Análisis de los Satélites de Alto Rendimiento (HTS)

Análisis de los Satélites de Alto Rendimiento (HTS)

Con los resultados de los cálculos de C/I presentados en base a las redes satelitales más cercanas a la posición orbital que pretendemos explotar, se puede observar que el uso de las bandas Ku y C es muy limitado, esto debido a que al ser bandas de frecuencia comerciales son muchos los operadores que tratan de explotarlas por lo que cuentan con varias aplicaciones a la UIT con mayor prioridad ante nuevos proyectos satelitales.

En este sentido, el presente trabajo también tiene como objetivo el plantear una solución práctica para la implementación de una nueva red satelital y describir una visión general de los satélites geoestacionarios de alto rendimiento en Banda Ka para servicios fijos por satélite (FFS), también conocidos como High Throughput Satellites (HTS), en comparación con los satélites convencionales actuales.

Este análisis describirá la situación actual del mercado, así como la creciente demanda de los servicios fijos de banda ancha satelital. En otras secciones se detallarán los rangos de frecuencia de Banda Ka disponibles, así como las características técnicas más relevantes en estos sistemas, frente a los satélites convencionales, tales como: eficiencia, cobertura, atenuación, ganancia de antena, pérdidas de espacio libre, y la técnica de reúso de frecuencias de la cual se brindará mayor detalle.

Descripción de la situación actual del mercado satelital

En los últimos años la demanda de servicios de Banda ancha satelital a nivel mundial ha incrementado exponencialmente, por lo cual surgió la necesidad de contar con nuevas soluciones que faciliten cubrir esta demanda. El estudio “Broadband Satellite Markets” realizado por Northern Sky Research (NSR) en Diciembre de 2012, revelo que la cantidad de subscriptores de servicios satelitales superaron los 1.5 millones, la mayoría de esta demanda está enfocada en Norteamérica; este estudio estimo que para el 2016 la demanda total se duplique y el 2020 se estima llegar a 5.8 millones de suscriptores. La razón de este incremento de suscriptores está principalmente ligada al crecimiento conjunto de la demanda en Europa, Norteamérica y Latinoamérica, por servicios de banda ancha en áreas donde aún no se logra cubrir con tecnologías convencionales.

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Figura  xx. Subscriptores al Servicio de Banda Ancha satelital

Fuente: NSR

Por otra parte, cada vez son más las aplicaciones de inscripción de redes satelitales enviadas a la UIT, lo que dificulta el encontrar posiciones orbitales para Satélites Geoestacionarios. Siendo que las posiciones orbitales que se encuentran sobre las áreas poblacionales más densas son las más congestionadas de nuevas redes satelitales de los operadores tradicionales y los nuevos lanzamientos de satélites en Bandas C, Ku y Ka corresponden en su mayoría al reemplazo de los satélites que se encuentran finalizando su tiempo de vida útil, en la mayoría de casos es de 15 años.

Estas dificultades a la hora de realizar la implementación de un proyecto satelital se tradujo en la fabricación de nuevos satélites basándose en el uso de la Banda Ka; las ventajas del uso de esta banda son que al operar con un rango de frecuencia más amplio y mayor a la de las Bandas C y Ku permite diseñar satélites con capacidades muy superiores a los convencionales. Este concepto de satélites de alto rendimiento no está definido totalmente, sin embargo de acuerdo a la comparación de los satélites convencionales con estos llamados de alto rendimiento se puede definir a los últimos como satélites que cuentan con una capacidad de por lo menos 20 veces más que la de un satélite convencional, es decir mayor a 40 Gbps en promedio.

La primera generación de satélites HTS de órbita geoestacionaria se inició el año 2005 con el lanzamiento del Thaicom-4 (operado por IPSTAR) que operaba en Banda Ku su área de cobertura estaba definida para Asia-Pacifico, siendo este el único satélite en Banda Ku que cuenta con 84 spot beams (haces puntuales) y una capacidad total de 45 Gbps. Lso siguientes satélites fueron utilizando el espectro de Banda Ka, en el año 2010 la empresa europea Eutelsat lanzo su satélite Ka-Sat que contaba con una capacidad de 70 Gbps.

En Estados Unidos, la compañía Wildblue, adquirida por Viasat INC, lanzo el año 2012 el satélite ViaSat-1 una capacidad de más de 140 Gbps, mediante 72 spot beams suministrados por 20 Estaciones Terrenas.

En 2012 el operador Hughes Communications lanzo el satélite Jupiter-1, cuya capacidad supera los 100 Gbps, mediante 60 Spot beams de 750 MHz abastecidos desde 15 Estaciones Terrenas. De esta manera varios países como USA, Nigeria, Japón entre otros, lanzaron y operaron satélites con capacidades menores a 10 Gbps siendo la base para la siguiente generación de satélites HTS.

