ESTACIONES EN PLATAFORMAS A GRAN ALTITUD

ESTACIONES EN PLATAFORMAS A GRAN ALTITUD (HAPS)

HIGH ALTITUDE PLATFORM STATIONS (HAPS)

Carlos Davensor Nava,

Alejandro Ospina Gil.

Estudiantes de Ingeniería de Telecomunicaciones

Universidad Santo Tomas, Medellín, Colombia.

E-mail: aoggil@hotmail.com, dave_nava@hotmail.com

Resumen: En el presente artículo, centrado en las futuras comunicaciones a través de plataformas estratosféricas, se abordaran inicialmente en que consiste este tipo de tecnología y su estado actual como su situación futura. Además se ilustrara las causas por las cuales se dio la necesidad del desarrollo de esta tecnología y quien fue su desarrollador; también se abordara la normatividad que rige esta tecnología lo cual es de gran importancia en la actualidad. El fin de este estudio consiste en reconocer todos los aspectos de importancia que influyen en este tipo de tecnología y todos los factores que se deben tener en cuenta al momento de ser implementada.

Palabras clave: HAPS, arquitectura de red, satélites, estaciones, estratosfera, estaciones en plataformas a gran altitud.

Abstract: This article is centered in the futures communications through stratospheric platforms, initially will be explain what kind of technology and state we have actually, also. We'll show why we need this technology and its development and who is his creator; besides, we show the rules for its use which is very important today. The propose of this study is to acknowledge what kind of elements affect this technology and the factors to implement it.

Keywords: HAPS, network architecture, satellites, stations, stratosphere, high altitude platform stations.

1. INTRODUCCION

Una de las alternativas tecnológicas para ayudar a resolver el problema de acceso que plantean las diversas redes de banda ancha en la actualidad son las redes/sistemas basadas en HAPS (High Altitude Platform Stations). Con el acróstico HAPS, la UIT-R denomina a las estaciones radioeléctricas que pueden embarcarse en globos o aviones estratosféricos no tripulados o planeadores y, que pueden volar entre 20 y 50 Km. de altura sobre la superficie terrestre (La estratosfera). Dichas estaciones cumplen funciones idénticas a las que hoy pueden realizar los equipamientos embarcados en satélites artificiales de la Tierra con lo que los sistemas basados en HAPS serán competidores directos de los sistemas satelitales de órbita baja 200 y 1200 Km. (LEO).

Los sistemas HAPS son relativamente nuevos y aun no se han implementado fuertemente, pero se sabe que muy pronto serán el reemplazo de los sistemas satelitales de órbita baja ya que posee muchas características que los hacen más eficientes, las cuales serán ilustradas más adelante. La causa de que esta clase de redes haya tardado tanto en aparecer es por diversos problemas como los cálculos para obtener una altura optima, limitaciones debido a la potencia ya que todos los tipos de HAPS requieren electricidad para poder mantener su carga útil por lo que utilizan baterías o motores haciendo que su tiempo de emisión sea muy reducido y necesiten de recargas y tecnología para mantenerlos en posiciones fijas.

Los HAPS combinan los beneficios de comunicaciones en tierra y satelitales, pues la

perdida de espacio libre es mucho menor comparado con los satélites y su sombra es limitada si tiene grandes ángulos de elevación. El tamaño de la celda es mucho más limitado debido al patrón de radiación de su antena comparado con un perfil terrestre, pero su bajo costo y su rápido ensamblaje lo hacen ideal para casi todo propósito.

2. TECNOLOGIA

El sistema central comprende una plataforma de gran altitud situada en la estratosfera, en un emplazamiento fijo con respecto a la tierra, que funciona como estación repetidora (HAPS), como se indica en la Fig 1.

Fig 1. Configuración de una red por medio de HAPS

Como podemos apreciar en la Fig 1. Los sistemas HAPS están constituidos básicamente por tres elementos:

Dispositivos de usuarios: Son dispositivos que comunican directamente con la carga útil del HAPS. Las terminales de usuario constan de una antena con su unidad de interfaz digital.

Plataforma HAPS: Es la unidad aérea ubicada en la estratosfera que contiene el repetidor de radiocomunicaciones o carga útil, esta carga útil contiene una gran unidad de conmutación normalizada ATM, para la distribución correcta de los servicios.

Estaciones de cabecera: Estas están ubicadas en tierra y facilitan la interconexión con la red pública de telecomunicaciones como la Red Telefónica Publica Conmutada (RTPC), conmutación de paquetes de datos o internet. La mayoría de estaciones de cabecera son autónomas y funcionan por control a distancia desde los centros de control de los HAPS.

2.1 Tipos de plataformas estratosféricas

En general se presentan dos tipos de aeronaves HAPS: las de uso puntual en el tiempo y las fijas. Las primeras pueden dar servicio por periodos cortos de tiempo y son aeronaves tripuladas como la ilustrada en la Fig 2. Por el contrario las plataformas fijas constituidas por planeadores son las que están conllevando mayor actividad ya que son mucho más rentables debido a que no son tripuladas y no deben hacer retorno a tierra, a pesar de que estas plataformas requieren de tres condiciones muy estrictas: estar fuera de rutas aéreas comerciales, precisión de la posición de las aeronaves y mayor continuidad del servicio por lo que hacer cumplirlas de manera remota fue algo complejo. En la Fig 3. Podemos observar un ejemplo de aeronave fija.

Fig 2. Aeronave de uso puntual en el tiempo.

Fig 3. Aeronave de uso fijo.

La decisión de utilizar alguno de estos tipos de HAPS no solo depende de las necesidades de los usuarios finales sino también de diversos factores

como: el uso de bandas de frecuencia mínimo requerido lo cual depende de las condiciones atmosféricas del medio al cual se pretende cubrir con el servicio, estas condiciones van desde lluvias hasta gases atmosféricos y la cantidad de estaciones de cabecera a las que se tenga acceso.

2.2 Descripción del sistema típico basado en HAPS

Un sistema HAPS típico puede presentar los siguientes aspectos: La nave aérea se alimenta con energía eléctrica necesaria para el mantenimiento estable del sistema y el funcionamiento de la misión de comunicaciones, a partir de baterías solares que van en la superficie superior de la nave aérea y con baterías secundarias que se cargan para la utilización nocturna. La nave aérea va equipada con una antena de haz multipuntual en su parte inferior que establece los enlaces de acceso a las estaciones situadas en el suelo con un ángulo de elevación mínimo. Cada haz formado por la antena multipuntual corresponde a un punto

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