

posteriormente asignar las celdas en los slots de tiempo TRF para enviarlos al

modulador. En el Outbound desencapsula los paquetes de Backbone de las tramas

MPEG2 recibidas desde el modulador.

- Modulador: Se encarga de la modulación y demodulación de la información en

base al estándar DVB-RCS y DVB-S2 respectivamente.

En el Anexo II se incluye un diagrama de los componentes que conforman una estación

remota, en el cual se incluye un diagrama de bloques de los elementos internos al terminal

VSAT y un diagrama de los elementos que conforman el ODU.

La administración local de los terminales VSAT se realiza a través de una conexión de

consola o una interfaz GUI, estas herramientas permiten la obtención de información

prioritaria como el direccionamiento IP y MAC, versiones de los componentes, uso del CPU,

Eb/N0, número de paquetes transmitidos y recibidos, entre otros parámetros que permiten

evaluar el desempeño del terminal. En cambio, la configuración de los terminales para su

operación en la red se realiza desde el NMS a través del enlace satelital.

Algunas de las ventajas del uso de sistemas SE II son las siguientes:

- El hub SE II permite implementar redundancia del tipo 1+1 ó N+1 para sus

componentes principales, lo que aumenta la confiabilidad del sistema.

- Incluye mecanismos de QoS para satisfacer los requerimientos de los clientes.

- Implementación de mecanismos de modulación y codificación adaptativa que

mejoran la eficiencia del sistema.

- Optimización para tráfico IP.

- Alta capacidad para redes de gran tamaño.

- Posibilidad de crecimiento en función de los requerimientos de los clientes.

- Mejora en el envío de tráfico de control a través de técnicas de piggybacking.

54

1.3.7 Herramientas de dimensionamiento de Sistemas VSAT

Con la finalidad de optimizar el diseño del sistema satelital VSAT, se emplea la herramienta

de diseño propuesta por parte de la empresa DIGITEC S.A., dicha herramienta permite

dimensionar la red para obtener una estimación de la capacidad satelital (Ancho de Banda)

y los requerimientos de hardware (componentes de hub y del remoto) para cumplir con las

necesidades de los clientes. La herramienta a ser usada corresponde al “SE II Network

Design Tool” versión 6.3 de marzo de 2016 desarrollada por GILAT Satellite Network en

hojas de cálculo de Excel mediante el uso de macros.

Los requisitos previos para el uso de la herramienta son el número de terminales VSAT,

perfiles de tráfico, tasas de compartición, topología de la red, características de los

servicios (por ejemplo el tráfico y líneas para servicio de VoIP), tipos de portadora,

MODCOD y tasa de símbolos para Inbound y Outbound. Como resultado se obtienen las

tasas de transmisión de datos, la eficiencia de uso de los recursos, número de portadoras

necesarias para el Inbound y el ancho de banda de la portadora de Outbound.

El uso en conjunto de la herramienta de diseño y el cálculo del enlace permite obtener el

mejor diseño para determinados requerimientos del cliente. En el Anexo III se presentan

algunas capturas de pantalla y explicaciones de la herramienta de diseño; sin embargo, el

detalle de su funcionamiento interno no forma parte del presente estudio.

1.3.8 Equipos de medición

Con la finalidad de obtener una medición de las capacidades de la red satelital VSAT

actualmente disponible en el país, se emplea el equipo HST-3000 Handheld Services

Tester, equipo utilizado por el personal de la empresa DIGITEC S.A.; algunas de las

características y capacidades del HST 3000 [30]:

- Generación de tráfico con ciertos parámetros definidos (uso de ancho de banda,

tipo de trama, longitud de trama), así también como el análisis del rendimiento del

enlace ante la presencia de dicho tráfico.

- Filtrado del tráfico recibido.

- Verificación de conectividad extremo a extremo.

- Nivel de utilización del enlace y verificación del Throughput.

- Soporte en capa 3, a través de la transmisión y análisis de tráfico IPv4 e IPv6.

- Identificación de problemas en interfaces defectuosas.

- Cuenta con 2 puertos RJ-45 y 2 puertos ópticos.

Para el presente estudio se empleará la funcionalidad de verificación del enlace, la misma

que permite determinar con exactitud la tasa de transmisión. Para lo cual se conecta al

55

HST-3000 como un equipo intermedio capaz de capturar el tráfico que circula a través del

mismo y determinar la tasa de transmisión a la entrada de cada puerto (1 puerto conectado

al terminal VSAT permitirá medir la tasa de transmisión de descarga y 1 puerto conectado

a una computadora permitirá medir la tasa de transmisión de carga).

La prueba de verificación del enlace permite obtener información sobre: el tamaño mínimo,

máximo y medio de las tramas; el tamaño mínimo, máximo y medio de los paquetes; tasa

de transmisión en capa 1, 2 y 3; entre otra información que permitirá analizar el estado de

la red. Para el presente estudio únicamente se tomará en consideración el valor de la tasa

de transmisión en capa 1.

1.3.9 Infraestructura de comunicaciones en plataformas móviles

Dado las necesidades de comunicación por parte de los organismos de respuesta tras un

evento adverso, es necesario contar con sistemas de comunicaciones emergentes sobre

plataformas móviles, facilitando así su ubicación estratégica para la operación.

Actualmente el país no cuenta con sistemas de este tipo y lo más similar corresponde a las

Unidades de Policía Comunitaria (UPC) móvil de la Policía Nacional, los cuales cuentan

con espacio para personal, equipos de video vigilancia (cámara 360° y monitores),

computadoras, generador eléctrico, tomacorriente y acceso a internet. Con estas

instalaciones es posible que la policía pueda dar socorro a la ciudadanía en zonas críticas

del país. Sin embargo, la comunicación entre el personal de estas unidades y otros

organismos de respuesta es limitada y puede verse interrumpida en situaciones adversas,

ya que estos vehículos emplean los sistemas de radio de dos vías y conexión a internet a

través de redes celulares como medios de comunicación, y como fue expresado

anteriormente, estos sistemas no cumplen de forma eficiente los requerimientos de un

sistema de comunicaciones emergente.

56

2. METODOLOGÍA

El presente estudio se basa en una investigación aplicada para contrarrestar las

deficiencias de comunicaciones entre los organismos de respuesta, tras un evento adverso.

Para lo cual se recopila la información de libros de texto y artículos especializados en el

diseño y funcionamiento de sistemas satelitales, acciones y requerimientos en situaciones

de desastre y elaboración de proyectos de telecomunicaciones; adicionalmente se cuenta

con el soporte por parte de la empresa DIGITEC S.A., la cual facilitará la información

técnica sobre equipos y proveedores satelitales, y permitirá la ejecución de pruebas del

enlace satelital.

Para la elaboración del proyecto se establecen las siguientes 4 fases:

- Definición del cliente o usuario del sistema.

- Definición de requerimientos.

- Diseño del enlace satelital.

- Diseño de la plataforma móvil.

2.1 Cliente del sistema emergente

Con la finalidad de reunir todos los requerimientos del sistema, es necesario primero

establecer la o las instituciones que harán uso del mismo. Para lo cual, se prestará especial

atención al Servicio Integrado de Seguridad ECU 911, el mismo que fue definido en [23]

como una “… herramienta integradora de los servicios de emergencia que prestan los:

Cuerpos de Bomberos, las Fuerzas Armadas, la Policía Nacional e instituciones que

conforman el Sistema Nacional de Salud” y que desarrolla las siguientes actividades: “…

asistencia en emergencias de salud, de seguridad ciudadana, de extinción de incendios y

rescate, riesgos de origen natural y antrópico; y otros que pongan en riesgo la vida y

seguridad de las personas, comunidades, pueblos, nacionalidades y colectivos”.

Para cumplir con sus objetivos, es necesario el trabajo en conjunto por parte de varias

instituciones, entre las cuales se encuentran:

- Ministerio del Interior (Policía Nacional).

- Ministerio de Defensa Nacional (Fuerzas Armadas).

- Ministerio de Justicia, Derechos Humanos y Cultos.

- Ministerio de Relaciones Exteriores y Movilidad Humana.

- Ministerio de Telecomunicaciones y de la Sociedad de la Información.

- Ministerio de Salud Pública.

- Agencia Nacional de Tránsito.

57

- Instituto Ecuatoriano de Seguridad Social.

- Secretaría de Gestión de Riesgos.

- Cruz Roja Ecuatoriana.

- Cuerpo de Bomberos.

- Gobiernos Autónomos Descentralizados.

Gracias a que el ECU 911 tiene como miembros a todas estas instituciones, se puede

facilitar y efectivizar la toma de decisiones por parte de las autoridades, ya que se dispone

de una visión global al compartir información crítica entre las instituciones y organismos de

respuesta. Cada institución presenta un aporte para el Sistema Integrado de Seguridad

ECU 911, dando como resultado una cobertura de cerca del 90% de la población del país,

a través de centros zonales, locales y 1 sala de operaciones [23]; esto ha permitido la

reducción en la delincuencia, el aumento en la eficiencia de uso de recursos (ambulancias,

patrullas e incluso personal) y una mejora en la respuesta a situaciones de emergencia y

desastre.

Debido a la importancia en el cumplimiento de sus objetivos, el ECU 911 cuenta con una

sólida infraestructura tecnológica que le permite atender en forma ininterrumpida cualquier

requerimiento ante un evento adverso. Esta infraestructura permite la recepción de alertas

a través de la RTPC, la red de telefonía celular, sistemas de radio de 2 vías y equipos

periféricos; toda información recibida es evaluada por personal de las diferentes

instituciones.

La plataforma tecnológica del ECU 911, permite la integración de los sistemas de

comunicaciones de las diferentes instituciones en un solo centro de datos, y al mismo

tiempo permite compartir dicha información entre las instituciones pertenecientes a los

centros zonales y locales. Esta plataforma integra al sistema de radio de 2 vías VHF de la

Secretaría de Gestión de Riesgos; radio de 2 vías UHF del Cuerpo de Bomberos y Cruz

Roja Ecuatoriana; y el sistema troncalizado de las Fuerzas Armadas, Policía Nacional y

Agencia Nacional de Tránsito [23] como se indica en la Figura 2.1.

Una vez explicadas las funciones y objetivos del ECU 911, es posible establecer a esta

institución como el principal cliente para el sistema de comunicaciones satelital emergente,

tomando en consideración la conexión a la plataforma tecnológica a través de estaciones

remotas VSAT en los centros locales y zonales. Sin embargo, el dimensionamiento de la

red tomará en consideración un mayor número de estaciones remotas, permitiendo así la

conexión de otras instituciones.

58

Figura 2.1. Conexión de Sistemas en plataforma tecnológica ECU 911 [23]

2.2 Requerimientos

Un sistema de comunicaciones eficiente deberá cumplir con una serie de requerimientos

que pueden ser clasificados en: requerimientos de servicios, requerimientos de

funcionamiento y requerimientos de capacidad.

2.2.1 Requerimientos de Servicios

Es necesario establecer los principales servicios que serán usados en situaciones de

emergencia, los mismos que deberán ser considerados para el diseño del sistema

emergente, estos servicios pueden verse en la Tabla 2.1.

Para ofrecer estos servicios, actualmente en el país se emplea las siguientes redes:

- RTPC.

- RDSI.

- Sistemas de radio de 2 vías (normal y troncalizado).

- Redes de telefonía celular.

