SISTEMAS VSAT

ndice

1. Introduccin 2

2. Resea Histrica 3

3. Conceptos bsicos sobre satlites 4

4. Redes VSAT 7

4.1 Clasificacin de VSAT 10

4.2 USAT 12

4.3 Topologas de red utilizadas en VSAT 13

4.3.1 Tcnicas de acceso 14

4.4 Anlisis de radio enlace 15

4.5 Infraestructura y funcionamiento de una VSAT

18

5. Aplicaciones de las redes VSAT 20

5.1 Aplicaciones civiles 20

5.2 Aplicaciones militares 20

6. Ventajas y desventajas de las VSAT 21

6.1 Ventajas 21

6.2 Desventajas 23

7. Recuperacin ante posibles fallos 24

8. Futuro de las redes VSAT 24

8.1 Interconexin con LANS 25

8.2 Servicios multimedia 25

8.3 Servicios Mviles 25

8.4 Uso de satlites no geoestacionarios 26

8.5 Satlite con procesador a bordo 26

9. VSAT vs tecnologas cableadas 26

10. Bibliografa 27

SISTEMAS VSAT

COMUNICACIONES POR SATLITE

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO 2 2

TEMA: SISTEMAS VSAT

1. INTRODUCCIN

Las redes VSAT (Very Small Aperture Terminals - Apertura de Terminal Pequea).

Los sistemas VSAT son redes de comunicacin por satlite que permiten el

establecimiento de enlaces entre un gran nmero de estaciones remotas con

antenas de pequeo tamao (VSATs) con una estacin central normalmente llamada Hub. La comunicacin se realiza a travs del satlite, es decir, la

informacin saliente del Hub a las VSATs, es enviada al satlite y ste la refleja para que cada terminal VSAT la reciba. El satlite no es ms que un simple

repetidor.

Ilustracin 1 COMPONENTES DE UNA RED VSAT

Este tipo de sistemas estn orientados principalmente a la transferencia de datos entre unidades remotas y Centros de Proceso conectados al Hub. Son igualmente apropiados para la distribucin de seales de vdeo y en ciertos casos se utilizan tambin para proporcionar servicios de telefona entre estaciones remotas y el Hub, cabe decir que este ltimo servicio solo es posible si el enlace contratado es bidireccional.

Ilustracin 2 ELEMENTOS DE UNA RED VSAT

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2. RESEA HISTRICA

El afn por ampliar las comunicaciones y abarcar todos los rincones de la tierra, ha conducido a los cientficos a buscar medios cada vez ms complejos para lograrlo.

Realmente la transmisin espacial fue concebida con ms de diez aos de anticipacin al lanzamiento de los primeros satlites artificiales. En 1945 el cientfico ingls Arthur C. Clarke propuso el uso de un satlite terrestre para radiocomunicacin entre varios puntos de la superficie terrestre. Clarke sugiri en una publicacin el diseo de una nave espacial tripulada que podra lanzarse como un cohete. La nave se posicionara a una altitud aproximada de 36,000 kilmetros, girara junto con la tierra y habra receptores y equipo de transmisin terrestres que llevaran las seales a una determinada parte de la tierra. Este mecanismo es bsicamente el mismo con el que funcionan los sistemas de satlites geo sncronos.

Entre la dcada de los 50 y 60, con el fin de abarcar la comunicacin entre zonas, se utilizaron globos meteorolgicos metalizados para establecer un sistema de comunicacin a travs del rebote de las seales que se producan en dichos globos, pero no se tuvieron los resultados esperados; las seales recibidas eran demasiado dbiles para aprovechar un uso prctico. El avance en este campo de comunicaciones tuvo que esperar hasta el lanzamiento del primer satlite artificial.

El lanzamiento de los satlites artificiales inici el 4 de octubre de 1957, cuando la antigua Unin Sovitica envi al espacio el Sputnik I, con el objeto de realizar experimentos. Se inici entonces una lucha por la conquista del espacio entre la antigua Unin Sovitica y EEUU pues inmediatamente el Congreso Norteamericano aprob la cesin de fondos para proyectos de desarrollo de satlites, y al ao siguiente ese pas lanz el Explorer I.

La generacin de satlites comerciales para comunicaciones empez en 1965 con el lanzamiento del satlite Intelsat I, el cual poda manejar 250 llamadas telefnicas internacionales. Este sera el primero de una serie de doce propiedad de Intelsat.

En EE.UU., las redes VSAT fueron instaladas para transmisin de voz, datos y vdeo. Los principales usuarios de este tipo de redes son: la industria de la automocin, hoteles, instituciones financieras, ETC.

En Europa, el nmero de VSATs instalados es mucho menor que en EE.UU. como resultado de su desarrollo ms tardo. Una cifra a da de hoy es que Ms de 40 redes y ms de 6000 terminales VSAT operan en la actualidad a travs del sistema HISPASAT, siendo este uno de los sistemas de satlites que soporta un mayor nmero de redes VSAT en Europa.

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3. CONCEPTOS BSICOS SOBRE SATLITES

Un satlite artificial, es un repetidor de ondas localizado en rbita alrededor de la tierra. A diferencia de un satlite real, el satlite artificial puede ampliar las seales antes de devolverla. El satlite contiene varios transpondedores, cada uno de los cuales captan alguna porcin del espectro, amplifica la seal de entrada y despus la enva a otra frecuencia para evitar la interferencia con la seal de entrada. Los haces retransmitidos pueden ser amplios con lo que puede cubrirse una amplia porcin de la superficie terrestre, o bien pueden ser estrechos y como consecuencia cubrirse un rea de solo cientos de Km de dimetro.

Los satlites se clasifican principalmente por el tipo de rbita que describen, en concreto por el radio de su rbita, de este modo tenemos los satlites geo sincrnico y los llamados de rbita baja, estos ltimos 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 satlite. Por supuesto que el sistema de seguimiento, las instalaciones de este tipo de antenas son muy costosas.

