redvsat
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REDES V S A T
(Very Small Aperture Terminals)
Redes de terminal de apertura pequeña
Ronmel F. Facundo Meza e-mail: [email protected]
Índice de Contenidos:
1. Introducción ............................................................................. 3
2. Perspectiva histórica................................................................. 3
3. Conceptos básicos sobre satélites............................................. 4
4. Redes VSAT.............................................................................. 5
4.1. Clasificación de VSAT ............................................................ 6
4.2. USAT ....................................................................................... 6
4.3. VSAT con topología de estrella................................................. 7
4.4. Infraestructura y funcionamiento................... ............................ 7
4.5 Tipos de Servicios......................................................................
10
4.6 Protocolos..................................................................................
11
5. DVB & DVB-RCS..................................................................... 12
5.1 Transporte MPEG2....................................................................... 13
5.2. DVB-RCS.................................................................................... 15
6. Bibliografía y sitios web .......................................................... 17
1. INTRODUCCION
Las redes satélite VSAT (apertura de terminal pequeña) se apoyan en el uso de satélites
como elemento transmisor/receptor a fin de proporcionar una gran variedad de servicios
de comunicación. Este tipo de sistemas ha evolucionado, gracias a la tecnología DVB
por satélite, a otros tipos de sistemas de mayor integración de servicios a un coste
inferior del que tenia las redes originales VSAT, pero sin perder de vista todas las
posibilidades que se ofrecían en ellas.
Este trabajo se centrara en una descripción funcional de las redes VSAT, indicando sus
elementos básicos de funcionamiento, métodos de transmisión a través de flujos
MPEG2, la tecnología DVB, y otros puntos de interés.
2. PERSPECTIVA HISTORICA
El afán por ampliar las comunicaciones y abarcar todos los rincones de la tierra,
ha conducido a los científicos a buscar medios cada vez más complejos para lograrlo.
Realmente la transmisión espacial fue concebida con más de diez años de anticipación
al lanzamiento de los primeros satélites artificiales. En 1945 el científico inglés Arthur
C. Clarke propuso el uso de un satélite terrestre para radiocomunicación entre varios
puntos de la superficie terrestre. Clarke sugirió en una publicación el diseño de una nave
espacial tripulada que podría lanzarse como un cohete. La nave se posicionaría a una
altitud aproximada de 36,000 kilómetros, giraría junto con la tierra y habría receptores
y equipo de transmisión terrestres que llevarían las señales a una determinada parte de la
tierra. Este mecanismo es básicamente el mismo con el que funcionan los sistemas de
satélites geosíncronos.
Entre la década de los 50 y 60, con el fin de abarcar la comunicación entre
zonas, se utilizaron globos meteorológicos metalizados para establecer un sistema de
comunicación a través del rebote de las señales que se producían en dichos globos, pero
no se tuvieron los resultados esperados; las señales recibidas eran demasiado débiles
para aprovechar un uso práctico. El avance en este campo de comunicaciones tuvo que
esperar hasta el lanzamiento del primer satélite artificial.
El lanzamiento de los satélites artificiales inició el 4 de octubre de 1957, cuando
la antigua Unión Soviética envió al espacio el Sputnik I, con el objeto de realizar
experimentos. Se inició entonces una lucha por la conquista del espacio entre la antigua
Unión Soviética y EEUU pues inmediatamente el Congreso Norteamericano aprobó la
cesión de fondos para proyectos de desarrollo de satélites, y al año siguiente ese país
lanzó el Explorer I.
La generación de satélites comerciales para comunicaciones empezó en 1965
con el lanzamiento del satélite Intelsat I, el cual podía manejar 250 llamadas telefónicas
internacionales. Este sería el primero de una serie de doce propiedad de Intelsat.
3. CONCEPTOS BASICOS SOBRE SATELITE.
Un satélite artificial, es un repetidor de ondas localizado en órbita alrededor de
la tierra. A diferencia de un satélite real, el satélite artificial puede ampliar las señales
antes de devolverla. El satélite contiene varios transpondedores, cada uno de los cuales
capta alguna porción del espectro, amplifica la señal de entrada y después la envía a otra
frecuencia para evitar la interferencia con la señal de entrada. Los haces retransmitidos
pueden ser amplios con lo que puede cubrirse una amplia porción de la superficie
terrestre, o bien pueden ser estrechos y como consecuencia cubrirse un área de solo
cientos de Km de diámetro.
Los satélites se clasifican principalmente por el tipo de órbita que describen, en concreto
por el radio de su órbita, de este modo tenemos los satélites geosincrónico y los
llamados de órbita baja, estos últimos tienen como desventaja de que solo son visibles
en un intervalo de tiempo corto por lo requiere que las antenas terrestres sigan su
movimiento, apuntando de forma imprecisa al satélite. Por supuesto que el sistema de
seguimiento, las instalaciones de este tipo de antenas son muy costosas.