- Internet a través de redes inalámbricas, redes de cobre y redes de fibra óptica.

Siendo el internet la principal red de convergencia de estos servicios, y por lo tanto dando

un elevado nivel de importancia a los servicios IP [2], por esta razón se decide trabajar con

aplicaciones que se comuniquen a través del protocolo IP.

59

Tabla 2.1. Principales servicios en situaciones de emergencia [3]

Servicio Tipos

Comunicación de voz

Uno a Uno

Uno a Varios

Difusión

Mensajes de texto

Uno a Uno

Uno a Varios

Difusión

Telemetría Medición de Sensores

Interacción con bases de datos Modificación en registros

Consulta de registros

Transferencia de ficheros de texto Informes

Boletines

Contenido audiovisual Audio y video en tiempo real y diferido

Descarga / Envío de imágenes

Acceso a servicios web

Acceso a internet

Acceso a la intranet

Navegación web

Interactivos Determinación de Posición en tiempo real

2.2.2 Requerimientos de funcionamiento

Es importante considerar los requisitos que deberán cumplir los sistemas de

comunicaciones en situaciones de emergencia, para responder de forma eficiente sin

importar el nivel y tipo de evento adverso:

- Estandarización: Es necesario estandarizar los protocolos y el uso del espectro a

nivel nacional e internacional, tanto en los sistemas de prevención como de

respuesta. El uso de sistemas con estándares comunes facilita el trabajo entre

varias organizaciones y reduce el tiempo de procesamiento de la información,

permitiendo así un mayor desempeño por parte de los tomadores de decisiones.

- Interoperabilidad: La interoperabilidad debe estar presente en 2 niveles del sistema

de comunicaciones emergentes, estos son la interoperabilidad de servicios que

permite la transferencia de información útil entre redes que ofrecen un diferente

servicio; y la interoperabilidad de protocolos.

60

- Seguridad: Es necesario considerar que en los sistemas de telecomunicaciones

emergentes se envía información sensible, la cual no deberá ser recibida por

usuarios sin autorización, por lo que se requiere asegurar la confidencialidad de

dicha información. Adicionalmente, para evitar el uso incorrecto de los recursos de

telecomunicaciones en emergencias, es necesario implementar sistemas de

autenticación que permitan limitar el uso de estos según la categorización del

evento adverso.

- Priorización del Tráfico: Toda información que se intercambia durante un evento

adverso tiene un alto grado de importancia, sin embargo, es necesario definir ciertos

niveles de prioridad en función del tipo de información y la autoridad que lo envía.

Es también necesario que se disponga de la posibilidad de establecer

comunicaciones del tipo unicast, multicast o broadcast según los requerimientos

establecidos por las respectivas autoridades.

- Robustez: Los daños producidos tras la ocurrencia de un evento adverso, pueden

afectar el funcionamiento de los sistemas de telecomunicaciones de forma

inmediata o en un futuro, por esta razón es necesario contar con sistemas

emergentes robustos que soporten la afectación inicial y puedan operar en

condiciones poco favorables.

- Redundancia: Considerando la importancia de los sistemas de comunicación

emergentes, es necesario poder reestablecer el funcionamiento del sistema tras

cualquier posible fallo, por esta razón se implementan sistemas redundantes que

mantengan la continuidad de las comunicaciones. La redundancia se implementa

principalmente en los equipos del núcleo de la red.

- Movilidad: Durante la etapa de respuesta y rescate es necesario que los equipos

que operan en territorio cuenten con un sistema que permita la comunicación entre

ellos y con los Centros de Operaciones de Emergencias (encargados de la

recolección de información y toma de decisiones).

- Fácil implementación: Es necesario que la instalación y puesta en operación de los

sistemas emergentes sea fácil y rápida, esto permite utilizar dichos sistemas

inmediatamente tras cualquier evento adverso y así reducir el tiempo necesario

para la toma de decisiones durante las operaciones de respuesta.

- Disponibilidad: La disponibilidad indica la probabilidad de que un sistema se

encuentre operando de forma normal cuando se lo requiera y se expresa como el

porcentaje de tiempo que el sistema se encuentra activo durante el año. Se

considera una disponibilidad de 99.8%, equivalente a un total de 17.52 horas

61

anuales de ausencia de servicio, este valor es calculado siguiendo la metodología

expuesta en [31].

2.2.3 Requerimientos de Capacidad

Ya que se trabaja con un sistema emergente, el cual deberá operar en escasas situaciones,

es necesario considerar correctamente los servicios ejecutados, su simultaneidad y

calidad, de tal forma que se obtenga la mejor relación costo-beneficio.

Para realizar el diseño del sistema se establecerán las siguientes suposiciones:

- Con la finalidad de evitar la mala utilización de los recursos, se conformará un único

equipo de comunicaciones encargado de solventar las diversas necesidades de

comunicación del personal de respuesta en territorio, este equipo formará parte del

Comité de Operaciones de Emergencia instalado en territorio [8].

- El equipo de comunicaciones en sitio dispondrá de una capacidad mínima y máxima

(CIR y MIR) que será repartida entre los dispositivos que se encuentren conectados

al sistema de comunicaciones emergentes.

- Se considera que el equipo de comunicaciones dispondrá de los siguientes

recursos tecnológicos para establecer las comunicaciones: computadoras

portátiles, teléfonos móviles, cámaras IP y equipos de radio portátiles17.

- El sistema emergente será usado exclusivamente para el intercambio de

información relevante, asignación de tareas al personal de respuesta y

actualización del estado de emergencia.

- No se realizará distinción entre el volumen de tráfico para la misma aplicación

ejecutada en computadoras portátiles y terminales de telefonía móvil.

- El dimensionamiento del tráfico se realizará a través de la caracterización de las

aplicaciones que permitirán cumplir con los servicios establecidos en la sección

2.2.1, para lo cual se establece la simultaneidad de las aplicaciones ejecutadas

durante la hora pico.

- Se considera un total de 40 terminales VSAT (estaciones remotas) para la red

emergente, para lo cual se establecen las siguientes categorías: terminales fijos en

los centros de operaciones de los organismos de respuesta (32), terminales móviles

para el personal tomador de decisiones en sitio (7) y terminal fijo en la oficina matriz

del ECU 911 (1).

17 Para la conexión con la red del sistema de radio de 2 vías se plantea el uso de la solución IP Site Connect, la cual permite utilizar el internet para ampliar la cobertura del sistema.

62

- Para los terminales móviles y el terminal fijo en la oficina matriz del ECU 911 (8

terminales en total) se considera que hasta 4 terminales podrán operar de forma

simultánea durante la hora pico.

- Para los terminales fijos en centros de operaciones de los organismos de respuesta

(32 terminales) se considera que 8 terminales podrán operar de forma simultánea


2.2.3.1 Dimensionamiento en base a la aplicación

Con la finalidad de establecer la capacidad total necesaria para el funcionamiento del

sistema, se calcularán las capacidades individuales para cada aplicación durante la hora

pico en base a la información expuesta en [32] y [33]; y considerando que al tratarse de un

sistema emergente el objetivo principal es mantener la comunicación aunque exista una

disminución de la calidad del contenido recibido.

- Descarga de Archivos: Se considera que un archivo con texto, tablas e imágenes

tiene un tamaño aproximado de 500 Kbytes, el mismo que deberá ser descargado

en un tiempo máximo de 45 segundos.

J|Y = }00~$��N'qZ}~q'� % 8~�mNq1~)�N' = 88.8�~�R��q� Donde:

o CDA = Capacidad requerida para la aplicación de descarga de archivos [bps].

- Acceso a Páginas Web: Se toma como referencia un tamaño promedio de 320

Kbytes para una página web que incluya texto, imágenes y contenido audiovisual,

y se considera 25 segundos como tiempo máximo para la visualización del

contenido.

JYp� = 320~$��N'q2}~q'� % 8~�mNq1~)�N' = 102.Z~�R��q� Donde:

o CAPW = Capacidad requerida para la aplicación de acceso a páginas web

[bps].

- Correo Electrónico: Se considera un tamaño promedio de 500 Kbytes para un

correo electrónico compuesto por el texto informativo, firmas y archivos adjuntos.

Debido a que el contenido del correo no requiere ser enviado de forma urgente, se

puede establecer un tiempo aproximado de 60 segundos para su envío o recepción.

63

J�� = }00~$��N'q�0~q'� % 8~�mNq1~)�N' = ��.�[~�R��q� Donde:

o CCE = Capacidad requerida para la aplicación de correo electrónico [bps].

- Comunicación de voz a través de internet o radio de 2 vías a través de internet:

Para la eficiente transmisión de la voz a través de internet, es necesario

implementar un códec encargado de la conversión análogo/digital y la compresión

de la señal digital. Debido a la alta calidad de la voz y al bajo ancho de banda que

requiere, se tomara como referencia el códec G.729, el cual establece una

capacidad de 31.2 kbps según lo expuesto en [32].

J<�p = }8~)�N'q > 20~)�N'q20~)�N'q % 8~R��q = 31.2~�R��q� Donde:

o CTIP = Capacidad requerida para la aplicación de telefonía IP [bps].

- Cámara IP de videovigilancia: Debido a la importancia del contenido audiovisual,

puede ser necesario el uso de una cámara IP para el envío de dicho contenido hacia

el centro de control del ECU 911. De acuerdo con [34] para una cámara que opere

a 15 cuadros por segundo en calidad media se requiere de una capacidad

aproximada de 250 kbps.

J��p = 2}0~�R��q� Donde:

o CCIP = Capacidad requerida para la aplicación de cámara IP [bps].

- Videoconferencia: Se considera una llamada con calidad media que maneje un

mínimo de 30 cuadros por segundo, de acuerdo a [32] esta aplicación requiere de

192 kbps sin contar con el 25% de overhead debido a la adición de cabeceras IP.

Por lo que la capacidad total necesaria es:

J�� = 1.2} % 1�2~R��q = 2Z0~�R��q� Donde:

o CVI = Capacidad requerida para la aplicación de videoconferencia [bps].

Es importante recalcar que la capacidad de los servicios de descarga de archivos y acceso

a páginas web se consideran únicamente para el enlace de bajada; y los servicios de correo

64

electrónico, telefonía IP, cámara IP de videovigilancia y videoconferencia se consideran en

el enlace de subida y bajada.

Una vez definida la capacidad necesaria para cada aplicación se establecerá el mínimo

tráfico obligatorio que debe cursar la red durante la hora pico18, en función de la

simultaneidad de las aplicaciones y considerando como prioritarias a las aplicaciones en

tiempo real. Para los terminales móviles se estima que el número de usuarios para cada

aplicación durante la hora pico es el siguiente:

- 2 usuarios en comunicación de voz.

- 1 cámara IP de videovigilancia o 1 usuario en videoconferencia (se considera la

mayor capacidad entre las aplicaciones).

J<� = 2 % J<�p > 1 % J��p

J<� = 2 % 31.2 > 2}0 = 312.Z~�R��q� = 38Z~�R��q�1�~Donde:

o CTM = Capacidad requerida para la operación de los terminales móviles

[bps].

Para los terminales fijos en los centros de operaciones de los organismos de respuesta se

estima que el número de usuarios para cada aplicación durante la hora pico es el siguiente:

- 1 usuarios en comunicación de voz o 1 usuario en videoconferencia (se considera

la mayor capacidad entre las aplicaciones).