Los satlites geo sincrnicos, es decir, aquellos con rbita geoestacionaria son los ms utilizados para las comunicaciones; los satlites 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 satlite alrededor de la tierra es la misma que la velocidad de rotacin terrestre, con lo cual visto desde un punto sobre la tierra, el satlite est fijo.

Los satlites de comunicaciones geoestacionarios ocupan principalmente dos

bandas de frecuencia: banda y banda . Los primeros satlites operaron en banda , cuyas frecuencias del uplink son del orden de los 6 GHz y las del downlink estn alrededor de los 4 . La banda se define entre 11 14 . La aparicin 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 reas se suelen usar varias estaciones terrestres a las que se envan las seales, es decir, se utiliza tcnicas de Bypass de forma que si una estacin no puede recibir o emitir, se puede utilizar otra estacin.

Es por eso que otra de las consideraciones que se debe tener en cuenta en el segmento espacial es la eleccin de la banda de frecuencias a utilizar, debido a que las longitudes de onda diferentes poseen propiedades diferentes. Las longitudes de onda largas pueden recorrer grandes distancias y atravesar obstculos. Las grandes longitudes de onda pueden rodear edificios o atravesar montaas, pero cuanto mayor sea la frecuencia (y por tanto, menor la longitud de onda), ms fcilmente pueden detenerse las ondas.

Cuando las frecuencias son lo suficientemente altas las ondas pueden ser detenidas por objetos como las hojas o las gotas de lluvia, provocando el fenmeno denominado "rain fade". Para superar este fenmeno se necesita bastante ms potencia, lo que implica transmisores ms potentes o antenas ms enfocadas, que provocan que el precio del satlite aumente.

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La ventaja de las frecuencias elevadas es que permiten a los transmisores enviar ms informacin por segundo.

Esto es debido a que la informacin se deposita generalmente en cierta parte de la onda: la cresta, el valle, el principio o el fin. El compromiso de las altas frecuencias es que pueden transportar ms informacin, pero necesitan ms potencia para evitar los bloqueos, mayores antenas y equipos ms caros.

Con todo esto llegamos a la conclusin de que las frecuencias ms utilizadas en los sistemas VSAT son la C, Ku y Ka, que trabajan a frecuencias elevadas.

BANDA FRECUENCIAS ENLACE

DESCENDENTE (GHZ)

ENLACE ASCENDENTE

(GHZ) PROBLEMAS

4/6 3.7 4.2 5.925 6.425 Interferencia

terrestre

11/14 11.7 12.2 14.0 14.5 Lluvia

20/30 17.7 21.7 27.5 30.5 Lluvia, costo del

equipo

La eleccin de una frecuencia u otra depende de la cobertura del satlite en una determinada zona en la que se quiera implantar la red VSAT, ya que diferentes frecuencias posen diferentes coberturas. Tmese el caso de la banda C la cual posee cobertura global, y la banda Ku disponible en determinadas regiones del globo terrestre. Otra de las principales razones a la hora de elegir la banda son los problemas de interferencias, ya que al usar antenas de pequeo dimetro el ancho de haces grande y el peligro de recibir interferencia desde otros satlites (y tambin de interferir en ellos) es tambin grande. Como ejemplo de esto ltimo decir que para la banda C (y partes de la banda Ku) existe el peligro aadido de los sistemas terrestres de microondas.

Ilustracin 3 COBERTURA EN BANDA C Y BANDA Ku

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A la hora de elegir una u otra banda se hace en base a las posibles ventajas y desventajas que estas presentan, por eso una posible comparacin entre C y Ku podra ser esta:

Banda C: Como ventajas que presenta esta banda est la disponibilidad mundial, ya que se puede utilizar en todo el globo terrqueo. Robustez frente a las lluvias, es decir, se atena la seal menos debido a este fenmeno y que la tecnologa empleada para esta banda es ms barata, siempre en comparacin con la banda Ku. Como principales desventajas decir que las estaciones son ms grandes y esta es una banda que se ve ms afectada por las interferencias que la banda Ku.

Banda Ku:Como contraposicin a lo anteriormente dicho resaltar que las principales ventajas de esta banda son: estaciones ms pequeas y mejor aprovechamiento de la capacidad del satlite. Y como desventajas: es una tecnologa ms cara, se ve afectada por la lluvia y tiene una disponibilidad regional.

Un satlite requiere de una estacin terrestre de seguimiento de forma que conjuntamente al satlite forman lo que se denomina segmento espacial. Por otro lado el denominado segmento terrestre lo forman las estaciones que utilizan al satlite como repetidor de sus seales.

El satlite no es ms que un repetidor activo ubicado en el espacio. Las emisiones y recepciones de la informacin ser realizan a travs de los amplificadores del satlite ("transponders" o transpondedor) y existen de dos tipos:

Transpondedor transparente: La seal llega al satlite, es filtrada para separarla de otras seales e interferencias, se cambia su frecuencia portadora, se amplifica y se retransmite hacia la tierra.

Transpondedor Regenerativo: La seal digital que llega al satlite sufre el mismo proceso que un repetidor regenerativo. La seal es procesada y regenerada antes de trasladarla a otra frecuencia y retransmitirse hacia tierra.

Los satlites de comunicacin por lo general tienen hasta una docena o ms de transpondedores. Cada transpondedor tiene un haz que cubre una parte de la tierra debajo de l, el cual vara entre 250 Km y 1000 Km de dimetro y un ancho de banda de 36 a 50 MHz.

Existen diversas circunstancias que hacen de los enlaces por satlite una buena alternativa: distancias grandes, obstculos geogrficos o limitaciones energticas, cobertura distribuida, etc.

La principal ventaja de los enlaces por va satlite viene dada por el hecho de la gran cobertura proporcionada por estos sistemas con independiente de la topografa geogrfica de la zona.