Los satélites geosicronicos, es decir, aquellos con órbita geoestacionaria son los más
utilizados para las comunicaciones; los satélites se ubican sobre el plano ecuatorial a
una altura de 36.000 Km sobre la superficie terrestre. A esta altura la velocidad de giro
del satélite alrededor de la tierra es la misma que la velocidad de rotación terrestre, con
lo cual visto desde un punto sobre la tierra, el satélite está fijo.
Los satélites de comunicaciones geoestacionarios ocupan principalmente dos
bandas de frecuencia: banda C y banda Ku. Los primeros satélites operaron en banda C,
cuyas frecuencias del uplink son del orden de los 6 GHz y las del downlink están
alrededor de los 4 Ghz. La banda Ku se define entre 11 y 14 GHz. La aparición de esta
banda de frecuencias superiores fue un tanto cuestionada por los posibles efectos
negativos de la lluvia en el enlace. No obstante, dado que la lluvia no abarca grandes
áreas se suelen usar varias estaciones terrestres a las que se envían las señales, es decir,
se utiliza técnicas de Bypass de forma que si una estación no puede recibir o emitir, se
puede utilizar otra estación.
El siguiente cuadro especifica las principales bandas del espectro usadas para la
transmisión por satélite, incluyendo los problemas que acarrean:
BANDA FRECUENCIAS ENLACE
DESCENDENTE
(GHZ)
ENLACE
ASCENDENTE
(GHZ)
PROBLEMAS
C 4/6 3.7 - 4.2 5.925 - 6.425 Interferencia
terrestre
Ku 11/14 11.7 - 12.2 14.0 - 14.5 Lluvia
Ka 20/30 17.7 - 21.7 27.5 - 30.5 Lluvia, costo del
equipo
Notar como en la anterior tabla se hace referencia a dos tipos de frecuencias distintas,
una para el enlace ascendente (uplink) y otra para el enlace descendente (downlink).
Esto se hace para evitar interferencias, y en general para reducir pérdidas, esto es
consecuencia de que la energía disponible en el satélite esta muy limitada y por tanto no
se puede incrementar la potencia de la señal descendente a niveles elevados. Esta razón
obliga a que la frecuencia del enlace descendente sea inferior a la frecuencia del enlace
ascendente (uplink).
Un satélite requiere de una estación terrestre de seguimiento de forma que
conjuntamente al satélite forman lo que se denomina segmento espacial. Por otro lado el
denominado segmento terrestre lo forman las estaciones que utilizan al satélite como
repetidor de sus señales. El satélite no es más que un repetidor activo ubicado en el
espacio. Las emisiones y recepciones de la información ser realizan a través de los
amplificadores del satélite ("transponders" o transpondedor) y existen de dos tipos:
Transpondedor transparente: La señal llega al satélite, es filtrada para separarla
de otras señales e interferencias, se cambia su frecuencia portadora, se amplifica y
se retransmite hacia la tierra.
Transpondedor Regenerativo: La señal digital que llega al satélite sufre el mismo
proceso que un repetidor regenerativo. La señal es procesada y regenerada antes de
trasladarla a otra frecuencia y retransmitirse hacia tierra.
Los satélites de comunicación por lo general tienen hasta una docena o más de
transpondedores. Cada transpondedor tiene un haz que cubre una parte de la tierra
debajo de él, el cual varía entre 250 Km y 1000 Km de diámetro y un ancho de banda de
36 a 50 MHz.
Existen diversos circunstancias que hacen de los enlaces por satélite una buena
alternativa: distancias grandes, obstáculos geográficos o limitaciones energéticas,
cobertura distribuida, etc. La principal ventaja de los enlaces por vía satélite viene dada
por el hecho de la gran cobertura proporcionada por estos sistemas con independiente
de la topografía geográfica de la zona.
4. REDES VSAT
Los enlaces vía satélite permiten establecer conexión entre dos o más puntos
situados en la tierra, utilizando un satélite en el espacio como sistema repetidor. Con el
fin de ampliar los horizontes en las telecomunicaciones a cualquier rincón del mundo y
sobre todo con el fin de llegar a cuantos más usuarios mejor, por muy recóndito que sea
el lugar, existe una tendencia a la utilización de terminales con antenas parabólicas de
tamaño reducido (VSAT) para el intercambio de información vía satélite punto a punto
o punto a multipunto (broadcasting). La ventaja de una estación terrestre de VSAT
sobre una conexión de red terrestre típica, es que las VSAT no están limitadas por el
alcance del cableado subterráneo. Una estación terrestre de VSAT puede instalarse en
cualquier parte, sólo requiere ser vista por el satélite. Existe otro tipo de ventajas
relacionadas con el bajo costo de operación, la mayor facilidad de expansión de la red y
sobre todo, como he indicado antes, la instalación en lugares donde es difícil llegar con
instalaciones de cable.