J<� = 1 % J�� J<� = 2Z0~R��q J<� = 2}�~R��q~

Donde:

o CTF = Capacidad requerida para la operación de los terminales fijos [bps].

El terminal fijo ubicado en la oficina matriz del ECU 911, requiere como mínimo la misma

capacidad que los terminales móviles, es decir:

J<�� = 38Z~R��q Donde:

18 La red debe asegurar como mínimo la capacidad necesaria para proveer estos servicios, estableciendo la tasa de información comprometida (CIR). 19 Por facilidad se seleccionarán los valores de CTM y CTF múltiplos de 128 kbps

65

o CTECU = Capacidad requerida para la operación del terminal en el ECU-911

[bps].

Los valores de capacidad previamente calculados consideran la ejecución simultánea de

las aplicaciones en tiempo real durante la hora pico; sin embargo, la capacidad del terminal

se puede emplear en diversas aplicaciones en función de las necesidades del personal de

respuesta.

2.2.3.2 Dimensionamiento del enlace satelital

Los valores de CTM, CTF y CTECU definen el CIR requerido para el diseño de la red VSAT; en

cambio para la definición del MIR y la tasa de contención (relación entre el MIR y CIR para

cada VSAT), es necesario emplear la herramienta de dimensionamiento asegurando el

cumplimiento del CIR y el número de terminales simultáneos durante la hora pico. La

información necesaria para la definición de los MODCODs en el Outbound y los tipos de

portadoras en el Inbound se realizarán considerando dos soluciones diferentes

implementadas en el sistema satelital VSAT perteneciente a la empresa CNT, el mismo

que actualmente se encuentra en operación.

- Primera Solución: Establecer un nuevo NS (Network Segment - Segmento de Red)

que se integre al Hub en la estación terrena en la ciudad de Quito.

- Segunda Solución: Incrementar los terminales VSAT en un NS ya en operación.

El planteamiento de estas dos soluciones permite incrementar las posibilidades de

implementar el sistema de comunicaciones emergentes en el país.

2.2.3.2.1 Solución 1 (Segmento de red desde cero)

Se definen dos tipos de perfiles de tráfico para los 40 terminales, TM - Terminales Móviles

(incluye a los terminales del personal en sitio y el terminal ubicado en la oficina matriz del

ECU-911) y TF - Terminales Fijos. En la Figura 2.2 se puede observar la definición de cada

perfil.

Figura 2.2. Definición de los perfiles de tráfico en la herramienta de Sizing

66

La tasa de transmisión y tasa de contención dependerán del MIR deseado y del

cumplimiento con el CIR establecido para la hora pico. Con la información de la Figura 2.2

y el número de terminales simultáneos que se define para cada tipo20, se pueden concluir

los valores de CIR y MIR.

Tabla 2.2. Requerimientos de capacidad del Outbound

Tipo de terminal Número de terminales

Terminales simultáneos

CIR [kbps] MIR [kbps]

Terminales Móviles

7 3 384 768

Terminal Fijo ECU 911

1 1 384 768

Terminales Fijos 32 8 256 512

Tabla 2.3. Requerimientos de capacidad del Inbound


Terminales simultáneos

CIR [kbps] MIR [kbps]

Terminales Móviles

7 3 384 768

Terminal Fijo ECU 911

1 1 384 768

Terminales Fijos 32 8 256 512

De acuerdo a los resultados obtenidos de la herramienta de dimensionamiento, los

parámetros principales que permiten cumplir esta primera solución son los siguientes:

- Inbound:

o 4 tipos de portadora.

o CT1= 512 ksps, 8PSK 6/7, usada el 99.9% del tiempo.

o CT2= 256 ksps, 8 PSK 6/7, corresponde a un canal dinámico del CT1.

o CT3= 128 ksps, 8 PSK 6/7, corresponde a un canal dinámico del CT1.

o CT4= 128 ksps, QPSK 1/2, usada el 0.10% del tiempo, portadora para el

envío de la información de control.

20 El número de terminales simultáneo para cada tipo se establece considerando el posible número de estaciones activas al mismo tiempo durante una situación de emergencia o desastre, teniendo en cuenta la organización jerárquica de los Comités de Operaciones de Emergencia que se establecerían.

67

o Se requiere un total de 5 portadoras (4 CT1 y 1 CT421).

o 15.6% de slots TRF disponibles como reserva (es decir 84.4% de uso de

slots TRF).

o Ancho de banda necesario de 2.612 MHz.

- Outbound:

o MODCOD más eficiente 16APSK 8/9.

o MODCOD típico 16APSK 3/4.

o MODCOD base QPSK 4/5.

o Tasa de transmisión de 1850 kBd.

o 95.37% de uso del OB.

o Ancho de banda necesario de 2.22 MHz.

- Ancho de banda total de 4.832 MHz.

De igual forma se incluye en el Anexo IV la hoja de cálculo con toda la información referente

a esta solución. Un resultado importante al usar la herramienta de dimensionamiento

corresponde al hardware necesario en el hub en función de los requerimientos

establecidos, como se puede ver en la Figura 2.3.

Figura 2.3. Detalle del hardware necesario para la implementación del sistema

Con los requerimientos de hardware y ancho de banda necesarios, se deberá solicitar al

operador de servicios de telecomunicaciones correspondiente, el arrendamiento de la

capacidad satelital y la instalación de los equipos que sean necesarios en la estación

terrena.

2.2.3.2.2 Solución 2 (Adaptación a segmentos de red disponibles)

Tomando en consideración que ya se encuentra implementada en el país una red SE II, se

plantea el uso de una porción de esta para el funcionamiento del sistema emergente, por

21 En función de los requerimientos de los usuarios, el canal CT1 podrá dividirse en sub-canales con las especificaciones de los canales CT2 y CT3, por lo que únicamente se requieren portadoras para CT1 y CT4.

68

lo que inicialmente se definirá el estado actual de esta red. La información detallada a

continuación se refiere a la última actualización del sistema satelital de la CNT, con fecha

21 de febrero de 2018, dicha información fue provista por la empresa DIGITEC S.A.

- La red cuenta con dos segmentos de red (NS3 y NS4) en banda Ku.

- La red se encuentra dimensionada para un total de 174 estaciones remotas en el

NS3 y 326 en el NS4, dando un total de 500 estaciones remotas, considerando un

10% de excedente para un futuro crecimiento de la red.

- Se define 6 perfiles de tráfico (numerados del 1 al 6), los detalles de CIR, MIR, tasa

de compartición y número de terminales VSAT para cada perfil se presentan en la

Tabla 2.4

- El IB y OB del NS3 se transmiten a través del transpondedor K25 del satélite

Eutelsat 117 West A.

- El OB del NS4 se transmite en una portadora saturada en el transpondedor K27 del

satélite Eutelsat 117 West A. Mientras el IB del NS4 se transmite en el

transpondedor K25 del mismo satélite.

- En el Anexo V y en la información desplegada por la página web SATBEAMS se

puede observar la información sobre las bandas de operación y huellas del satélite

Eutelsat 117 West A; mientras que en el Anexo VI se puede observar el plan de

frecuencias para dicho satélite.

Tabla 2.4. CIR y MIR para los perfiles de tráfico

Perfil UL-CIR [kbps]

DL-CIR [kbps]

UL-MIR [kbps]

DL-MIR [kbps]

UL-Simult22

DL-Simult

VSAT NS3

VSAT NS4

1 128 512 1024 2048 1/8 1/4 0 16

2 128 512 512 1024 1/4 1/2 12 0

3 64 256 512 1024 1/8 1/4 80 240

4 64 256 256 512 1/4 1/2 8 0

5 32 128 256 512 1/8 1/4 70 70

6 32 64 128 256 1/4 1/4 4 0

En base a la información sobre la red que actualmente opera la CNT, se plantea la inclusión

de los 40 terminales (cuyo CIR y MIR se establecieron en la Tabla 2.2 y 2.3) con la siguiente

distribución:

22 Se refiere a la tasa de compartición o uso simultáneo de la capacidad expresada en el MIR.

69

Tabla 2.5. Asignación de usuarios en perfiles de tráfico disponibles


Perfil

Terminales Móviles 7 1 o 2

Terminal Fijo ECU 911 1 1 o 2

Terminales Fijos 32 3

Con esta asignación se tiene un aumento en el CIR del enlace de bajada requerido y una

disminución en el CIR del enlace de subida requerido; sin embargo, es necesario

considerar que la presente solución permite la implementación inmediata del sistema en el

país y la operación de los servicios básicos requeridos para un sistema satelital en

situaciones de emergencia y desastre.

El diseño actual del sistema de comunicaciones satelitales de la CNT contempla el uso

completo de los transpondedores K25 y K27, razón por la cual no es posible incrementar

terminales del sistema de comunicaciones emergente a un nuevo perfil de tráfico; sin

embargo, gracias al excedente del 10% en el número de terminales considerados en el

diseño, es posible implementar la presente solución sin generar saturación de la red.

2.3 Diseño del Enlace Satelital (Link Budget)

A continuación, se detalla la información necesaria para realizar el cálculo del enlace

tomando en consideración el uso del satélite Eutelsat 117 West A, en su haz de bada Ku

que apunta hacia Latinoamérica, la ubicación de una estación VSAT en las instalaciones

de la empresa DIGITEC S.A. y la estación Hub ubicada en la Estación Terrena de la CNT

en Quito. Es importante recalcar que se considera la estación terrena de la empresa CNT

ya que actualmente es la única que permite la integración de un sistema VSAT en el país.

Se empleará la metodología expuesta en [15] y en la sección 1.3.5.9 del presente

documento para el diseño del enlace.

La información técnica sobre el satélite, la estación terrena y las estaciones remotas, es

extraída de la hoja de datos de cada elemento; la información sobre ubicaciones, ángulos

de apuntamiento y distancias se toma de la herramienta en línea presentada en la página

de SATBEAMS como se indica en la Figura 2.4, 2.5, 2.6 y 2.7; la información sobre

esquemas de modulación, ancho de banda y tasa de transmisión se toma de la herramienta

de dimensionamiento de la empresa GILAT.

2.3.1 Solución 1 (Segmento de red desde cero)

En la Tabla 2.6 se detalla la información técnica de cada elemento, necesaria para el diseño

del enlace de la solución 1.