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4. Redes VSAT

Los enlaces va satlite permiten establecer conexin entre dos o ms puntos situados en la tierra, utilizando un satlite en el espacio como sistema repetidor. Con el fin de ampliar los horizontes en las telecomunicaciones a cualquier rincn del mundo y sobre todo con el fin de llegar a cuantos ms usuarios mejor, por muy recndito que sea el lugar, existe una tendencia a la utilizacin de terminales con antenas parablicas de tamao reducido (VSAT) para el intercambio de informacin va satlite punto a punto o punto a multipunto (broadcasting). La ventaja de una estacin terrestre de VSAT sobre una conexin de red terrestre tpica, es que las VSAT no estn limitadas por el alcance del cableado subterrneo. Una estacin terrestre de VSAT puede instalarse en cualquier parte, slo requiere ser vista por el satlite. Existe otro tipo de ventajas relacionadas con el bajo costo de operacin, la mayor facilidad de expansin de la red

Dentro de un sistema VSAT podemos hacer una gran divisin en cuanto al segmento espacial y al segmento terrestre.

SEGMENTO ESPACIAL: El segmento espacial es un punto muy importante dentro de las redes VSAT. Sin l no se llevara a cabo ninguna comunicacin entre los terminales VSATs y el hub, ya que es el nico canal por donde se realiza la comunicacin. Debido a que es un canal compartido habr que utilizar alguna tcnica o protocolo de acceso al medio. Este es el elemento ms crucial en la comunicacin VSAT y el que menos posibilidades ofrece a la empresa, en cuanto a configuracin y manejabilidad nos referimos, ya que este suele estar contratado con una tercera empresa responsable del mismo. Como posible acercamiento cabe decir que el proveedor del servicio fijo de satlite que se usa para implementar redes VSAT proporciona un cierto nmero de canales dentro de un transponedor. Un transponedor puede llegar a manejar de 10 a 15 redes de tamao tpico de 500 VSATs.

En la actualidad nos podemos encontrar con diferentes tipos de satlites, segn la rbita en la que operen. Los ms utilizados en sistemas VSAT son los geoestacionarios, aunque cada vez ms se est tratando la posibilidad de utilizar satlites no geoestacionarios para redes VSAT. A continuacin se expondr cada uno de ellos.

I. Geoestacionario (GEO)

Son satlites geoestacionarios con terminales fijos. Tienen una altitud de

35.786 km y estn ubicados sobre el Ecuador. Un solo satlite cubre 1/3 de la superficie terrestre. La mayora de los satlites en servicio actualmente se limitan a hacer de repetidores, recibiendo seales en unas frecuencias y retransmitindolas a la Tierra en otras. Existen numerosos operadores y proveedores de servicio satlite.

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Ilustracin 4 PORCENTAJE EN EL CUAL SE UTILIZA EL SATLITE GEO

II. No Geoestacionarios

Dentro de estos podemos distinguir tres tipos de satlites actualmente:

a) LEO (low earth orbit): son satlites de rbitas bajas, con una

altitud de 500 a 2.000 km, fueron diseadas hace unos aos para

dar servicios interactivos a terminales mviles sin los problemas de

retardo de los satlites geoestacionarios, han tenido un desarrollo

escaso. Tienen un elevado coste debido al gran nmero de

satlites necesario y a la complejidad de estos. Aunque una razn

importante de esta falta de xito fue tambin el gran desarrollo en

redes mviles terrestres.

Ilustracin 5 PORCENTAJE EN EL CUAL SE UTILIZA EL SATLITE LEO

b) MEO (Medium earth orbit): son sistemas de rbita media, con

distancias entre 10.075 Km. y 20.125 Km. No tienen una posicin

relativa respecto a la superficie fija. Al estar a una altitud menor que

los GEO, se necesita un nmero mayor de satlites para obtener

cobertura mundial, aunque la latencia es tambin menor

c) HEO (highly elliptical orbit): Con una red de tres satlites

simtricamente repartidos, para volver a pasar sobre la misma

marca terrestre, se asegura la cobertura de 2 continentes del

planeta.

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SEGMENTO TERRESTRE: Dentro de este apartado podemos encontrarnos con dos tipos de elementos: los VSATs, situados en la zona usuaria y el hub que es la estacin central.

Estacin central o hub: El hub es la estacin central de una red VSAT y esta no es ms que una estacin ms dentro de la red pero con la particularidad de que es ms grande, ya que la antena es del orden de 15 metros de dimetro y maneja mayor potencia de emisin. El tiempo de instalacin de esta estacin es elevado, ronda las 4 semanas. Normalmente el hub suele estar situado en la sede central de la empresa.

El hub se divide en dos partes fundamentales, la unidad o terminal de radiofrecuencia y la unidad interior, que se expondrn a continuacin:

Ilustracin 6 PARTES DEL HUB

a) Unidad de radiofrecuencia: se encarga de la transmisin y recepcin de seales hacia o a travs del satlite.

b) Unidad interior: suele estar conectada al ordenador central de la empresa. Consta de diversas funciones como procesador de acceso al satlite o interferencia banda-base, pero la parte ms importante de esta unidad es el NMS (Network Management System), que no es ms que un ordenador que realiza las funciones ms importantes dentro de una red VSAT, como son:

- Configurar la red (estrella, malla,...) - Monitorizar el trfico entre terminales - Control y alarma - Funciones relativas al control de los terminales: - Habilitacin nuevos terminales - Actualizacin del SW de la red - Tareas administrativas: - Informe del trfico de cada estacin

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Estaciones VSAT o terminales: Estaciones mucho ms sencillas que el hub, y para su configuracin hay que tener en cuenta varios factores:

- Lugar de situacin de la antena - El tipo de red al que va a pertenecer

- El trfico que va a generar

El aspecto ms importante es el apuntamiento de la antena, que se puede hacer en base a:

- Como una primera aproximacin, se pueden tomar las

frmulas de los ngulos de azimut y elevacin

- Refinar el apuntamiento para que la potencia recibida sea

la mayor posible

Los terminales se dividen en dos partes, la unidad interior y la exterior, unida ambas por cable, que se expondrn a continuacin

Ilustracin 7 PARTES FUNDAMENTALES DEL TERMINAL

a) Unidad interior: se caracteriza por una serie de parmetro

como pueden ser nmero de puertos, tipo de puerto y velocidad

de los mismos. Se puede definir como una interfaz para los

terminales de usuario.

b) Unidad Exterior: bsicamente se compone de la antena y de componentes electrnicos. Los parmetro que definen esta unidad son entre otro el diagrama de radiacin de la antena, la finura espectral del transmisor y el PIRE que depende de la ganancia y potencia de la seal.