4.1 Clasificación VSAT
Existen varios parámetros por los que se pueden clasificar una red basada en la
comunicación por satélite, desde el tipo de topología de red utilizada hasta el tipo de
tecnología de acceso de comunicación por satelite en la que se basa para la
transmisión de información.
Según el tipo de tecnología de acceso que utilizan podemos clasificarlas en:
Redes VSAT: Red basadas primordialmente en el uso de tecnologías TDM/TDMA,
aunque hay que decir que el resto de redes siempre hacen un uso mas o menos
extendido de esta tecnología.
Redes VSAT LAN:
Redes VSAT SCPC: La comunicación se realiza a través de una canal de forma que
el usuario tiene una frecuencia y ancho de banda asignado de forma permanente.
Redes VSAT DAMA: Comunicación directa entre sistemas VSAT remotos a través
de enlaces SCPC en un único paso. Este tipo de redes utiliza los canales cuando el
usuario así lo desea por lo que hace uso de varios canales de control (9,6kps/canal)
con tecnología TDM/TDMA. Dependiendo del proveedor se utilizan un numero
determinado de canales con TDM para emisión Hub-VSAT y otra cantidad de
canales con TDMA para emisión VSAT-Hub.
Las redes mas características o comunes que podemos encontrar, según su topología,
son:
VSAT con topología de estrella: Es el tipo de red mas comúnmente utilizada para
las comunicaciones. A partir de ahora, cuando nos refiramos a las VSAT estaremos
hablando de aquellas que tienen esta topología.
VSAT con topología de malla: Este tipo de red permite la comunicación
directamente entre VSAT, al contrario que las redes con topología de estrella, pero
como consecuencia se requiere parabólicas de mayor envergadura, de 3 o más
metros de diámetro.
USAT: Es la evolución de los sistemas VSAT de topología de estrella como
consecuencia de la integración de sistemas a bajo costo. La principal característica
de estos sistemas es la utilización de antenas pequeñas, de aproximadamente 1
metro de diámetro.
4.2 USAT
Gracias a las múltiples aplicaciones a las cuales podía accederse a través de
sistemas VSAT, provoco una gran difusión de este tipo de redes a muchos ámbitos del
mercado. La proliferación de antenas para accesos de usuarios, oficinas, hogares, etc.
estimulo el perfeccionamiento de las antenas, sobre todo en lo referente a sus
dimensiones las cuales se redujeron a fin de hacer mas atractivo el uso de estos sistemas
VSAT no solo para las emisiones de vídeo digital, sino para accesos a las autopistas de
la información.
Como resultado, se obtiene un nuevo tipo de terminales de recepción/emisión, los
llamados USAT o terminales de apertura ultra pequeña. (Ultra small aperture terminal).
La reducción del diámetro de la antena conllevaba un problema; las interferencias
producidas por los satélites que compartían la misma frecuencia, es decir, una
consecuencia seria la interferencia o choque entre el haz de la USAT con el haz del
receptor adyacente. Para evitar este problema las USAT se diseñaron como un elipsoide
que permite la reestructuración del haz principal y de este modo evitar el choque con los
haces de los satélites adyacentes.
El bajo costo de los terminales USAT y el tamaño reducido de sus antenas fue el
principal atractivo de este sistema para los usuarios que veían aumentadas las
posibilidades de uso de estos sistemas.
4.3 VSAT con topología de estrella
Como hemos indicado anteriormente, es la red más utilizada. Este tipo de redes presta
un servicio transparente de comunicación entre las VSAT y el HUB1 de forma que
consigue una conectividad desde el host hasta el HUB y desde el HUB hasta las VSAT.
De igual forma se permite la utilización del VSAT para la integración de otro tipo de
servicios perteneciente a otro tipo de redes. Por ejemplo, puede soporta TCP/IP,
incluyendo IP multicast (News, bases de datos, emisión de entretenimiento,
distribución de software, audio, vídeo, etc.), X-25, SDLC, SNA, interconexión de redes
locales, voz corporativa de alta calidad, comunicación de fax y conexión de PABX[1].
Generalmente se utiliza para conectar un gran número de terminales en áreas
geográficamente dispersas y de difícil acceso vía terrestre. Lo más interesantes es que
las VSAT son capaces de enviar y recibir todo este tipo de señales a la misma
velocidad, independientemente de su distancia respecto del centro de conmutación
terrestre y su infraestructura
Un ejemplo de red con este tipo de configuración es SATNET, que ofrece tecnología
TCP/IP con IP Multicast. Otra característica de esta red es que implementa un servicio
de acceso DAMA lo que permite una mayor optimización de los recursos de enlaces.