70

Tabla 2.6. Parámetros usados para el cálculo del enlace – Solución 1

Satélite Nombre: Eutelsat 117 West A Tipo: Geoestacionario Longitud punto Sub-Satélite: 116.8° O IBO Nominal: -4.9 [dB] OBO Nominal: -3.3 [dB] Rango de posibles transpondedores útiles: Ku25 – Ku40 Polarización UL: Vertical Frecuencias Base UL: 14.00 [GHz] 23 Pico de G/T en UL: 8.6 [dB/K] Densidad de flujo en saturación en UL: -92.5 [dBW/m2] Polarización DL: Horizontal Frecuencia Base DL: 11.70 [GHz]24 PIRE pico en DL: 53.3 [dBW]

Estación VSAT – DIGITEC S.A. Latitud estación VSAT: 0.1597° S Longitud estación VSAT: 78.4777° O Altura sobre el nivel del mar: 2793 [m] Azimuth verdadero: 270.2° Elevación: 45.4° Distancia al satélite: 37423.7 [km] Eficiencia de la antena: 65% Dimensiones de la antena: 1.2 [m] Ganancia de la antena en UL: 43.1 [dBi] Ganancia de la antena en DL: 41.5 [dBi] Potencia del HPA: 2 [W] Temperatura de ruido de antena: 35 [K] Temperatura de ruido de LNA: 65 [K]

Estación Terrena CNT Latitud estación terrena: 0.2741° S Longitud estación terrena: 78.4739° O Altura sobre el nivel del mar: 2557 [m] Azimuth verdadero: 270.3° Elevación: 45.4° Distancia al satélite: 37423.7 [km] Eficiencia de la antena: 65% Dimensiones de la antena: 9 [m] Ganancia de la antena en UL: 60.6 [dBi] Ganancia de la antena en DL: 59 [dBi] Potencia de entrada a la antena: 8 [W]

23 Se toma como referencia una frecuencia general de 14 GHz 24 Se toma como referencia una frecuencia general de 11.7 GHz

71

Temperatura de ruido de antena: 35 [K] Temperatura de ruido del LNA: 65 [K]

Enlace de Subida – Outbound Tasa de Transmisión: 4.533 [Mbps] MODCOD: 16APSK 8/9 Ancho de Banda necesario: 2.22 [MHz] Pérdidas de apuntamiento y rotación de polarización:

1 [dB]

Absorción Atmosférica: 0.28 [dB]25 Pérdidas de alimentación (Feeder Loss): 0 [dB] Factor de Corrección de Aspecto en UL: 2 [dB]

Enlace de Bajada – Outbound Tasa de Transmisión: 4.533 [Mbps] MODCOD: 16APSK 8/9 Ancho de Banda necesario: 2.22 [MHz] Pérdidas de apuntamiento y rotación de polarización:

1 [dB]

Absorción Atmosférica: 0.28 [dB] Pérdidas de alimentación (Feeder Loss): 0.1 [dB] Factor de Corrección de Aspecto en DL: 2 [dB]

Enlace de Subida – Inbound Tasa de Transmisión: 0.768 [Mbps] MODCOD: 8PSK 6/7 Ancho de Banda necesario: 2.612 [MHz] Pérdidas de apuntamiento y rotación de polarización:

1 [dB]

Absorción Atmosférica: 0.28 [dB] Pérdidas de alimentación (Feeder Loss): 0 [dB] Factor de Corrección de Aspecto en UL: 2 [dB]

Enlace de Bajada – Inbound Tasa de Transmisión: 0.768 [Mbps] MODCOD: 8PSK 6/7 Ancho de Banda necesario: 2.612 [MHz] Pérdidas de apuntamiento y rotación de polarización:

1 [dB]

Absorción Atmosférica: 0.28 [dB] Pérdidas de alimentación (Feeder Loss): 0.1 [dB] Factor de Corrección de Aspecto en DL: 2 [dB]

Parámetros Generales: Disponibilidad requerida del enlace: 99.6% Margen por lluvia: 3 [dB]

25 Valor calculado de acuerdo a lo expuesto en la sección 1.3.5.8

72

Figura 2.4. Información geográfica de la estación VSAT en DIGITEC S.A. [35]

Figura 2.5. Información geográfica del Hub en la Estación Terrena de CNT [35]

Figura 2.6. Azimuth, elevación y distancia al satélite desde el terminal VSAT [36]

73

Figura 2.7. Azimuth, elevación y distancia al satélite desde la estación terrena [36]

2.3.1.1 Ecuaciones de cálculo para el Outbound

ENLACE DE SUBIDA

Con la información de la Tabla 2.6 y aplicando la metodología expuesta en la sección

1.3.5.9 se realiza el diseño del enlace para el Outbound, obteniendo los siguientes valores

como resultado:

b\qcd = 20�.83~�u)� bQkcd = 1~�u)� bYY�� = 0.28~�u)� bjcd = 208.11~�u)� b_kmAcd = 3~�u)�~

ST4Kcd = 10 % logD-H8I > �0.� = ��.�3~�u)�� W&'cd = 8.�~ �u)$ � b\_cd = 0~�u)� $cd = ?228.�~�)� ��BC = ?Z.�~��~

J#- HibIcd = ��.�3 > 8.� ? 208.11 ? 3 ? 0 ? H?228.�I ? Z.� = �0.82~�u)��

74

ENLACE DE BAJADA

5]cd = ��.�3 ? 208.11 ? 3 ? 10 % logD-��E

3O10�1ZO10eF+

Z % r� ¡ = ?�[.11~ �u)�Q+ �

JT)ycd = ?�[.11 ? H?�2.} > 2I = ?�.�1~�u)� Jy)ycd = ?�.�1 ? 3.3 > Z.� = ?}.01~�u)� ST4Kcd = }3.3 > H?}.01I ? 2 = Z�.2�~�u)��~

b\qcd = 20}.23~�u)� bQkcd = 1~�u)� bYY�� = 0.28~�u)� bucd = 20�.}1~�u)� b_kmAcd = 3~�u)�~

&' = 3} > �} = 100~�$� &_kmA = 2�0 % E1 ? 110-.,F = 1ZZ.��~�$�

W&'cd = Z1.} ? 10 % logD-H100 > 1ZZ.��I = 1[.�1~ �u)$ � b\_cd = 0.1~�u)� $cd = ?228.�~�u)� ��BC = ?3.3~��~

J#- H]bIcd = Z�.2� > 1[.�1 ? 20�.}1 ? 3 ? 0.1 ? H?228.�I ? 3.3 = [�.}�~�u)�� () = 2.22~�!�� ()' = 2.Z8�~�!��~

J# H]bIcd = J#G H]bIcd ? 10 % logD- ()' = [�.}� ? �3.�� = 1}.�3~�u)� MNO = Z.}33~�!��q�

75

KL#- H]bIcd = J#- H]bIcd ? 10 % logD-HMNOI = [�.}� ? ��.}� = 13.03~�u)� KP#- H]bIcd = KL#- H]bIcd > 10 % logD-HZI > 10 % logD- E8�F = 13.03 > �.02 ? 0.}1 = 18.}Z~�u)� El valor de Es/N0 obtenido al analizar la señal recibida en la estación VSAT cumple el

mínimo de 14.4 [dB] requerido para una modulación 16APSK 8/9 con tramas cortas.

2.3.1.2 Ecuaciones de cálculo para Inbound

ENLACE DE SUBIDA

Con la información de la Tabla 2.6 y aplicando la metodología expuesta en la sección

1.3.5.9 se realiza el diseño del enlace para el Inbound, obteniendo los siguientes valores

como resultado:

b\qcd = 20�.83~�u)� bQkcd = 1~�u)� bYY�� = 0.28~�u)� bjcd = 208.11~�u)� b_kmAcd = 3~�u)�~

ST4Kcd = 10 % logD-H2I > Z3.1 = Z�.11~�u)�� W&'cd = 8.�~ �u)$ � b\_cd = 0~�u)�

$cd = ?228.�~�u)� ��BC = ?Z.�~��~

J#- HibIcd = Z�.11 > 8.� ? 208.11 ? 3 ? 0 ? H?228.�I ? Z.� = �[.3~�u)�� ENLACE DE BAJADA

5]cd = Z�.11 ? 208.11 ? 3 ? 10 % logD-��E

3O10�1ZO10eF+

Z % r� ¡ = ?120.�3~ �u)�Q+ �

76

JT)ycd = ?120.�3 ? H?�2.} > 2I = ?~30.13~�u)� Jy)ycd = ?30.13 ? 3.3 > Z.� = ?28.}3~�u)� ST4Kcd = }3.3 > H?28.}3I ? 2 = 22.[[~�u)��~

b\qcd = 20}.23~�u)� bQkcd = 1~�u)� bYY�� = 0.28~�u)� bucd = 20�.}1~�u)� b_kmAcd = 3~�u)�~

&' = 3} > �} = 100~�$� &_kmA = 2�0 % E1 ? 110-.,F = 1ZZ.��~�$�

W&'cd = }� ? 10 % logD-H100 > 1ZZ.��I = 3}.11~ �u)$ � b\_cd = 0.1~�u)� $cd = ?228.�~�u)� ��BC = ?3.3~��~

J#- H]bIcd = 22.[[ > 3}.11 ? 20�.}1 ? 3 ? 0.1 ? H?228.�I ? 3.3 = [3.}[~�u)�� () = 2.�12~�!�� ()' = 2.�2}~�!��~

J# H]bIcd = J#G H]bIcd ? 10 % logD- ()' = [3.}[ ? �Z.�� = 8.�1~�u)� MNO = [�8~�$��q�

KL#- H]bIcd = J#- H]bIcd ? 10 % logD-HMNOI = [3.}[ ? }8.8} = 1Z.[2~�u)� KP#- H]bIcd = KL#- H]bIcd > 10 % logD-H3I > 10 % logD- E�[F = 1Z.[2 > Z.[[ ? 0.�[ = 18.82~�u)�

77

El valor de Es/N0 obtenido al analizar la señal recibida en la estación terrena cumple el

mínimo de 13.4 [dB] requerido para una modulación 8PSK 6/7.

Es necesario determinar el nivel de potencia a la salida del amplificador HPA de la estación

terrena en el Outbound, con la finalidad de asegurar que la potencia necesaria no supera

la potencia disponible en el amplificador, para lo cual se consideran las pérdidas en guías

de onda entre la antena y el amplificador.

Se considera el trayecto desde el puerto de entrada de transmisión en el feeder de la

antena hasta la interfaz de guía de onda en la parte baja del pedestal, para lo cual se remite

a la información detallada por el fabricante en [37], dando como resultado un total de 210.28

[in] (5.34 [m]) de guía de onda rígida y 48 [in] (1.22 [m]) de guía de onda flexible.

A través de la información detallada en [38] se obtiene los siguientes valores de pérdidas

de inserción para guía de onda rígida y flexible; estos valores se pueden observar en el

Anexo VII, el cual incluye una sección del catálogo con el detalle de los valores de perdida

de inserción para las 2 guías de onda.

TbH�W ? 5h'Om�h'Icd = 0.12~ �u)\N � = 0.3�Z~ �u)Q � TbH�W ? 4í�mukIcd = }.2}~ � u)100\N� = 0.0}2}~ �u)\N � = 0.1[2~ �u)Q �

Donde:

- IL(WG – Flexible)dB = Pérdidas de inserción por guía de onda flexible [dB].

- IL(WG – Rígido)dB = Pérdidas de inserción por guía de onda rígida [dB].

A través de las distancias para cada tipo de guía de onda y las pérdidas en función de la

distancia se determinan las pérdidas correspondientes.

bDH5h'Om�h'Icd = 0.3�Z % 1.22 = 0.Z8~�u)� bDH4í�muGIcd = 0.1[2 % }.3Z = 0.�2~�u)�

Donde:

- L1(Flexible)dB = Pérdidas por guía de onda flexible en el trayecto 1 [dB].

- L1(Rígido)dB = Pérdidas por guía de onda rígida en el trayecto 1 [dB].