4.1 CLASIFICACIN VSAT

Existen varios parmetros por los que se pueden clasificar una red basada en la comunicacin por satlite, desde el tipo de topologa de red utilizada hasta el tipo de tecnologa de acceso de comunicacin por satlite en la que se basa para la transmisin de informacin.

Segn el tipo de tecnologa de acceso que utilizan podemos clasificarlas en:

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Redes VSAT: Red basadas primordialmente en el uso de tecnologas TDM/TDMA, aunque hay que decir que el resto de redes siempre hacen un uso ms o menos extendido de esta tecnologa.

Redes VSAT LAN: Redes VSAT SCPC: La comunicacin se realiza a travs de una

canal de forma que el usuario tiene una frecuencia y ancho de banda asignado de forma permanente.

Redes VSAT DAMA: Comunicacin directa entre sistemas VSAT remotos a travs de enlaces SCPC en un nico paso. Este tipo de redes utiliza los canales cuando el usuario as lo desea por lo que hace uso de varios canales de control (9,6kps/canal) con tecnologa TDM/TDMA. Dependiendo del proveedor se utilizan un numero determinado de canales con TDM para emisin Hub-VSAT y otra cantidad de canales con TDMA para emisin VSAT-Hub.

Las redes ms caractersticas o comunes que podemos encontrar, segn su topologa, son:

VSAT con topologa de estrella: Es el tipo de red ms comnmente utilizada para las comunicaciones. A partir de ahora, cuando nos refiramos a las VSAT estaremos hablando de aquellas que tienen esta topologa.

VSAT con topologa de malla: Este tipo de red permite la comunicacin directamente entre VSAT, al contrario que las redes con topologa de estrella, pero como consecuencia se requiere parablicas de mayor envergadura, de 3 o ms metros de dimetro.

USAT: Es la evolucin de los sistemas VSAT de topologa de estrella como consecuencia de la integracin de sistemas a bajo costo. La principal caracterstica de estos sistemas es la utilizacin de antenas pequeas, de aproximadamente 1 metro de dimetro.

Clasificacin segn tipo de red

a) Sistemas unidireccionales: Consiste en una nica estacin transmisora principal, el hub, por la cual son enviadas al satlite las seales, las cuales son posteriormente recibidas por un gran nmero de unidades receptoras (estaciones VSAT), tpicamente de menor tamao.La estacin transmisora enva la seal sobre una o varias portadoras a velocidades que estn comprendidas normalmente entre 19.2 Kbps y 2 Mbps. Las estaciones receptoras son muy sencillas y econmicas.

Ilustracin 8 SISTEMAS UNIDIRECCIONALES

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En este tipo de configuracin se pueden implementar un tipo de sistema llamado hbrido. El cual se implementa en base a un canal de retorno a travs de otra red diferente, por ejemplo red telefnica conmutada o RDSI.

Permiten prestar servicios interactivos asimtricos, por ejemplo navegacin por la Web para usuarios residenciales.

Ilustracin 9 SISTEMA HIBRIDO

b) Sistemas bidireccionales o interactivos: La arquitectura de estas redes es similar a las unidireccionales, el hub transmite informacin a las estaciones VSAT a velocidades similares pero las VSAT pueden transmitir informacin al hub, siempre a travs del satlite. Normalmente la capacidad disponible en el sentido de bajada es mayor que en el de subida. Estos sistemas pueden utilizarse para crear redes privadas virtuales (VPN) para empresas con muchas sucursales, en particular si estn situadas en reas rurales.

Ilustracin 10 SISTEMA BIDIRECCIONAL

4.2 USAT

Gracias a las mltiples aplicaciones a las cuales poda accederse a travs de sistemas VSAT, provoco una gran difusin de este tipo de redes a muchos mbitos del mercado. La proliferacin de antenas para accesos de usuarios, oficinas, hogares, etc. estimulo el perfeccionamiento de las

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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 vdeo digital, sino para accesos a las autopistas de la informacin. Como resultado, se obtiene un nuevo tipo de terminales de recepcin/emisin, los llamados USAT o terminales de apertura ultra pequea. (Ultra small aperture terminal). La reduccin del dimetro de la antena conllevaba un problema; las interferencias producidas por los satlites que compartan 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 disearon como un elipsoide que permite la reestructuracin del haz principal y de este modo evitar el choque con los haces de los satlites adyacentes. El bajo costo de los terminales USAT y el tamao reducido de sus antenas fue el principal atractivo de este sistema para los usuarios que vean aumentadas las posibilidades de uso de estos sistemas.

4.3 TOPOLOGAS DE RED UTILIZADAS EN VSAT

Las topologas ms utilizadas en un sistema VSAT son:

a) Estrella: En esta configuracin el nodo central gestiona todas las comunicaciones de la red, es decir, los terminales slo se comunican con la estacin central pero no entre ellas. Tanto las redes unidireccionales como las bidireccionales trabajan en esta configuracin.

Ilustracin 11 TOPOLOGIA ESTRELLA

b) Malla: Podemos hablar de configuracin en malla cuando los terminales o VSATs pueden mantener una comunicacin o enlace directo con otro sin necesidad del hub como en la topologa en estrella, pero siempre a travs del satlite de comunicaciones. Esto se produce cuando aumenta el tamao de las antenas o la sensibilidad de los receptores, por esta razn esta configuracin no es muy usada porque se necesitan mejores VSAT's. Las redes corporativas trabajan en esta configuracin.

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Ilustracin 12 TOPOLOGIA DE MALLA

i. Tcnicas de acceso.