No obstante, este tipo de red también permite una configuración mallada de la red, es
decir, es capaz de comunicar dos VSAT con un único paso de enlace, para ello utiliza
un canal dúplex a 56kbps.
4.4 Infraestructura y funcionamiento de una VSAT
Infraestructura
Los elementos básicos que componen una VSAT, tanto en su segmento espacial y su
segmento terrestre son:
Estación VSAT
Estación terrestre maestra (HUB): Sistema central que gestiona las comunicaciones 1 Nodo central de origen de transmisión, retransmisión y encaminamiento.
entre las estaciones y las conexiones con otras redes. Se encarga de optimizar el
acceso al satélite. También realiza tareas como estadísticas, configurar estaciones
remotas, control e informe del trafico cursado, mantenimiento, etc. Normalmente
este tipo de tareas se encuentran centralizada en otro sistema de gestión
independiente denominado NMS (network managament system)
Equipo remoto de concentración de datos (Interfase Host) unido al HUB. (Host
Computer).
Vsat Remote site: Equipos remotos de módem unidos a la Vsat y al terminal de
usuario.
Es interesante comentar los dos elementos más importantes que forman parte del
segmento terrestre del lado del usuario. Junto al sistema VSAT del usuario, se encuentra
el receptor de la señal de satélite denomina LNB (bloqueador de ruido bajo) y el
transmisor, que conjuntamente forma la unidad exterior del sistema. Para conseguir la
conexión de este sistema con el televisor, PC, la red local o el servidor del usuario,
existe un tablero de transmisión/recepción conjuntamente a una interfaz que permite la
unión lógica de ambos sistemas, los cuales se interconectan físicamente a través de un
par de cables.
Funcionamiento
Una red VSAT puede estar compuesta por una gran numero de estaciones
VSAT y estar controladas por una estación HUB
La siguiente figura muestra el esquema de comunicación que se realiza a través de una
VSAT
Figura 1: Esquema gráfico de comunicación VSAT-HUB-Satelite.
El funcionamiento es como sigue. El contenido de la señal a emitir, ya sea datos, voz,
fax, se origina en la estación central, que posee una antena muy grande de 4.5 a 11 m.
La estación central controla la red por medio de un servidor de sistema administrador de
redes (NMS, network managament system), que le permite al operador de la red
supervisar y ejercer control de todos sus componentes. El operador de NMS está en
posibilidad de ver, modificar y transmitir información de configuración específica hacia
cada VSAT por separado. Por ejemplo, la red SATNET utiliza el protocolo SNMP para
implementar este sistema de administración.
La información saliente (de central a VSAT) se envía al transpondedor de
comunicaciones del satélite, que la recibe, la amplifica y la remite de vuelta a tierra para
su recepción por las VSAT remotas. Por medio del mismo transpondedor del satelite,
las VSAT de ubicaciones remotas envían información entrante (de VSAT a central) a la
estación central2.
Figura 2: Esquema conexión Internet -SAT
En la figura siguiente se muestra como se realizaría, paso a paso, una conexión a
Internet utilizando una red VSAT. El primer paso consiste en realizar una petición vía
telefónica a nuestro proveedor de servicio, el cual nos proporcionaría acceso a Internet.
El resultado de nuestra petición, seria transmitida a través de una estación central (3) al
transponedor del satelite (5), como se ha explicado anteriormente, este recibirá la señal,
la amplificara y la enviara a nuestro VSAT terrestre (6)
Toda esta comunicación, esta interoperatividad se debe gracias a que la emisión y
recepción de información a través de los satélites se hacen de acuerdo al formato DVB
que explicaremos a continuación.
Las principales características de este tipo de redes son:
Redes privadas diseñadas a la medida de las necesidades de los usuarios
Redes de alta escalabilidad
Administración centralizada de la red
El aprovechamiento de las ventajas del satélite por el usuario de servicios de
2 Posibilidad si la red permite transmisión bidireccional. Existen algunos sistemas de redes via satelite
cuya transmision es unidireccional, de central a VSAT
telecomunicaciones a un bajo costo y fácil instalación.
Las antenas montadas en los terminales necesarios son de pequeño tamaño (1 metro)
Las velocidades disponibles suelen ser del orden de 56 a 64 Kbps.
Permite la transferencia de datos, voz y vídeo.
Enlaces asimétricos.
Las bandas de funcionamiento suelen ser de K o C, donde se da alta potencia en
transmisión y buena sensibilidad en recepción.