Adicional es necesario considerar el trayecto entre la interfaz de guía de onda en la parte

baja del pedestal y la salida del amplificador, para lo cual se remite a la información

proporcionada por parte de la empresa DIGITEC S.A., la misma que indica que se requiere

78

de un total de 4.8 [m] de guía de onda rígida y 0.3 [m] de guía de onda flexible. Se emplea

el mismo mecanismo para determinar las pérdidas debido a estas guías de onda, dando

un total de:

b+H5h'Om�h'Icd = 0.3�Z % 0.3 = ~0.12�u)� b+H4í�muGIcd = 0.1[2 % Z.8 = ~0.83~�u)�

Donde:

- L2(Flexible)dB = Pérdidas por guía de onda flexible en el trayecto 2 [dB].

- L2(Rígido)dB = Pérdidas por guía de onda rígida en el trayecto 2 [dB].

Para determinar el nivel de potencia necesaria a la salida del HPA se toma como base el

PIRE del enlace de subida en el Outbound, se resta la ganancia de la antena y se suman

las pérdidas, dando como resultado el valor detallado a continuación:

SnpYcd = ��.�3 ? �0.� > 0.Z8 > 0.�2 > 0.12 > 0.83 = 11.38~�u)�� = 13.[Z~�� El HPA usado en la estación Terrena de CNT en la ciudad de Quito, corresponde a un

amplificador TWT de 1250 [W] con linearizador, por lo que su potencia máxima en zona

lineal y en operación multi-portadora sería de 4 a 5 [dB] menor a su máxima potencia,

dando como resultado aproximadamente de 400 a 500 [W] disponibles. Considerando que

actualmente el HPA se encuentra operando con una potencia de salida de 10 [W], el

aumento de la potencia necesaria para esta solución no afectará en la operación del

sistema.

2.3.2 Solución 2 (Adaptación a segmentos de red disponibles)

Dado que el diseño actual de la CNT permite la inclusión de los 40 terminales sin modificar

sus parámetros de operación, no se requiere un nuevo cálculo del enlace, por esta razón

únicamente se detallan los parámetros actuales con los que se encuentra operando el

satélite y la estación terrena de la CNT, así también como los parámetros con los que

deberá operar un terminal VSAT.

Tabla 2.7. Parámetros actuales de funcionamiento – Solución 2

Satélite Nombre: Eutelsat 117 West A Tipo: Geoestacionario Longitud punto Sub-Satélite: 116.8° O IBO Nominal: -4.9 [dB] OBO Nominal: -3.3 [dB] Transpondedores usados: Ku25 y Ku27

79

Polarización UL: Vertical Frecuencias Base UL: 14.00 [GHz] Pico de G/T en UL: 8.6 [dB/K] Densidad de flujo en saturación en UL: -92.5 [dBW/m2] Polarización DL: Horizontal Frecuencia Base DL: 11.70 [GHz] PIRE pico en DL: 53.3 [dBW]

Estación VSAT – DIGITEC S.A. Eficiencia de la antena: 65% Dimensiones de la antena: 1.2 [m] Ganancia de la antena en UL: 43.1 [dBi] Ganancia de la antena en DL: 41.5 [dBi] Potencia del HPA: 2 – 4 [W] Temperatura de ruido de antena: 35 [K] Temperatura de ruido de LNA: 65 [K]

Estación Terrena CNT Latitud estación terrena: 0.2741° S Longitud estación terrena: 78.4739° O Altura sobre el nivel del mar: 2557 [m] Azimuth verdadero: 270.3° Elevación: 45.4° Distancia al satélite: 37423.7 [km] Eficiencia de la antena: 65% Dimensiones de la antena: 9 [m] Ganancia de la antena en UL: 60.6 [dBi] Ganancia de la antena en DL: 59 [dBi] Potencia de entrada a la antena: 8 [W] Temperatura de ruido de antena: 35 [K] Temperatura de ruido del LNA: 65 [K]

2.4 Diseño del sistema emergente

Una vez culminado el dimensionamiento y diseño del enlace, se procede al diseño de la

plataforma móvil con el detalle de los elementos que lo conformarán, tomando en

consideración que se refiere a un sistema de comunicaciones en situaciones de

emergencia y desastre, por lo que su transporte e instalación debe ser lo más sencillo

posible, permitiendo así su inmediato funcionamiento.

Se plantea el uso de una plataforma móvil que pueda ser instalada sobre una camioneta,

de tal forma que el personal técnico pueda viajar a territorio y poner en funcionamiento de

forma inmediata al sistema de comunicaciones emergente.

Con la finalidad de verificar la funcionalidad de la plataforma móvil se elabora un prototipo

que consta de los siguientes elementos:

80

2.4.1 Estructura de anclaje a la camioneta

La estructura de anclaje representa la pieza fundamental de la plataforma móvil, ya que la

misma sujetará la antena y los equipos de comunicaciones. La estructura de anclaje usada

en el prototipo tiene las siguientes características:

- Permite la sujeción y montaje de la antena y de los equipos de radio y red

necesarios para proveer los servicios antes descritos.

- Se diseña la estructura para su montaje sobre una camioneta doble cabina modelo

HILUX de la marca TOYOTA, la misma que permitirá el transporte de los equipos y

el personal técnico.

- Se encuentra sujeta mediante una placa y pernos laterales que permiten soportar

el peso de los equipos durante su movilización y evitar daños a la camioneta usada.

- El material con el que se encuentra elaborada la estructura es acero diamantado,

el mismo que gracias a sus características permite soportar el peso de la antena y

los equipos.

- Permite la protección de los equipos ante lluvia y el sol, para lo cual se dispone de

un espacio entre la estructura y la zona de carga de la camioneta, este espacio será

ocupado por una caja de equipos para exteriores.

- En el Anexo VIII se presenta un anexo fotográfico de la plataforma móvil, en el cual

se incluye un detalle sobre la estructura de anclaje.

- En el Anexo IX se presentan los planos de la estructura de anclaje con el detalle de

las dimensiones de la misma.

2.4.2 Trípode de montaje de la antena

El trípode permite la sujeción y apuntamiento de la antena, en función de la ubicación de

la plataforma móvil y el satélite a ser usado. El trípode usado en el prototipo tiene las

siguientes características:

- Cuenta con un brazo de longitud fija (brazo central) y dos brazos de longitud variable

(brazos laterales), esto permitirá la nivelación de la antena en cualquier terreno para

su correcto apuntamiento, a través del aumento o disminución en las distancias de

los brazos laterales.

- Se encuentra fijo a la estructura de anclaje mediante piezas de apoyo a los brazos

laterales y el brazo central.

- Permite montar la antena y apuntarla en función del satélite de operación. El trípode

deberá permitir el apuntamiento Este u Oeste de la antena según el satélite a ser

usado.

81

- Gracias a la sujeción a través de las piezas de apoyo no existe problemas en el

transporte del trípode montado sobre la estructura.

- La instalación de la antena se realiza fácil y rápidamente, ya que únicamente es

necesario colocar y ajustar el cánister sobre el trípode.

- Se encuentra conectado a tierra para evitar las descargas eléctricas hacia los

equipos.


se incluye un detalle sobre el trípode ya montado a la estructura de anclaje.

- En el Anexo X se presentan los planos del trípode con el detalle de las dimensiones

del mismo.

2.4.3 Antena, Feeder y estructura de sujeción

Estos elementos pertenecen a la etapa de radio frecuencia de una estación remota, y

permiten la transmisión y recepción de señales inalámbricas en la banda de frecuencias de

operación del sistema. La antena, feeder y estructura de sujeción del feeder usados en el

prototipo tienen las siguientes características:

- Son distribuidos por el fabricante, lo que permite asegurar su correcto

funcionamiento de acuerdo a lo expuesto en la hoja de datos.

- La distribución de los elementos al personal técnico se lo realiza en kits compuestos

por: Antena, Cánister (pieza que permite anclar la antena al trípode), feeder, brazos

de sujeción de feeder, LNB, BUC, filtro de recepción, pernos, arandelas, tornillos y

tuercas.

- La antena usada por la empresa DIGITEC S.A. corresponde a la Type 123 1.2 Meter

Class I and II Antenna System de Skyware.

- En [39] se detallan las instrucciones de montaje para la antena y sus elementos de

sujeción.


se incluye un detalle sobre estos elementos.

2.4.4 Caja de equipos

Corresponde a una caja de plástico que deberá almacenar a los equipos de radio y red

necesarios para la operación del sistema emergente. La caja de equipos usada en el

prototipo tiene las siguientes características:

- En su interior se deberán instalar los siguientes equipos: terminal VSAT, regleta

supresora de picos, patch panel, UPS (Uninterruptible Power Suply – Sistema de

Alimentación Ininterrumpida) y power inserter para el terminal VSAT.

82

- La caja deberá cumplir con el estándar de grado de protección IP67, es decir que

deberá asegurar la protección contra polvo y agua, permitiendo la operación del

sistema en exteriores.

- Con la finalidad de evitar daños a los equipos almacenados, es necesario que el

interior de la caja cuente con elementos que los mantengan fijos y protejan ante

posibles impactos.

- Deberá ser anclada a la estructura a través de rieles, placas y platinas que la

mantendrán fija durante su transporte y permitirán la manipulación de los equipos

en su interior durante la instalación.

- Deberá contar con 2 prensaestopas que permitirán la conexión de los cables hacia

el exterior de la caja; uno de ellos permitirá el paso de los cables de radio frecuencia

(cables RG 6) que se conectan al terminal VSAT (RF-IN y RF-OUT) y el otro

permitirá el paso del cable de alimentación que se conecta al UPS.

- Con la finalidad de asegurar el almacenamiento de los equipos se requiere que la

caja tenga como mínimo las siguientes dimensiones:

o Largo: 45 cm

o Ancho: 35 cm

o Profundidad: 30 cm


se incluye un detalle sobre una caja plástica de 47x37x27.5 cm, la misma que fue

montada en la estructura de anclaje para el almacenamiento de los equipos.

- En el Anexo XI se presentan los planos de la caja de equipos empleada con el

detalle de las dimensiones de la misma.

2.4.5 Conexiones Eléctricas

Con la finalidad de mantener la continua operación del sistema de comunicaciones

emergentes, es necesario disponer de más de una fuente de energía y de un sistema de

respaldo de activación inmediata. Las conexiones eléctricas usadas en el prototipo tienen

las siguientes características:

- Los equipos del sistema podrán conectarse a una fuente de energía comercial o un

generador eléctrico, esto permitirá asegurar su operación bajo condiciones poco

favorables.

- La selección de la fuente de alimentación eléctrica se realizará de forma manual a

través de un selector de 3 posición (Energía Comercial – Apagado – Generador).

- Se requiere un voltaje de 120 VAC por parte de la fuente de energía comercial y del

generador.

83

- El generador deberá asegurar la operación del sistema hasta que el

restablecimiento de la energía convencional, para lo cual es necesario contar con

una reserva de combustible.

- El sistema emergente hará uso de un UPS que provea la alimentación necesaria

durante un mínimo de 2 horas, considerando que el nivel de consumo del terminal

VSAT es bajo.

- Es necesario proteger a los equipos de comunicación, razón por la cual se cuenta

con un breaker, una regleta supresora de picos y una adecuada conexión a tierra.

- La conexión a tierra tiene 4 puntos de contacto, estos son: el feeder, el trípode de

montaje de la antena, la estructura de anclaje a la camioneta y el generador; estos

puntos deberán conectarse a una barra de tierra en la estación en la que operará

el sistema emergente o en caso de no disponer de dicha barra, será necesario la

instalación temporal de un sistema de tierra mediante una varilla copperweld

enterrada en el suelo.