En redes VSAT se suelen utilizar tcnicas punto multipunto, en la que se puede establecer comunicacin entre varios elementos. Para las configuraciones unidireccionales este estudio no tiene mucha relevancia, ya que el hub transmite y las VSATs escuchan (tcnica broadcast que no necesitan tcnicas de acceso). Debido a esto el estudio se centra en tcnicas de acceso en sistemas bidireccionales (tanto en malla o estrella que si necesitan tcnicas de acceso). A continuacin se expone las tcnicas de acceso ms comunes:

FDMA: Acceso mltiple por divisin en frecuencia. Se asigna parte del ancho de banda a cada portadora. Se necesita una zona de guarda entre las diferentes frecuencias, con lo que se desperdicia algo del ancho de banda.

TDMA: Acceso mltiple por divisin en el tiempo. Se asigna todo el ancho de banda a cada portadora durante un espacio de tiempo limitado llamado slot. Los slots forman una estructura peridica llamada trama de TDMA. Uno de los problemas que nos encontramos son los sincronismos de las diferentes fuentes de portadoras.

CDMA: Acceso mltiple por divisin de cdigo. Las portadoras pueden transmitir continuamente ocupando todo el ancho de banda. Tcnicas de espectro ensanchado evitan las interferencias.

Protocolos Aloha

Este tipo de protocolos, como aloha ranurado, aloha de rechazo selectivo y aloha de acceso aleatorio, son diferentes tipos de acceso por divisin en el tiempo aleatorio.

Segn sea el sistema se pueden utilizar diferentes topologas (malla, estrella) y por ello utilizar las tcnicas de acceso adecuadas a cada topologa:

1. Estrella: Las redes en estrella estn compuestas por un nmero

determinado de VSATs y un hub. Cada VSAT puede transmitir y recibir X

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canales correspondientes a las conexiones de los terminales unidos al

VSAT. El hub por su lado debe poder transmitir y recibir ese nmero de X

canales atendiendo a todos los VSATs. El ancho de banda del

transpondedor est dividido en dos:

a) Inbound (enlaces desde terminales hacia el hub): Una de las posibles soluciones en cuanto a las tcnicas de acceso al medio podra ser: la utilizacin de FDMA, ya que as los terminales disponen cada uno de una banda de frecuencia, y TDMA, ya que todos los terminales comparten el enlace de subida.

La informacin de cada terminal viaja multiplexada en el tiempo con la de los restantes VSATs. El Hub necesitar 1 receptor ya que slo existe una portadora.

b) Outbound (enlaces desde hub hacia los VSATs): Para este enlace las tcnicas de acceso al medio podran ser: FDMA, ya que el hub multiplexa en frecuencia la banda, y TDM, ya que toda la informacin que va del hub a los terminales va multiplexada en tiempo

2. Malla: Todos los VSATs deben poder establecer una conexin con otro

terminal a travs del satlite. Debido a esto y mediante un estudio de

posibles soluciones en cuanto a la mejor tcnica de acceso para esta

topologa se ha llegado a la de asignacin bajo demanda del enlace, que

nace de la necesidad de satisfacer conectividad absoluta entre VSATs.

Sin embargo este requerimiento es raro en este tipo de redes ya que lo

ms comn es que los VSATs se interconecten dos a dos. Se necesita

por ello un canal decontrol para solicitar la conexin con otro terminal. Una

conexin emplea 4 portadoras, 2 de subida (uplink) y 2 de bajada

(downlink). Por todo ello llegamos a la conclusin de que la mayor parte

de las redes comerciales con configuracin en malla utilizan FDMA con

asignacin bajo demanda.

4.4 ANLISIS DE RADIO ENLACE

El radioenlace debe disponer de un BER (bit error rate) adecuado para que la seal pueda ser utilizada por todos los dispositivos implicados en el sistema VSAT. Para ello el estudio se centra en reducir el BER a valores mnimos con un coste aceptable. A nivel fsico la eliminacin total de errores es imposible, por lo que tiene que ser a nivel de enlace el encargado de asegurar la transmisin libre de errores, mediante protocolos especialmente diseados para tal fin.

N portadoras originadas por estaciones VSATs son enviadas al satlite, el cual retransmite hacia al Hub. Este modula las seales en TDM en una nica portadora que se enva de nuevo al satlite y reenva a los VSATs de destino.

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Ilustracin 13 PORTADORAS EN LOS SISTEMAS VSAT

Esta portadora originada por una estacin transmisora es enviada al satlite, el cual amplifica la seal y la traslada en frecuencia, para ser reenviada a las estaciones receptoras. La portadora se ve afectada por diversas

Fuentes de ruido; trmico, interferencias e intermodulacin, que se vern a continuacin, y la suma de todos estos ruidos es el ruido total del enlace.

a) Ruido trmico: Es un tipo de ruido que aparece de forma aleatoria en los conductores debido a la agitacin de los electrones. En los sistemas VSAT aparece tanto en el canal ascendente como en el descendente. Se debe principalmente a dos causas: una natural, en la que interviene la tierra en los satlites y el firmamento en las antenas, y otra artificial, en la que la no linealidad de los componentes del receptor provoca ruido.

b) Ruido de interferencias: Parte de la potencia de una portadora es capturada por un transpondedor o una estacin terrena sintonizados a la frecuencia de una portadora adyacente. La causa de esta interferencia radica en un mal filtrado entre canales.

Las interferencias son seales no deseadas que se introducen en los receptores provenientes de otras transmisiones que usan las mismas bandas de frecuencias.

Debido a esto nos podemos encontrar con que en el enlace de subida son fuentes de este tipo de ruido las estaciones terrenas pertenecientes a otros sistemas geoestacionarios y las transmisiones terrestres por microondas. Para el enlace de bajada nos podemos encontrar con este tipo de ruido en satlites adyacentes y tambin las transmisiones terrestres por microondas.

Cabe sealar que este tipo de interferencias puede producirse tanto por antenas externas al sistema como por antenas del propio sistema de

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comunicaciones. Como veremos a continuacin, y debido a esto, las interferencias pueden ser internas o externas.