Sobre este último punto merece la pena indicar ciertas puntualidades. Las redes VSAT
con topología de estrella y mallada pueden operan en ambas bandas, no obstante las
redes USAT como consecuencia del uso de antenas parabólicas de menor radio solo
utiliza la banda Ku con el fin de evitar problemas por interferencia
4.5 Tipos de Servicios
1. Servicio de transmisión de datos vía satélite, con tecnología VSAT/TDMA: Este
servicio permite la comunicación entre la central y múltiples VSAT. La tecnología
TDMA emplea una sola portadora para dar servicio a varios canales a través de la
comparición temporal del mismo. Para el enlace descendente se envía información
sobre el intervalo de tiempo asignado para la transmisor y para el enlace ascendente
se envía los datos a ráfagas en los intervalos que fueron designados. Dado que los
sistemas participantes en la comunicación, host, hub, VSAT, etc. pueden no están
sincronizados se necesitan de mecanismos para minimizar colisiones (véase
Protocolos)
2. Servicio privado de transmisión de voz y datos:
Este servicio se implemente con la tecnología SCPC que es una red de satélite
digital privada, no compartida y con trasparencia de protocolos utilizados por los
usuarios. La red se puede dimensionar de acuerdo al ancho de banda requerido
por las necesidades de cada usuario
Existen 4 tecnologías para comunicación por satélite muy usada que dan cobertura
a todo tipo de servicios:
1. SCPC(single channel per carrier) Un canal dedicado por portadora. Este
servicio provee al usuario un enlace dedicado transparente al protocolo de
comunicaciones o aplicación que utilice. Se establece una portadora por
cada enlace, punto a punto creando así un canal privado. El servicio SCPC
asigna una frecuencia para cada enlace y utiliza el sistema FDMA(Acceso
múltiple por división de frecuencia) para el satélite, es decir, se usa de forma
simultanea el transpondedor del satélite por varias estaciones terrestres. Este
tipo de canal es fijo, por tanto cada estación transmite siempre a la misma
frecuencia. Esta tecnología nos brinda las siguientes ventajas:
* Velocidades desde 9,6kbps a 2.048Mbps
* Administración individual del canal
* Alta disponibilidad (99%)
2. SCPC/SKY FRAME: Servicio SCPC mas orientado a Frame Relay
3. MCPC(Múltiples canales por portadora): Hemos visto como el servicio
SCPC soportaba varias portadoras dispersas a velocidades variables por un
canal, el sistema MCPC permite a la portadora combinar un gran numero de
servicios en un solo flujo de bits TDM a través del transpodedor.
4. SCPC/DAMA(Acceso múltiple de asignación por demanda): Proporciona
comunicación directa entre dos nodos remotos cualesquiera usando enlaces
SCPC pero empleando un único satélite. Este servicio permite la
reutilización del ancho de banda del satélite. Este servicio se proporciona
gracias a un sistema de control de red DAMA que funciona como una
conmutador, asignando los enlaces de comunicación según se van
demandando. Una vez se dejan de utilizar quedan disponibles para el uso por
otros usuarios. Para proporcionar este servicio, DAMA utiliza la técnica de
FDMA al igual que lo hacia SCPC pero con la diferencia en que cada canal
tiene una frecuencia variable que se determina en el momento de la
conexión. Como ventajas tenemos que se pueden utilizar antenas pequeñas,
es decir, son ideales para sistemas de terminales USAT.
4.6 Protocolos
Los enlaces por vía satélite son muy diferentes a los enlaces por vía terrestre,
aunque las señales electromagnéticas viajan mas rápidamente a través del aire que a
través del un medio físico como puede ser un cable no hay que olvidar la gran
distancia existente entre el sistema de usuario y el HUB y entre el HUB y el satélite.
Esto implica un mayor retardo en la propagación de la señal que la hace incompatible
con los sistemas de redes terrestres. Un aspecto importante como consecuencia de esto
es los protocolos a nivel de enlace, red y transporte en sistemas de satelites son
diferentes a los sistemas de red terrestres.
Como seria ineficiente implantar estos protocolos para su funcionamiento de extremo a
extremo de la comunicación ya que habría que modificar los protocolos de todas las
maquinas participantes en la comunicación vía satélite, se ha optado por realizar una
emulación de los protocolos en las interfaces entre el host-HUB y VSAT-terminal de
usuario. Esta emulación se realiza sobre los protocolos de las 3 primeras capas del
sistema OSI de forma que se consigue:
Nivel físico: Normas de interfaz física V.24 o RS-232, V35, etc.
Nivel de red: Independizar las direcciones de los VSAT con las de los usuarios.