- Las conexiones eléctricas se realizan a través de dispositivos para exteriores, bajo

la estructura de anclaje y al interior de la caja de equipos, con la finalidad de

protegerlas de la lluvia y evitar así los riesgos eléctricos.

- Para la alimentación de la VSAT y el BUC se emplea el power inserter, el mismo

que se encarga de proveer la corriente necesaria a los equipos (principalmente al

BUC) lo que permite evitar daños en otros equipos del sistema.


se incluye un detalle sobre los elementos eléctricos principales del sistema

emergente.

- En el Anexo XII se presenta el diagrama eléctrico para la alimentación del sistema

de comunicaciones emergentes. Es importante recalcar que la presente solución

no considera la energización de los recursos tecnológicos usados por el equipo de

respuesta.

2.4.6 Conexiones de Radio Frecuencia y de Red

Los equipos presentes en la plataforma móvil deberán proveer un enlace de comunicación

a los equipos de usuario que se conecten al sistema, por esta razón es necesario realizar

las conexiones de RF y red necesarias para su correcta operación. Las conexiones de RF

y red usadas en el prototipo tienen las siguientes características.

- El terminal VSAT posee dos puertos de conexión RF, uno de entrada para el enlace

de bajada (RF-IN) y otro de salida para el enlace de subida (RF-OUT).

- Los cables RF-IN y RF-OUT son cables coaxiales RG 6 de longitud fija.

84

- El cable RF-OUT se conecta al power inserter para proveer de la alimentación

necesaria al BUC.

- El cable RF-IN se conecta a un divisor con bloqueo de DC, lo que permite la

conexión de equipos de monitoreo para la señal recibida del hub.

- El terminal VSAT cuenta con 2 puertos de red que serán conectados a un patch

panel a través de un patch cord. Los equipos de red del cliente deberán conectarse

al patch panel en los puertos 1 y 2 para hacer uso del sistema emergente.


se incluye un detalle sobre las conexiones de radio frecuencia.

- En el Anexo II se presenta un diagrama en el que se puede identificar las

conexiones de los cables RF-IN y RF-OUT al terminal VSAT.

- En el Anexo XIII se incluye el diagrama general del enlace entre una estación

remota y la estación terrena, los equipos en el lado del cliente son representados a

través de una red LAN conformada por computadoras de escritorio; mientras que

en el lado del proveedor se presenta un diagrama de bloques básico de los

elementos que conforman la estación terrena.

85

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En el presente capítulo se presentan las pruebas de servicio del sistema emergente y de

configuración y funcionamiento de los equipos que lo conforman. Se incluye también una

comparación entre los resultados obtenidos durante la implementación temporal y la etapa

de diseño.

3.1 Pruebas del Enlace Satelital

Con la finalidad de realizar pruebas del enlace satelital establecido entre un terminal remoto

y la estación terrena, se instala temporalmente un terminal VSAT en las instalaciones de la

empresa DIGITEC S.A., y se realizan pruebas de servicios en los perfiles de tráfico 1, 2 y

3 descritos en la Tabla 2.4, las pruebas y verificaciones realizadas se detallan a

continuación:

- Inspección física del equipo.

- Consulta del estado del equipo vía software.

- Consulta de la información general del equipo vía software.

- Consulta de la información de telemetría vía software.

- Verificación de los parámetros IP de la computadora de prueba.

- Prueba de conectividad a través del comando Ping hacia la VSAT, el DPS y el

Router de Borde.

- Prueba de conectividad hacia el servidor DNS (Domain Name System – Sistema de

Nombres de Dominio) de Google.

- Pruebas de velocidad (Speedtest).

- Prueba de video a través del portal de internet YouTube.

- Carga de archivo hacia el servicio de almacenamiento de datos en la nube Google

Drive.

En la Figura 3.1 se presenta el diagrama de conexiones de los equipos que serán usados

para las pruebas del enlace. El equipo HST-3000 se conecta en uno de sus puertos RJ-45

a la computadora de pruebas (Puerto 2) y el otro hacia el terminal VSAT (Puerto 1),

permitiendo así capturar todo el tráfico entre la VSAT y la computadora. En las mediciones

realizadas con el HST-3000 se deberá diferenciar las mediciones de Upload capturadas en

el Puerto 2 y las de Download en el Puerto 1.

Las condiciones de ejecución de las pruebas son las siguientes:

- La computadora de pruebas se encuentra ejecutando el sistema operativo Windows

10.

86

- El terminal VSAT es configurada con un ID diferente para cada perfil de tráfico.

- Las pruebas se realizan un lunes de 12:00 a 14:00, considerando que dicho periodo

de tiempo corresponde a la hora pico del sistema satelital VSAT, lo que permite que

las mediciones reflejen los valores del CIR para cada perfil de tráfico.

Figura 3.1. Diagrama de conexiones del equipo HST-3000.

A continuación, se presentan capturas de pantalla y fotografías de las pruebas realizadas,

así como un cuadro resumen de los resultados obtenidos.

3.1.1 Pruebas Generales

Primero se verificarán los parámetros generales que no dependen del perfil de tráfico con

el que se encuentra configurado el terminal.

3.1.1.1 Inspección Física del Equipo

Se verifica la instalación y apuntamiento de la antena, así como el estado de los cables

desde el Feeder hacia el terminal VSAT y de los cables de red a ser usados.

Figura 3.2. Cables de conexión en el Feeder.

87

Figura 3.3. Cables de conexión en el terminal VSAT.

El terminal VSAT cuenta con 5 leds (PWR, Rx, SYNC, ON-LINE y Tx) ubicados en la parte

frontal del equipo, el estado de dichos leds permite conocer el modo de operación del

terminal.

Cuando el terminal se encuentra operando normalmente los leds de PWR, Rx, SYNC y

ON-LINE deberán estar encendidos de forma permanente, mientras que el led de Tx titilará

al momento de transmitir un paquete.

Figura 3.4. Leds de estado del terminal VSAT.

3.1.1.2 Consulta del estado del equipo vía software

Los equipos SE II incluyen la funcionalidad de administración a través de un aplicativo web

(conocido como SkyManage) al cual se accede mediante un navegador web con la

dirección IP del terminal. Este aplicativo cuenta con 3 secciones compuestas por varias

pestañas a través de las cuales se podrá acceder a la verificación y configuración del

terminal.

En la sección y pestaña de estado (Status) se puede verificar la siguiente información:

88

- Estado actual del equipo y del enlace satelital.

- Presencia de la portadora de Outbound.

- Sincronización, autenticación y autorización del terminal en la red.

- Activación de las funcionalidades de aceleración TCP y HTTP.

- Velocidad y modo dúplex de los puertos 1 y 2.

- Estado de poder del equipo (Normal, Bajo Nivel o Ahorro de energía).

- Tiempo de operación desde el inicio o reseteo del terminal.

Los resultados obtenidos en la pestaña de estado se muestran en la Figura 3.5, en donde

se puede ver que la aceleración HTTP no se encuentra habilitada en la red actual y que el

puerto LAN 2 no tiene ningún equipo conectado.

Figura 3.5. SkyManage - Sección y pestaña de estado

3.1.1.3 Consulta de la información general del equipo vía software

En la sección de estado y pestaña de información (Info) se pueden verificar los siguientes

parámetros:

- ID, número de parte y el número de serie del terminal.

- ID de la tarjeta madre.

- Versión de software de arranque y de operación.

- Dirección MAC.

- Configuración IP (Dirección IP y mascara de red).

- Configuración IP de administración.

En la Figura 3.6 se presenta la información obtenida en la presente prueba.

89

Figura 3.6. SkyManage – Sección de estado y pestaña de información

3.1.1.4 Consulta de la información de telemetría vía software

En la sección de estado y pestaña de telemetría (Telemetry) se pueden verificar los

siguientes parámetros del terminal VSAT:

- Porcentaje de uso del procesador interno al equipo.

- Nivel de Es/N0 en recepción.

- Frecuencia en la que se recibe el Outbound.

- Estándar usado en Outbound e Inbound.

- Paquetes de red enviado y recibidos.

En la Figura 3.7 se presenta la información obtenida en la presente prueba.

Figura 3.7. SkyManage – Sección de estado y pestaña de telemetría

90

3.1.1.5 Parámetros IP de la computadora de pruebas

El terminal VSAT SE II Extend, cuenta con un servidor DHCP (Dynamic Host Configuration

Protocol – Protocolo de Configuración Dinámica de Host) que permite la asignación

automática de los parámetros IP a los clientes que se encuentren en red con el terminal,

considerando el escenario de pruebas el terminal asignará los parámetros de red a la

computadora que se encuentra conectada. Se comprobará dicha asignación a través del

comando “ipconfig” ejecutado desde el intérprete de comando CMD (Command Prompt –

Símbolo del Sistema) del sistema operativo Windows 10, como se puede ver en la siguiente

Figura.

Figura 3.8. Comando “ipconfig” ejecutado en CMD – Windows 10

3.1.1.6 Prueba de conectividad a través del comando Ping hacia la

VSAT, el DPS y el Router de Borde.

Para asegurar la conexión a internet, es necesario primero verificar la comunicación entre

la computadora y el terminal VSAT (con dirección IP local 181.113.5.169), el DPS en el hub

(con dirección IP 10.X.X.X26) y el router de borde en la estación terrena (con dirección IP

10.X.X.X), para lo cual se emplea el comando “ping”.

Figura 3.9. Prueba de ping al terminal VSAT

26 Por razones de seguridad no se especifica la dirección IP de ciertos elementos de la red VSAT

91

Figura 3.10. Prueba de ping al DPS en el Hub.

Figura 3.11. Prueba de ping al router de borde en la Estación Terrena

3.1.1.7 Prueba de conectividad hacia el servidor DNS de Google.

Una vez asegurada la comunicación con el router de borde, la computadora de pruebas ya

puede acceder a internet, para comprobarlo se hace uso del comando “ping” continuo hacia

el servidor DNS de Google (con dirección IP 8.8.8.8), con la finalidad de verificar que se

mantenga la conexión y visualizar los tiempos de respuesta. Igualmente se emplea el

comando “tracert” (Trace Route) para verificar todos los saltos desde la computadora al

servidor DNS.

Figura 3.12. Comando ping continuo hacia el servidor DNS de Google

92

Figura 3.13. Comando tracert hacia el servidor DNS de Google

3.1.2 Pruebas en el perfil 1 de tráfico (DL-MIR: 2048 kbps, UL-MIR: 1024

kbps)

Se configura al terminal con una VSAT ID en el perfil de tráfico 1 y se procede a realizar

las pruebas respectivas.

3.1.2.1 Pruebas de velocidad (Speedtest)

Con la finalidad de determinar la velocidad de carga, descarga y latencia del enlace, se

emplean las herramientas de medición en las siguientes páginas web:

http://www.speedtest.net/ y http://speedtest.cnt-grms.com.ec/. Los resultados obtenidos

son los siguiente.

Figura 3.14. Primera medición de velocidad de carga, descarga y latencia para una VSAT en el perfil de tráfico 1

93

Figura 3.15. Segunda medición de velocidad de carga, descarga y latencia para una VSAT en el perfil de tráfico 1

3.1.2.2 Prueba de video a través del portal de internet YouTube

Con la finalidad de medir la velocidad de descarga del enlace, se reproduce un video a

través del portal de internet YouTube y se toman las mediciones a través del equipo HST-

3000.