Internas: Ruido provocado por antenas del propio sistema de comunicaciones VSAT. Es debido principalmente a dos causas:

Interferencia Co-canal debido a dos casos:

a) Interferencia entre haces: Esta interferencia se debe a imperfecciones en el aislamiento entre haces geogrficamente separados (sistema multihaz), que para aprovechar mejor el ancho de banda, usan la misma banda de frecuencias, pero distinto haz. El solapamiento de los lbulos secundarios de los distintos haces ocasiona interferencias.

b) Interferencia por polarizacin cruzada: Este tipo de interferencia es causada por portadoras transmitidas por estaciones terrenas de otras redes que usan el mismo satlite, el mismo haz y utilizan una polarizacin ortogonal a la del sistema afectado.

Dentro de un mismo sistema VSAT, normalmente, se usa una sola polarizacin ortogonal, por lo que la utilizacin de dos no se usa, ya que si el aislamiento no es perfecto entre ambas polarizaciones, se producirn interferencias de una seal en la otra.

Interferencias por canal adyacente:

Ilustracin 14 INTERFERENCIA POR CANAL ARYACENTE

Externas

Ruido provocado por antenas ajenas al sistema VSAT, que utilizan la misma banda de frecuencias. Estas interferencias pueden ser provocadas por satlites adyacentes de otros sistemas o por otras estaciones terrestres.

Las interferencias se introducen en el enlace ascendente cuando a la antena del satlite receptor llegan varias portadoras transmitidas por estaciones terrestres pertenecientes a sistemas de satlites

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geoestacionarios adyacentes.

En el enlace descendente se producen interferencias cuando la antena del receptor en Tierra capta portadoras procedentes de satlites adyacentes. El problema suele ser especialmente importante en el enlace descendente, ya que las reducidas dimensiones de la antena provocan un aumento del ancho de haz, haciendo que la recepcin sea ms sensible a aquellas portadoras que llegan lateralmente

Ruido de intermodulacin: La presencia de varias portadoras en el amplificador no lineal del transponedor provoca la generacin de productos de intermodulacin, formando seales a frecuencias que son combinaciones lineales de las frecuencias de entrada. En la prctica solo tienen importancia los productos de intermodulacin 3 y 5, ya que son los que tienen un efecto significativo, debido a que los productos de intermodulacin decrecen con el orden del producto.

Por lo que debido a esto, cuando se utiliza un acceso TDMA (Acceso Mltiple por Divisin en el Tiempo) o TDM (Multiplexacin por Divisin en el Tiempo) no se producen intermodulaciones, debido a que se amplifica una portadora por cada slot de tiempo. Pero este no es el caso cuando se requiere utilizar un acceso FDMA, CDMA o hbridos, los cuales provocan ruidos de intermodulaciones

III. Ruido total del sistema

El ruido a la entrada del receptor es el resultado de la suma de las siguientes contribuciones:

Ruido trmico e interferencias en el enlace ascendente. Ruido de intermodulacin generado en la salida del transponedor y

transmitido al enlace descendente Ruido trmico e interferencias en el enlace descendente.

4.5 INFRAESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE UNA VSAT

Infraestructura

Los elementos bsicos que componen una VSAT, tanto en su segmento espacial y su segmento terrestre son:

Estacin VSAT

Estacin terrestre maestra (HUB): Sistema central que gestiona las comunicaciones entre las estaciones y las conexiones con otras redes. Se encarga de optimizar el acceso al satlite. Tambin realiza tareas como estadsticas, configurar estaciones remotas, control e informe del trafico cursado, mantenimiento, etc. Normalmente este tipo de tareas se encuentran centralizada en otro sistema de gestin independiente

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denominado NMS (network managament system)

Equipo remoto de concentracin de datos (Interfase Host) unido al HUB. (Host Computer).

Vsat Remote site: Equipos remotos de mdem unidos a la Vsat y al terminal de usuario.

Es interesante comentar los dos elementos ms importantes que forman parte del segmento terrestre del lado del usuario. Junto al sistema VSAT del usuario, se encuentra el receptor de la seal de satlite denomina LNB (bloqueador de ruido bajo) y el transmisor, que conjuntamente forma la unidad exterior del sistema. Para conseguir la conexin de este sistema con el televisor, PC, la red local o el servidor del usuario, existe un tablero de transmisin/recepcin conjuntamente a una interfaz que permite la unin lgica de ambos sistemas, los cuales se interconectan fsicamente a travs de un par de cables.

Funcionamiento

Una red VSAT puede estar compuesta por un gran nmero de estaciones VSAT y estar controladas por una estacin HUB

Ilustracin 15 ESQUEMA DE COMUNICACION QUE SE REALIZA A TRAVES

DE UNA VSAT

La siguiente figura muestra el esquema de comunicacin que se realiza a travs de una VSAT

El funcionamiento es como sigue. El contenido de la seal a emitir, ya sea datos, voz, fax, se origina en la estacin central, que posee una antena muy grande de 4.5 a 11 m. La estacin 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 est en posibilidad de ver, modificar y transmitir informacin de configuracin especfica hacia cada VSAT por separado. Por ejemplo, la red SATNET utiliza el protocolo SNMP para implementar este sistema de administracin.

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5. Aplicaciones de las redes VSAT Las aplicaciones de las redes VSAT se pueden dividir en dos grandes grupos, aplicaciones civiles y aplicaciones militares, segn el mbito de trabajo

5.1 Aplicaciones civiles

Como ya se ha visto las VSAT pueden ser de enlace unidireccional y bidireccional. Dependiendo del tipo de enlace que se establezca los servicios ofrecidos en la red cambian para satisfacer las necesidades existentes.

Enlace unidireccional:

- Ofertas de mercado y otras noticias broadcasting. - Educacin a distancia. - Distribucin de las tendencias financieras y anlisis - Introduccin de nuevos productos y lugares geogrficamente

dispersos. - Actualizacin de datos de mercado, noticias y catlogo de precios. - Distribucin de vdeo y programas de televisin. - Distribucin de msica en tiendas y lugares pblicos - Propaganda.