El ver los avances que se realizaron en los últimos años en el uso de la Banda Ka permitió que los operadores satelitales incluyan esta banda en los lanzamientos de nuevos satélites que reemplazan a los que se encuentran actualmente en orbital. Tal es el caso del operador HISPASAT que lanzo en Mayo de 2013 el satélite Amazonas-3, reemplazando al Amazonas-1, cuya nueva capacidad adiciona nueve spot beams de Banda Ka en varios países de Sudamérica.

Otras iniciativas a ser mencionadas fueron las siguientes:

• El operador Inmarsat Global Xpress con una flota de tres satélites, el primero  lanzado a finales del 2013 y los otros dos lanzados en 2014.
• La empresa AVANTI cuyo satélite Hylas-3 estará comercialmente activo el año 2016.
• El operador brasilero STARONE cuyo satélite STARONE D1 entrara en operación en abril del año 2016.
• El operador INTELSAT cuyo programa satelital EPIC-NG consistirá en el lanzamiento de satélites de Nueva Generación HTS.

Por otro lado, en el estudio de NSR se comenta que la empresa O3B se encuentra en el despliegue de una constelación de 8 satélites de órbita media con cobertura en diversas ciudades del mundo. Los satélites cuentan con 12 haces, dos se utilizarán para comunicación con la Estación Terrena y los restantes diez serán para fines comerciales. Cada haz tiene una capacidad 216 MHz de subida y 216 MHz de bajada lo que permite una capacidad por haz hasta 1.2 Gbps en lugares secos, y 84 Gbps en toda la constelación.

El lanzamiento de los 4 primeros satélites se realizó en Junio del 2013 y los siguientes 4 satélites fueron lanzados en el año 2014. El objetivo fundamental de este proyecto es el de brindar servicios de Backhaul celular para 3G, 4G/LTE y de enlaces dedicados de capacidades de hasta 1 Gbps. A diferencia de los satélites geoestacionarios, las terminales de seguimiento doble que se requiere en tierra limitarán su aplicabilidad a servicios para usuarios finales debido al incremento de costos en la terminal.

Este estudio también realizo una proyección del incremento de la demanda para los diferentes tipos de servicios en banda ancha, siendo que los servicios a través de satélites HTS se incrementan exponencialmente.

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Figura  xx. Proyección de la demanda de Banda Ancha Satelital

Fuente: NSR

2.2 Disponibilidad de la Banda Ka

La atribución de frecuencias en el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT establece que para Servicios Fijos por Satélite (FSS) de Banda Ka el rango de frecuencias se encuentra entre 17.3 y 31 GHz.

Este rango es bastante amplio, en comparación con las Bandas C y Ku, sin embargo es totalmente necesario hacer una buena distribución y buen uso de esta porción del espectro radioeléctrico, con la finalidad de contar con una eficiente la prestación de servicios satelitales en esta nueva generación, con la que se puede proveer grandes capacidades de Gbps.

2.2.1 Bandas identificadas para servicios fijos

Basado en la asignación de frecuencias establecido en el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT establece que el rango de 29.46 – 30 GHz (540 MHz) es utilizable en las tres regiones de la ITU para el enlace ascendente (Uplink) y 19.7 – 20.2 GHz (500 MHz) para el enlace descendente (Downlink), ambos rangos son ideales para los enlaces hacia los terminales.

Por otro lado el rango de 17.3 – 17.7 GHz (400 MHz) es utilizable únicamente en la Región 1 para enlaces de conexión descendentes de FSS y el rango 18.3 – 19.3 GHz (1 GHz) es utilizable únicamente en la Región 2 para enlaces de conexión descendentes de FSS.

2.2.2 Bandas utilizadas por varias administraciones

Se tiene disponible el rango de 28.45 – 28.94 GHz para Uplink y el rango 19.7 – 20.02 GHz para Downlink en las tres regiones de la UIT. La utilización de estos rangos está sometida a la aprobación de la administración de cada país, donde se debe conseguir autorización para brindar los servicios que se requieran.

2.2.3 Bandas con los mismos derechos para satélites GEO y NO-GEO

En éstas Bandas pueden darse servicios de orbita GEO y NO-GEO de forma coordinada sin causar interferencias perjudiciales el uno al otro. El rango disponible entre las bandas de 18.6 – 18.8 GHz y 28.5 – 29.5 GHz pueden ser utilizados por FSS GEO en las 3 regiones ITU, previas coordinaciones con redes NO-GEO que están en proceso de lanzamiento o que se encuentren en órbita. Las redes Iridium y O3B hacen uso de este espectro en órbita NO-GEO.

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