Figura 3.16. Pantalla con resultados de la prueba de descarga en el perfil de tráfico 1

94

3.1.2.3 Carga de archivo hacia el servicio de almacenamiento de datos

en la nube Google Drive.

Con la finalidad de medir la velocidad de carga del enlace, se sube un archivo con un

tamaño de 209 MB hacia una carpeta en el sistema de almacenamiento en la nube de

Google Drive y se toman las mediciones a través del equipo HST-3000.

Figura 3.17. Carga de archivo al servicio de almacenamiento en la nube Google Drive para el perfil de tráfico 1

Figura 3.18. Pantalla con resultados de la prueba de carga en el perfil de tráfico 1


kbps)







son los siguiente.

95






3000.

96








Figura 3.23. Pantalla con resultados de la prueba de carga en el perfil de tráfico 2

97


kbps)







son los siguientes.



98




3000.








99


Es importante recalcar el funcionamiento tipo Maestro-Esclavo de los sistemas satelitales

SE II, razón por la cual el único parámetro que se debe configurar en sitio corresponde al

identificador de la VSAT y a las coordenadas del sitio de instalación, esto debido a que los

equipos son preconfigurados antes de ser puestos en servicio y al control que mantiene la

estación terrena sobre los terminales.

Tabla 3.1. Resultados de las pruebas de los perfiles de tráfico 1, 2 y 3

Perfil

Prueba 1 2 3

Speedtest Prueba 1

Download

[Mbps] 0.89 0.86 0.79

Upload [Mbps] 0.14 0.14 0.07

Latencia [ms] 909 1480 1080

Speedtest Prueba 2

Download

[Mbps] 0.8 0.8 0.4

Upload [Mbps] 0.1 0.1 0.1

Latencia [ms] N/D N/D N/D

Video a través de

YouTube

Download

[Mbps] 1.02 0.79 0.71

Carga de archivo a

Google Drive Upload [Mbps] 0.26 0.42 0.29

100

En la Tabla 3.1 se detallan los resultados obtenidos en cada una de las pruebas para los

perfiles de tráfico 1, 2 y 3, con la finalidad de comparar y evaluar los resultados obtenidos

verificando la funcionalidad de los perfiles de tráfico para la provisión de los servicios

emergentes.

3.2 Comparación de Resultados

Con la finalidad de verificar que los resultados obtenidos en las pruebas permiten la

implementación del sistema emergente, se realiza la comparación entre los resultados

teóricos esperados y los resultados detallados en la Tabla 3.1, para lo cual se realiza un

promedio de los valores obtenidos para el enlace de subida y enlace de bajada de cada

parámetro evaluado.

Con la finalidad de comparar los resultados prácticos y resultados teóricos para cada

prueba se procede a calcular el error absoluto y relativo de acuerdo con la metodología

expuesta en [40], dichos errores se encuentran detallados en la Tabla 3.3.

De acuerdo a la información expuesta en las Tablas 2.2, 2.3, 2.5, 3.2 y 3.3 se pueden

acotar las siguientes comparaciones:

- Perfil 1

o La velocidad de Download obtenida es mayor al CIR del perfil y permite la

ejecución de los servicios emergentes durante la hora pico.

o La velocidad de Upload obtenida es mayor al CIR del perfil; sin embargo, es

menor al CIR requerido para la ejecución de los servicios emergentes


o La latencia es considerablemente mayor al valor teórico para los sistemas

satelitales Geoestacionarios.

- Perfil 2








- Perfil 3



101






Tabla 3.2. Resultados Prácticos y Resultados Teóricos

Perfil

Prueba 1 2 3

Resultados

Prácticos

Download

[Mbps] 0.903 0.817 0.633

Upload

[Mbps] 0.17 0.22 0.153

Latencia

[ms] 909 1480 1080

Resultados

Teóricos

Download

[Mbps] 0.512 0.512 0.256

Upload

[Mbps] 0.128 0.128 0.064

Latencia

[ms] 50027 500 500

Tabla 3.3. Comparación Resultados Prácticos y Resultados Teóricos

Perfil Prueba Error Absoluto Error Relativo [%]

1

Download 0.391 76.37%

Upload 0.042 32.81%

Latencia 409 81.80%

2

Download 0.305 59.57%

Upload 0.092 71.88%

Latencia 980 196.00%

3

Download 0.377 147.27%

Upload 0.089 139.06%

Latencia 580 116.00%

27 Valor teórico calculado con la distancia al satélite y la velocidad de la luz, según se detalla en [13]

102

4. CONCLUSIONES

· Los sistemas de comunicaciones son indispensables para el cumplimiento de las

tareas del personal de respuesta en territorio, ya que permiten incrementar la

eficiencia en el uso de los recursos disponibles, gracias a la correcta coordinación

inter e intrainstitucional.

· Tomando en consideración la vulnerabilidad del Ecuador ante emergencias o

desastres, es necesario que los organismos de gestión de riesgos y salud

dispongan de planes de contingencia que permitan la recuperación de las

comunicaciones tras un evento adverso, para esto se requiere la participación de

operadores de servicios de telecomunicaciones a nivel nacional e internacional.

· Los sistemas de comunicaciones emergentes actualmente disponibles en el país

poseen limitaciones de capacidad para cumplir con los servicios que requiere el

personal de respuesta en territorio (como es el caso de los sistemas de radio digital

convencional y troncalizado) o de restauración del servicio tras un fallo (como son

la RTPC, los sistemas de telefonía móvil o las redes de internet alámbrico e

inalámbrico). Para superar estas limitaciones se requiere de una infraestructura de

comunicaciones de fácil y rápida implementación tras un evento adverso y con

suficiente capacidad para proveer los servicios requeridos.

· La implementación de sistemas satelitales VSAT para la respuesta ante eventos

adversos permite varias ventajas entre las que se encuentran: cobertura global,

capacidad suficiente para la ejecución de los servicios necesarios, fácil y rápida

instalación, administración centralizada de terminales y recursos, redundancia en

los equipos centrales ubicados en el hub, posibilidad de modificar las prioridades

de asignación de recursos de acuerdo a las necesidades de los clientes, entre

muchas otras.

· En la actualidad los sistemas satelitales VSAT emplean codificaciones de canal

robustas y modulaciones de alto orden, lo que permite mejorar la eficiencia

espectral y disminuir los niveles de potencia necesarios a la salida, al mismo tiempo

que proveen un enlace más robusto contra la interferencia y el desvanecimiento de

las señales.

· El uso de un sistema de comunicaciones emergente sobre una plataforma móvil

permite adaptarse a las necesidades de comunicación reales en territorio, gracias

a la posibilidad de movilizar los recursos según el nivel de afectación y las

necesidades de las autoridades en gestión de riesgos.

103

· Gracias a la baja cantidad de recursos y equipos que se requieren movilizar para la

instalación y arranque del sistema emergente basado en tecnología VSAT, es

posible emplear únicamente una camioneta con la plataforma móvil, la misma que

se trasladará al sitio designado para su instalación.

· Una vez instalado el sistema emergente, este podrá operar continuamente durante

el tiempo que sea necesario, siempre y cuando se asegure la alimentación eléctrica,

ya sea a través de energía comercial o de un generador eléctrico.

· Las condiciones climáticas normales como la lluvia no representan un impedimento

para el funcionamiento del sistema emergente, ya que la plataforma móvil cuenta

con dispositivos y elementos de almacenamiento para exteriores.

· El sistema de comunicaciones emergente puede operar bajo condiciones poco

favorables, ya que cuenta con dispositivos y mecanismos de protección de los

equipos, entre dichas protecciones se encuentran: conexión a tierra para evitar

descargas, protección IP67 contra agua y polvo, protección contra impactos,

supresor de picos de voltaje, seguridad de los equipos almacenados y anclaje

robusto.

· Gracias a la preconfiguración de los terminales VSAT, la instalación del sistema

emergente únicamente requiere del montaje y apuntamiento de la antena en el

trípode, conexión de los cables de radio frecuencia y red necesarios, conexión a

toma de tierra existente o instalación de varilla de tierra y configuración de

parámetros básicos en el terminal VSAT.

· La ejecución de la primera solución (nuevo segmento de red) requiere de pocos

recursos de hardware y un bajo ancho de banda, por lo que no resulta en excesivos

costos y puede ser fácilmente implementada en el país. Sin embargo; la segunda

solución (incremento de terminales VSAT en segmentos de red ya existentes)

puede ser implementada de forma inmediata, sin necesidad de realizar

modificaciones en el hub. La selección de la solución a implementarse dependerá

de las autoridades en gestión de riesgos, el nivel de afectación del posible evento

adverso y los acuerdos establecidos con la empresa encarga de proveer el enlace

satelital.

· De acuerdo a la comparación de resultados de las pruebas realizadas, los perfiles

de tráfico 1, 2 y 3 del sistema satelital VSAT actualmente disponible en el país,

cumplen con el CIR establecido durante la hora pico; sin embargo, debido a la baja

capacidad de Upload, estos valores no permiten la ejecución de las aplicaciones

detalladas en la sección 2.2.3.1, por lo que la solución 2 es considerada como una

alternativa para la implementación inmediata del sistema emergente.

104

· Gracias al dimensionamiento del HPA presente en la estación terrena de la

empresa CNT, no existen problemas en considerar el incremento de los 40

terminales VSAT del sistema emergente.

· Gracias a la capacidad de expansión modular de los sistemas satelitales VSAT, es

posible planificar el crecimiento de la red en función de los requerimientos de los

clientes, permitiendo así incrementar la capacidad y número de terminales en el

sistema de comunicaciones emergente.

· El presente estudio plantea únicamente el aprovisionamiento de sistemas de

comunicación a las autoridades y organismos de respuesta en territorio tras una

emergencia o desastre; sin embargo, gracias a la versatilidad de los sistemas

VSAT, es posible considerar la dotación de sistemas de comunicación al público en

general, siempre que esto no afecte a los procesos de rescate y recuperación tras

el evento.

105

5. RECOMENDACIONES

· Es necesario contar con la participación de organismos públicos y privados en el

país que permitan la integración del sistema de comunicaciones emergente, a

través de la dotación de los recursos necesarios posterior a una emergencia o

desastre. La definición de convenios, acuerdos y compromisos a nivel nacional

podría permitir la recuperación casi inmediata de los servicios de comunicación

perdidos en el área afectada.

· Para la inclusión del sistema emergente planteado en este proyecto, se recomienda

establecer acuerdos y convenios con la empresa CNT, para la dotación de los

recursos requeridos, contratación del segmento satelital necesario y la

disponibilidad del personal técnico encargado de la instalación y mantenimiento de

las estaciones remotas.

· Es importante que se realice la identificación y etiquetado de los equipos y cableado

que compone el sistema emergente, esto con la finalidad de facilitar la identificación

de posibles fallos en el sistema; la identificación y etiquetado se realizará con la

normativa definida por el cliente del sistema de comunicaciones emergentes.

· Es necesario ubicar a la plataforma móvil en un sitio seguro para su operación, esto

con la finalidad de salvaguardar los recursos tecnológicos y de Talento Humano

ante cualquier nueva ocurrencia de un evento adverso en la zona afectada.

106

6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Organización Panamericana de la Salud, Manual de evaluación de daños y

necesidades en salud para situaciones de desastre, vol. VI, 2004.