Enlace bidireccional:

- Transferencias interactivas entre computadores. - Videoconferencia de baja calidad. - Transferencias bancarias. - Distribucin remota de procesos de voz y telemetra. - Comunicacin de voz. - Servicios de emergencia. - Noticias por satlite (Satellite News Gathering). - Control y adquisicin de datos (SCADA).

5.2 Aplicaciones militares

Las redes VSAT han sido adoptadas por varias fuerza militares en el mundo, debido a la flexibilidad inherente de su despliegue, que permite tener instalados enlaces decomunicaciones temporales entre unidades en el campo de batalla, VSATs y cuarteles generales cerca del Hub.

Se usa la banda X, con canales de subida en el rango de 7.9 8.4 , y bajada en la banda de 7.25 7.75

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Ilustracin 16: APLICACION MOVIL DE COMUNICACION MEDIANTE VSAY

Es por ello que debido al alto grado de disponibilidad, utilizacin y ventajas en el campo de batalla, convierta a VSAT en una pieza clave de los cuerpos militares.

Disponibilidad global terrestre, utilizacin satelital lo que provoca que no se tengan que desplegar medios en el campo de batalla y ventajas debido al reducido tamao de las VSATs, que pueden ser transportadas con facilidad por los cuerpos militares

6. Ventajas y desventajas de VSAT

6.1 Ventajas

Las ventajas son numerosas en las redes VSAT, y su demanda por parte de la industria ha crecido rpidamente en los ltimos 10 aos. Estas ventajas se pueden englobar en tres grandes grupos: flexibilidad, fiabilidad y econmicas, que sern expuestas a continuacin.

Flexibilidad:

Una red VSAT se puede adaptar a las necesidades de la compaa debido al alto grado de configuracin de la red. Fcil gestin de la red.

Los enlaces asimtricos se adaptan a la red, debido a que la parte del Hub transmite mucha informacin hacia los VSATs, mientras estos responden con poca informacin hacia el Hub.

Los sistemas VSAT son fciles de reconfigurar y ampliar. Debido a esto si se cambian los VSATs de lugar, mientras est en la zona de cobertura del satlite, solo habr que modificar la orientacin de la antena.

El servicio es independiente de la distancia, ya que posee cobertura casi total e inmediata, con lo que se consigue una fcil y rpida implantacin en lugares de difcil acceso.

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Fiabilidad:

Los sistemas VSAT se suelen disear para tener una disponibilidad de la

red del 99.5% del tiempo y con una BER (parmetro fundamental que nos

determina la calidad de la seal) de 10-7.

Econmicas:

Debido a que la mayor parte de la red es propiedad de la empresa no es necesario contratar con terceros el alquiler de algn elemento (salvo el segmento espacial que suele tener unos precios muy estables) logrando que el presupuesto dedicado a comunicaciones se pueda establecer con gran exactitud.

Evita las restricciones de la red pblica, los fallos producidos en ella, con lo que se consigue un aumento de la productividad, ya que puede responder ms rpido y eficientemente a sus clientes

6.2. Desventajas

Podemos hacer una clasificacin de las desventajas que presentan los sistemas VSAT atendiendo a problemas econmicos, radioelctricos y de privacidad.

Econmicos

Las inversiones iniciales son muy elevadas, siendo en algunos casos poco competitivas en relacin con las redes terrestres. Una posible solucin que se lleva a cabo es alquilar el Hub a una tercera compaa debido al alto desembolso que supone este terminal.

Radioelctricos

Debido a que los sistemas VSAT introducen un retardo de propagacin tpico de 0.5 segundos (doble salto) puede resultar problemtico para ciertas aplicaciones, tmese el caso de telefona y videoconferencia.

Toda la red depende del satlite y este es sensible a interferencias provenientes de la tierra y del espacio, sobre todo las radiaciones solares. Si el satlite no est disponible se cae toda la red, por lo que este es una pieza fundamental en los sistemas VSAT. Para solucionar esto, si el problema es slo un transponedor, se puede hacer un cambio de frecuencia y/o polarizacin. En caso de fallar todo el satlite, habra que reorientar las antenas hacia otro satlite.

Privacidad

El uso de un satlite geoestacionario como repetidor hace posible que cualquier usuario no autorizado pueda recibir un mensaje. Una posible solucin a este problema es encriptar la informacin.

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7. Recuperacin ante posibles fallos

Todas las comunicaciones va satlite son arriesgadas por naturaleza. Es importante que el sistema disponga de:

- Manejadores de fallos: detecten los posibles fallos en la red, tales como interferencias o prdidas de seal.

- Procedimientos de restauracin: para solucionar estos posibles fallos lo ms rpido.

Es muy importante que se disponga de estos mecanismos para solventar los posibles problemas ante cualquier fallo, y estn presentes en el hub, los terminales y el satlite, ya que as se tendra cubierta toda la red VSAT ante estos posibles fallos. Las recuperaciones de estos dispositivos se vern a continuacin:

8. Futuro de las redes VSAT

Uno de los objetivos fundamentales de las redes VSAT para poder ampliar su mercado es conseguir unos precios competitivos con sus grandes rivales, los sistemas terrestres. Tambin podran competir con ellos ofreciendo servicios que los sistemas terrestres no pudieran ofrecer, servicios atractivos de cara a satisfacer necesidades que hoy por hoy no se puedan realizar por va guiada terrestre.

Una de las posibles soluciones, en cuanto a estaciones terrestres se refiere, para abaratar costes sera la disminucin de la antena utilizada en las estaciones receptoras. Pero esto conlleva asociado una disminucin de las prestaciones, ya que una disminucin de la antena supone mayor riesgo a interferencias.

La solucin ms probable nos llevara al desarrollo electrnico de la estacin terrestre. Con ello se conseguira la progresiva sustitucin de componentes analgicos por digitales, ya que estos ltimos pueden procesar la seal digitalmente, y ofrecera mucha flexibilidad a la seal para ser tratada mediante software.

Otro de los aspectos a tener en cuenta ser el de la demanda de los usuarios; interconexin de LANs, servicios multimedia y mviles, que se expondrn a continuacin; la utilizacin de satlites no geoestacionarios y satlites con procesador a abordo.