Nivel de enlace: Se permite realizar un control independizado de los enlaces por
satelite HUB-transpondedor y transpondedor-VSAT de los enlaces terrestres entre
Host-HUB y VSAT-terminal de usuario. Como se mencionó anteriormente, la
mayoría de sistemas VSAT proporcionan servicios utilizando tecnologías TDMA
(Time División Múltiple Access) y TDM (Time División Multiplexing). Dado que
los elementos integrantes en la comunicación por vía satélite no tiene porque estar
sincronizados se implementas protocolos de acceso múltiple al canal con el fin de
reducir las colisiones entre emisiones. Se emplean cinco clases de protocolos par el
canal de acceso múltiple (aplicados al enlace ascendente):
Sondeo: En este caso las estaciones forman un anillo lógico con lo que cada estación
conoce a su sucesora.
ALOHA:
FDM (Multiplexión por División de Frecuencia): Es el esquema de reparto de canal
más viejo y más utilizado aún.
TDM (Multiplexión por División de Tiempo):
CDMA: Con este protocolo se pretende evitar los problemas derivados de la
necesidad de sincronización para la asignación del canal de comunicación.
Existen otros sistemas para realizar compatibles la transmisión por los distintos
protocolos son la utilización de pasarelas a nivel de aplicación o a través del uso de
VPN, mejor dicho, utilizando túneles.
5. DVB & DVB-RCS
Con intención de unificar los sistemas de transmisión de señales de TV digital, a
principios de los 90 se creo el proyecto DVB como iniciativa de las compañías
Europeas que trabajan en estos sectores. Con la supervisión de la unión europea de
Radiodifusión (UER) se establecieron diferentes grupos de trabajos con el fin de abarcar
todos los tipos de sistemas de comunicación.
El DVB no es sólo una norma para la distribución digital de TV. DVB define un
estándar de información que puede soportar cualquier tipo desde la transmisión de datos
hasta los servicios multimedia interactivos o el acceso a Internet. La misma tecnología
que hace posible la recepción de canales de TV puede aplicarse a la prestación de una
amplia gama de servicios. DVB considera las siguientes variantes(nombraremos
algunos de cada tipo):
Especificaciones según el tipo de transmisión
DVB-C cable (ETSI3 300429): Basado en 64-QAM, pero permite otros esquemas de
modulación.
DVB-T terrestre (ETSI 300744):Es el mas reciente y más sofisticado. Basado en
COFDM(coded orthogonal frequency Divisional Multiplexing) y QPSK, modulación 16
QAM y 64 QAM
DVB-S satélite (ETSI 300421):Estandar de facto para la transmisión de aplicación de
TV digital, basado en QPKK,
DVB-D datos
DVB-MC para MMDS
DVB-MT
Especificaciones según su interconexión:
DVB-ATM: Interfaces para transmisión por redes ATM
DVB-PDH: Interfaces para redes PDH(plesiochronus Digital Hierarchy)
DVB-SDH: Interfaces para redes SDH(Synchronous Digital Hierarchy)
DVB-PI: Interfaces para redes CATV
3 ETSI (European Telecommunications Standards Institute: organización internacional dedicada a la
estandarización de las telecomunicaciones europeas.
Especificaciones según los servicios de aplicaciones interactivas:
DVB-RCS: aplicaciones de sistemas de distribución por satélite
DVB-RCC: aplicaciones de sistemas de distribución de TV por cable
Especificaciones según encapsulamiento de la información:
DVB-MPEG:
DVB-DATA:
DVB-TXT:
DVB-SI : servicios de información ETSI 300468
DVB-VBI
Una de las principales decisiones del proyecto DVB fue adoptar MPEG-2 como
estándar para la compresión de vídeo y audio para la transmisión. El documento ETR
154 recoge todas la información sobre restricciones, parámetros recomendados, usos,
etc. del MPEG para aplicaciones exclusivas con DVB
5.1 Transporte MPEG2
Como base fundamental de la transmisión utilizando DVB es el uso de MPEG y
es importante saber como se realiza este encapsulamiento de información en este
formato, por tanto, creo conveniente dar una breve explicación de como ser realiza.
Como punto inicial esta la creación de un flujo de transporte o TS (Transport Stream) el
cual esta se construyen a partir de los llamados ES (elementary stream) que contienen la
información comprimida, ya sea vídeo, audio, una combinación de ambos, etc.
El primer paso consiste en unir estos ES en un paquete compacto, PES (packet
elementary stream), el cual esta compuesta por una cabecera y un campo de datos de
longitud variable. Este campo de datos corresponderá con un conjunto de bytes
perteneciente a un ES.
Figura 3: Transformación de ES a paquete PES
El tamaño de la cabecera no es fijo y las funciones que tiene son por un lado identifica a
que ES pertenecen los datos del PES4 y por el lado suministrar información de diversas
4 Se asigna un numero de 16 bits único e irrepetible.
características de los ES pues estos suelen contener información de vídeo/audio
comprimido que posiblemente no incluyan información como por ejemplo tamaño de
una imagen, frecuencias de muestreo, etc.