[2] H. Zarate y J. E. Ortiz, «Servicios en Comunicaciones de Emergencia,» Ingenio

Magno, vol. 4, pp. 39-45, 2013.

[3] H. Folts, «Standards Initiatives for Emergency Telecommunications Service (ETS),»

IEEE Communications Magazine, pp. 102-107, 2002.

[4] Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo (SENPLADES), «Evaluación de los

Costos de Reconstrucción, Sismo en Ecuador - Abril 2016,» SENPLADES, Quito,

2016.

[5] M. L. Hall, Los Terremotos del Ecuador del 5 de Marzo de 1987, Deslizamientos y sus

Efectos Socioeconómicos, Quito: Corporación Editora Nacional, 2000.

[6] PNUMA - FLACSO ECUADOR - MINISTERIO DEL AMBIENTE BID - ECORAE -

PMRC - ESPOL, «Geo Ecuador 2008, Informe sobre el estado del medio ambiente,»

FLACSO ECUADOR, Quito, 2008.

[7] Secretaría de Gestión de Riesgos, «Secretaría de Gestión de Riesgos - Objetivos,»

[En línea]. Available: https://www.gestionderiesgos.gob.ec/objetivos/. [Último acceso:

4 Julio 2018].

[8] Secretaría de Gestión de Riesgos, «Manual del Comité de Operaciones de

Emergencia,» Guayaquil, 2017.

[9] Asamblea Nacional, «Ley Orgánica de Telecomunicaciones,» de Artículo 5.-

Definición de telecomunicaciones, Quito, 2015, p. 5.

[10] F. G. Sremler, Sistemas de Comunicación, México DF: Alfaomega, 1989.

[11] L. Couch W, Sistemas de comunicación digitales y analógicos, Séptima ed.,

Monterrey: Pearson Educación, 2008.

[12] "Modulación Digital", notas de clase de IEE7H4, Facultad de Ingeniería Electrónica y

Telecomunicaciones, Escuela Politécnica Nacional, 2014-B.

107

[13] W. Tomasi, Sistemas de Comunicaciones Electrónicas, Cuarta ed., México: Pearson

Educación, 2003.

[14] Unión Internacional de Telecomunicaciones, «Rec. UIT-R V.431-8 - Nomenclatura de

las bandas de frecuencias y de las longitudes de onda empleadas en

telecomunicaciones,» UIT, Ginebra, 2015.

[15] D. Roddy, Satellite Communications, Chicago: McGraw-Hill, 2001.

[16] Tait Communications, «Basic Radio Awareness,» Tait Limited, Christchurch, 2015.

[17] A. Tanenbaum y D. Wetherall, Redes de Computadoras, Quinta ed., México: Pearson

Educación, 2012.

[18] Instituto Nacional de Estadística y Censos, «Tecnologías de la Información y

Comunicaciones (TIC´S) 2016,» INEC, Quito, 2016.

[19] K. Stephan, «We’ve Got to Talk: Emergency Communications and Engineering

Ethics,» de IEEE TECHNOLOGY AND SOCIETY MAGAZINE, IEEE, 2007, pp. 42-48.

[20] "Evolución de Sistemas Celulares", notas de clase IEE8K4, Facultad de Ingeniería

Electrónica y Telecomunicaciones, Escuela Politécnica Nacional, 2015-B.

[21] A. Nitish, G. Rachit y S. Pallavi, «Comparative Study of 1g, 2g, 3g and 4g

Technologies,» International Journal of Research, vol. 1, nº 10, pp. 1219-1223, 2014.

[22] eMobility, «Beyond 3G / 4G Radio Access Technologies (RATs) and Standards

Roadmaps,» eMobility, 2007.

[23] Coordinación General de Planificación y Gestión Estratégica, «Plán Estratégico 2014-

2017,» Servicio Integrado de Seguridad ECU 911, Quito, 2014.

[24] C. Rosado, Comunicación por satélite - Principios, tecnologías y sistemas, AHCIET,

2000.

[25] C. J. Rodrigues Capela, Protocol of Communications for VORSAT Satellite, Oporto:

Universidade do Porto, 2012.

[26] EUTELSAT, Link Budget Sheet, México DF.

[27] INTELSAT, VSAT Handbook, Washington, D.C.: INTELSAT, 1998.

108

[28] Gilat Network System, Annex 7.2 - SkyEdge II Technical Description, 2011.

[29] Gilat Satellite Network Ltd., SkyEdgeII Advance Course and Sizing, 2011.

[30] JDS Uniphase Corporation, HST-3000 Ethernet Testing - User's Guide, Maryland,

2012.

[31] G. Maral, «VSAT Networks,» John Wiley & Sons, Ltd, Inglaterra, 2004.

[32] B. Verdezoto, Diseño de una red LAN para el transporte de voz, datos y video para el

Municipio del Cantón Valencia Provincia de Los Ríos, Quito: Escuela Politécnica

Nacional, 2015.

[33] F. X. Erráez y F. P. Pupiales, Diseño de una red WAN de datos, telefonía IP y página

de servicios intranet para la distribuidora farmacéutica Cuenca Yepez, Quito: Escuela

Politécnica Nacional, 2008.

[34] Axis Communications, «Learning: Axis Communications,» 26 Septiembre 2017. [En

línea]. Available: https://www.axis.com/global/es/learning/web-articles/technical-

guide-to-network-video/bandwidth-considerations. [Último acceso: 30 Septiembre

2017].

[35] MAPS & DIRECTIONS, «Mapsdirections.info,» [En línea]. Available:

https://www.mapsdirections.info/coordenadas-de-googlemaps.html. [Último acceso:

15 Enero 2018].

[36] Satbeams.com, «Satbeams Web and Mobile,» [En línea]. Available:

http://www.satbeams.com/. [Último acceso: 7 Enero 2018].

[37] General Dynamics SATCOM Technologies, «Drawing Index Job #1118371, Model 9M

KX».

[38] COBHAM, Waveguide Component Specifications and Design Handbook, 7ma ed.

[39] Skyware Global, «Assembly Instructions - Type 123 1.2 Meter Class I and II Antenna

System,» Smithfield, 2011.

[40] A. L. J. Alarcón, «Instrumentos y mediciones,» pp. 1-9, 2008.

[41] N. Abramson, Teoría de la Información y Codificación, Quinta ed., Madrid: Paraninfo,

1981.

109

[42] M. Ganga, P. Siddaiah, L. Pratap y K. Lekha, «Analysis of Fast Fading in Wireless

Communication Channels,» International Journal of Systems and Technologies, vol.

III, nº 1, pp. 139-145, 2010.

[43] Agencia de Regulación y Control de las Telecomunicaciones, «Boletín Estadístico - I

Trimestre de 2017,» ARCOTEL, Quito, 2017.

[44] M. J. Downey y B. G. Edgington, Engineer's Handbook for Earth Station Design and

Implementation, Satellite Transmission Systems, INC., 1993.

[45] C. Langton, «Link Budgets,» COMPLEXTOREAL, 2002.

[46] Unión Internacional de Telecomunicaciones, «Rec. UIT-T G.174 - Características

generales de las conexiones y circuitos telefónicos internacionales,» UIT, Ginebra,

1994.

110

7. ANEXOS

ANEXO I. Hoja de Datos equipo SkyeEdge Extend II

ANEXO II. Diagrama de los Componentes de un Terminal VSAT

ANEXO III. Capturas de la Herramienta de Dimensionamiento de GILAT

ANEXO IV. Sizing para Solución 1 (Nuevo segmento de red)

ANEXO V. Hoja de Datos del satélite Eutelsat 117 WestA

ANEXO VI. Plan de Frecuencia del satélite Eutelsat 117 WestA

ANEXO VII. Sección de Catálogo de guías de onda

ANEXO VIII. Anexo Fotográfico

ANEXO IX. Plano de la estructura de anclaje a la camioneta

ANEXO X. Plano del trípode de montaje antena 1.2 M

ANEXO XI. Plano de la caja de equipos

ANEXO XII. Diagrama de Conexiones Eléctricas

ANEXO XIII. Diagrama General del Enlace Terminal VSAT - Estación Terrena

111

ANEXO I

113

ANEXO II

114

ANEXO III

- Explicación de uso de la herramienta

- Datos Generales de tráfico: Se establecen las características de los perfiles de tráfico

disponibles en determinado segmento de red del sistema satelital, los parámetros

definidos en esta sección son el número de terminales VSAT, el MIR y tasa de

contención en Inbound y Outbound, y el porcentaje de tráfico TCP que circulara por la

red.

- Datos de tráfico VoIP: En caso de que el sistema satelital contemple la

implementación de un servicio de VoIP, es necesario definir el número de terminales

VSAT que prestan dicho servicio y las características de tráfico del sistema (Erlang por

línea, probabilidad de bloqueo y codificación usada).

115

- Tipos de portadora para Inbound: Los sistemas VSAT SE II emplean técnicas de ICM

en el Inbound, para lo cual es necesario definir la tasa de símbolos, modulación,

codificación, porcentaje de uso y canales dinámicos para cada tipo de portadora.

- MODCOD en Outbound: Para el funcionamiento adaptativo (ACM) del Outbound es

necesario configurar la tasa de símbolos y la modulación y codificación más eficiente,

típica y base; sin embargo, en esta sección es posible también configurar una sola

modulación y codificación constante (CCM).

116

- Requerimientos de Hardware y Capacidad Satelital: Uno de los resultados más

importantes del dimensionamiento del enlace satelital corresponden a la capacidad del

segmento espacial (ancho de banda) y a los requerimientos de hardware en el hub.

117

ANEXO IV

119

ANEXO V

121

ANEXO VI

122

ANEXO VII

125

ANEXO VIII

ESTRUCTURA DE ANCLAJE A LA CAMIONETA

Estructura de anclaje no montada - Vista General

Estructura de anclaje montada – Vista Frontal

Estructura de anclaje montada – Vista Lateral

126

Estructura de anclaje montada – Vista Superior

Pernos y placa de sujeción de la estructura de anclaje

TRIPODE DE MONTAJE DE LA ANTENA

Trípode sobre estructura

127

Pieza de apoyo del Brazo Central

Pieza de apoyo del Brazo Lateral

ANTENA, FEEDER Y ESTRUCTURA DE SUJECIÓN

Canister para la sujeción de la antena

128

Feeder, BUC, LNB y filtro de recepción

Antena y brazos de sujeción del feeder

CAJA DE EQUIPOS

Caja de equipos abierta

129

Detalle de equipos almacenados

Caja de equipos cerrada

Rieles y placas de sujeción de la caja de equipos

130

Platinas de fijación de la caja de equipos

CONEXIONES ELÉCTRICAS

Conexiones del selector manual de 3 posiciones

Selector manual de 3 posiciones

131

Breaker de protección, toma outdoor y conexión a tierra

Conexión del generador eléctrico

Regleta supresora de picos

132

CONEXIONES DE RADIO FRECUENCIA

Cables RF-IN y RF-OUT conectados al Feeder

Cables RF-IN y RF-OUT conectados a la VSAT

Divisor conectado a RF-OUT

133

ANEXO IX

136

ANEXO X

140

ANEXO XI

142

ANEXO XII

144

ANEXO XIII

145

ORDEN DE EMPASTADO

escuela politÉcnica nacional · figura 3.16. pantalla con resultados de la prueba de descarga en...

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