8.1. Interconexin de LANs

Hoy por hoy el entorno tradicional de un host que se comunica con otra estacin, se ha sustituido por LANs interconectadas entre s. Por ello lo que se pretende en este caso es interconectar estas LANs mediante VSAT.

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Ilustracin 17 EJEMPLO DE INTERCONECCION LAN

Uno de los obstculos que se oponen a este fin es la lenta velocidad de los sistemas VSAT frente a las tecnologas terrestres de cableado. No obstante cabe decir que el trfico que se genera entre LANs es mucho menor que el trfico que se genera en la propia LAN, por lo que el ancho de banda que se espera generar en los sistemas VSAT es menor de lo que se esperaba.

Por otra parte los protocolos de transporte utilizados actualmente requieren un ancho de banda muy grande, algo que en VSAT es muy caro. Y tambin la implementacin actual de TCP/IP no es el adecuado para la interconexin de LANs mediante este servicio.

Es por esto que seran necesarias nuevas versiones de los protocolos de transporte y TCP/IP para llevar a cabo este tipo de interconexiones mediante VSAT

8.2. Servicios multimedia

Hoy en da la demanda de los usuarios de los servicios de telecomunicaciones es cada vez mayor, es por ello que los usuarios quieren disponer de una combinacin de servicios que incluya texto, imgenes, audio y video en el PC, por lo que las redes VSAT separadas tendran que unirse para dar servicios conjuntamente. Para ello los protocolos de enlace deben soportar simultneamente dos tipos de trfico: trfico continuo (tpico de voz y video) y trfico a rfagas (tpico del intercambio de datos entre PCs, ya que el procesado no es en tiempo real).

8.3. Servicios mviles

Debido al pequeo tamao de la antena podemos establecer un enlace VSAT en cualquier lugar proporcionando servicios de voz, datos y video de baja velocidad.

Trabajando en la banda con antenas de 30 40 de dimetro en aquellas regiones que el cable o la fibra todava no han cubierto se pueden conseguir velocidades de hasta 2 /.

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8.4. Uso de satlites no geoestacionarios

VSAT fue diseado en un principio para operar con satlites geoestacionarios, pero debido a los avances en el uso de satlites no geoestacionarios, como pueden ser los proyectos IRIDIUM de Motorola o GLOBALSTAR de Loral, ambos pensados para la red mvil, podran ser estos utilizados para aplicaciones VSAT.

8.5. Satlites con procesador a bordo

En los ltimos aos se maneja la posibilidad de utilizar satlites con un procesador de abordo, lo cual implicara sustituir el Hub terrestre por este dispositivo situado en el satlite. Con ello se conseguira reducir considerablemente los retrasos introducidos en el sistema VSAT, ya que se evitara los caminos de bajada y subida del Hub.

9. VSAT vs tecnologas cableadas

Los sistemas VSAT compiten con otras tecnologas existentes, como puede ser la red conmutada de paquetes o las redes fibra ptica. Estos sistemas VSAT son interesantes para realizar conexionados con lugares geogrficamente de difcil acceso. Aqu es donde VSAT tiene su mayor ventaja, ya que, puede realizar enlaces (conexiones) muy rpidamente y sin tener que desplegar casi medios para tal fin. Sin embargo para las tecnologas cableadas se necesitara desplegar muchos medios hasta llegar hasta a ese lugar, ya que se tiene que tener unidos mediante cable, fibra todos los nodos a los que se pretende dar conexin.

Las redes VSAT son mucho ms caras, inversin inicial y mantenimiento, en comparacin con las tecnologas cableadas, lo que supone un gran acercamiento a estas ltimas debido a su bajo coste, lo que implica una mayor demanda y por consiguiente una disminucin paulatina de los precios. Pero para VSAT su mayor aliado es la rapidez de despliegue, la cobertura global, coste insensible a la distancia, redes fcilmente ampliables y una disminucin de los costes a mayor nmero de terminales (VSATs).

Los sistemas VSAT son una muy buena opcin en cuanto a calidad, eficacia, rapidez de despliegue y cobertura se refiere, ya que no depende de redes pblicas y estas redes privadas son de uso exclusivo de las compaas que las contratan.

Especial inters tienen les redes VSAT en pases, regiones donde la infraestructura de red no est bien desarrollada, ya que para montar una red cableada se requiere un gran despliegue y una gran inversin inicial. Debido a esto las VSAT se plantean como una alternativa muy buena debido a la rapidez y coste inicial, ya que el coste inicial es menor que una red que se tuviera que cablear por completo.

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Las comunicaciones va satlite pueden ofrecer servicios complementarios a las redes terrestres, especialmente en el caso de usuarios muy dispersos geogrficamente, a lo que hay que aadir que la especial naturaleza de difusin de los satlites los convierte en la eleccin ideal para las transmisiones punto-multipunto.

Una comparacin en cuanto a precio sera la siguiente (datos actualizados de Telefnica on-line):

VSAT: el precio sera por punto remoto, durante un periodo mnimo de conexin de un ao. A esto hay que sumarle el cableado desde la central de la empresa al Hub alquilado, en caso de serlo, o desembolsar una cantidad muy grande por la compra del mismo. Un ejemplo es de 0 a 100km unos 1000$ Americanos.

Circuito alquilado dedicado: modelo elegido es un circuito digital 200B. 60V.

ADSL pblica: modelo 10Mb + alquiler de lnea.

Ilustracin 18 TABLA COMPARATIVA DE PRECIOS

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10. Bibliografa

[ 0] REDES DE COMPUTADORAS. ANDREW S. TANENBAUM. PRENTICES HALL.

[ 1] INFORME DEL GRUPO DE TRABAJO SOBRE EL USO DE TERMINALES DE APERTURA MUY PEQUEA (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 "COMPILACIN DE LAS APLICACIONES DE REDES VSAT EN LAS AMRICAS" 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: COMUNICACIN POR SATELITE. http://www.gr.ssr.upm.es/rcii/listatps.htm

Documents

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