Una vez tenemos los paquetes PES, se seccionan para introducirlos en paquetes más
diminutos, denominado TS (Transport Stream) de 188 bytes de los cuales los 4 primeros
bytes son la cabecera y el resto son el campo de datos. Es este proceso donde entra en
acción el sistema que suponemos conocido por el lector de MPEG2. Antes de nada
aclararemos unas consideraciones que promueve la MPEG2
Figura 4: Transformación de paquetes PES a paquetes TS
A diferencia de los paquetes PES, los paquetes TS son de longitud fija, pero también
incluye información para identificar a que ES pertenecen los datos que transportan. Esto
se realiza a través de un campo denominado PID de 13 bits por lo que como máximo se
pueden transmitir 8192 ES dentro de un TS. Existen otros campos en la cabecera, que al
igual que el PID son importantes para el transporte, multiplexación y remultiplexacion
de la información, pero omitiremos la especificación de estos campos dado que no es el
tema principal de este trabajo.
Una vez visto como se genera un TS, pasemos a explicar como se introduce la
información en MPEG2 para después transfórmala en TS y enviarla por la red
designada como medio de transmisión.
Inicialmente tenemos un conjunto de codificadores MPEG2 para la información
entrante, realmente, uno para cada conjunto de información diferente(vídeo, audio,
datos, etc.). Una vez codificada la información se genera un TS, tal como se indica
anteriormente.
Los TS generados son entradas de un multiplexor MPEG2 que se encarga de
remultiplexar todos los anteriores TS de forma que genera un único paquete TS.
Figura 5: Transformación de información en MPEG2 a TS
Después de este proceso, el TS se debe de adaptar a la red y al canal por el cual se va a
transmitir. Para el caso de comunicación vía satélite, se utiliza la norma del estándar
DVB, como ejemplo de esta norma se muestra la siguiente tabla.
Parámetro DVB-T DVB-C DVB-S
Codificación Audio MPEG1 MPEG1 MPEG1
Codificación Vídeo MPEG2 MPEG2 MPEG2
Canal 8Mhz 8Mhz 27-36Mhz
Paquete Transporte 188 bytes 188 bytes 188 bytes
Modulación COFDM/ QPSK QAM 16 / 64 QPSK
5.2 Dvb-Rcs (televisión digital con canal de retorno por satélite)
El DVB-RCS fue especificado por un grupo técnico de ETSI en 1999.El sistema
de DVB-RCS se especifica en ETSI 301790.
DVB-RCS es una norma internacional abierta para redes de satélite multimedia, que
define un canal de retorno por satélite utilizando terminales de usuario de bajo coste
con velocidades de retorno de datos superiores a 2 Mbit/s. La velocidad de
transmisión de datos del enlace de ida es de hasta 40 Mbit/s.
Esta nueva tecnología ofrece conectividad de banda ancha para los enlaces
ascendentes de usuario a velocidades hasta 35 veces superiores a los actuales
módem terrestres (cuya velocidad es de 56,6 kbit/s), velocidades de enlace
descendente de hasta 40 Mbit/s, y la capacidad de admitir múltiples números de
abonados por transpondedor de satélite.
A continuación se proporcionara una breve explicación sobre DVB-RCS, pero si se
desea información mas especifica sobre el tema se recomienda la lectura de [11].
Funcionamiento
La terminal de satélite del usuario o estación terrestre VSAT, recibe una
transmisión a través del estándar DVB-S que previamente fue generada por una
estación de eje de satélite o estación HUB. Los paquetes de datos son enviados a través
de la conexión tal como se explicó anteriormente, pero, además, DVB-RCS proporciona
la capacidad de transmitir desde el terminal del usuario por la misma antena hacia el
HUB. Se utiliza una transmisión MF-TDMA, multi-frequency time división múltiple
Access, para compartir la capacidad disponible para la transmisión por el terminal de
satelite del usuario. Dado el tipo de transmisión, vía satélite, que conlleva poca
privacidad en las transmisiones, (recordemos que en una transmisión vía satélite, todos
pueden recibir la información enviada) se utilizan técnicas de cifrado para el canal de
retorno como por ejemplo códigos Reed Salomon El estándar se diseña para tener
independencia sobre las frecuencias a utilizar, es decir no se especifica la banda de
frecuencia que debe utilizar, de esta forma se permite la construcción de una gran
variedad de sistemas. Lo más interesante de este tipo de sistema es que los datos a
transportar se pueden encapsular en celdas ATM, usando el protocolo AAL-5, ATM
Adaption Layer, o utilizando encapsulado IP sobre transporte MPEG-2. Este formato,
DVB, permite incluir mecanismos de seguridad.
En la siguiente figura mostramos un ejemplo para el caso de transportar los datos en
celdas ATM sobre IP.
Figura 6: Pila de protocolos del terminal del usuario
Los terminales DVB-RCS requieren un sistema de transmisión bidireccional a través
de la antena o VSAT, para la transmisión y recepción en bandas de frecuencias
acordes con el sistema de satélites. Los terminales DVB-RCS están conectados
típicamente vía un cable (o el grupo de cables) con una unidad de interior, el segundo
elemento de la VSAT.
Modo de operación de la terminal de satelite
Una terminal basada en los satélites del canal de retorno (RCST), en cuanto esta
activa empieza a recibir información del centro de gestión de la red de DVB-RCS
(NCC). El NCC proporciona a funciones monitorización y control que vigila y genera
los mensajes del control y temporización requeridos para la operación de la red basada
en los satélites. Todos los mensajes del NCC se envían usando los flujos de datos de
transporte MPEG-2 (TS MPEG-2), en concreto utilizando DVB SI [9]. Éstos se
transmiten a través de la conexión o enlace Hub-terminal de usuario. Las
especificaciones de DVB-RCS utilizan, realmente, dos conexiones o enlaces - una para
la información de control y otro para la transmisión de datos. Ambas conexiones se
pueden se pueden proporcionar usando el mismo múltiplexor del transporte del DVB-S
[9].
Lo más interesante de DVB-RCS es que la comunicación utiliza el mismo enlace de
transmisión tanto para los datos del usuario como para la información de control. Otra
característica interesante es el uso del mismo enlace, en concreto el enlace de retorno,
para incluir en él información sobre el reloj del sistema, el cual se utiliza para asegurar
la sincronización entre el terminal de usuario, HUB y las estaciones VSAT, con el fin de
ajustar la frecuencia de transmisión utilizada en el modo de transmisión MF-TDMA.
Todas las transmisiones del terminal de usuario son controladas por el NCC. Antes de
que el usuario pueda enviar datos por su terminal, éste debe comunicarse con el NCC
para establecer la configuración de la comunicación. Para ello se envía un mensaje de
conexión a través del canal. Este mensaje no es mas que un mensaje de control. Como
este canal se comparte entre varias terminales de usuario, se utiliza como protocolo de
acceso el ALOHA ranurado.
Tras recibir un mensaje de conexión por parte una terminal de usuario el NCC
devuelve una serie de parámetros de información denominados TBTP (Terminal Burst
Time Plan). Esta información constituida en forma de tabla contiene información sobre
la planificación temporal del sistema que será utilizada por el MF-TDMA del terminal
de usuario con el fin de establecer las normas de acceso al canal, es decir, establecen el
intervalo de tiempo en el que el terminal de usuario asignado para la transmisión de
portadora. Esta información también viaja encapsulada en celdas ATM o TS MPEG y
se utilizan varios métodos de codificación para terminar modulando la señal mediante
QPSK.
Una terminal de usuario se considera que ha salido de los sistemas en el momento que
finaliza su comunicación, no obstante, el NCC, tiene la capacidad de cesar la
comunicación de dicho terminal en caso que lo considere necesario.
Bibliografía:
[ 0] REDES DE COMPUTADORAS. ANDREW S. TANENBAUM. PRENTICES HALL.
[ 1] INFORME DEL GRUPO DE TRABAJO SOBRE EL USO DE TERMINALES
DE APERTURA MUY PEQUEÑA (VSAT) EN LAS AMERICAS http://www.citel.oas.org/sp/CCP3/VSAT_report_1.html
[ 2] GLOBAL VSAT FORUM:
http://www.gvf.com [ 3] LA RED VSAT DE RACSA EN COSTA RICA. MAX CASTRO
http://www.ahciet.net/inalambricos/inalam99/conf/pdf/n025-028c.pdf
[ 4] INFORME "COMPILACIÓN DE LAS APLICACIONES DE REDES VSAT EN LAS
AMÉRICAS"
http://www.citel.oas.org/sp/CCP3/VSAT_report_2.html
[ 5] DVB WEB http://www.dvb.org
[ 6] ETSI WEB http://www.etsi.org
[ 7] JORNADAS DE COMUNICACIONES 2000 http://www.jcom2000.com.ar/archivos/
[ 8] INFORMACION SOBRE ESTANDARS DE DVB
http://www.erg.abdn.ac.uk/public_html/research/future-net/digital-video/mpeg2-docs.html [ 9] DVB:DIGITAL VIDEO BROADCASTING
http://www. erg.abdn.ac.uk/public_html/research/future-net/digital-video/dvd.html [10] IP OVER SATELLITE: “DVB-RCS” DIGITAL VIDEO BROADCAST – RETURN
CHANNEL BY SATELLITE
http://www.broadcastpapers.com/data/NewtecDVB%20-%20print.html
[11] CURSO:COMUNICACIÓN POR SATELITE.
http://www.gr.ssr.upm.es/rcii/listatps.htm