El acceso a Internet por satélite o Banda Ancha por Satélite es el acceso a Internet proporcionado a través de satélites de comunicación . El servicio de Internet satelital moderno para consumidores generalmente se brinda a usuarios individuales a través de satélites geoestacionarios que pueden ofrecer velocidades de datos relativamente altas, [1] y los satélites más nuevos utilizan la banda Ku para alcanzar velocidades de datos descendentes de hasta 506 Mbit/s . [2] Además, se están desarrollando nuevas constelaciones de Internet por satélite en órbita terrestre baja para permitir el acceso a Internet de baja latencia desde el espacio.
Tras el lanzamiento del primer satélite, el Sputnik 1 , por parte de la Unión Soviética en octubre de 1957, Estados Unidos lanzó con éxito el satélite Explorer 1 en 1958. El primer satélite de comunicaciones comerciales fue el Telstar 1 , construido por Bell Labs y lanzado en julio de 1962.
La idea de un satélite geosincrónico (uno que pudiera orbitar la Tierra por encima del ecuador y permanecer fijo siguiendo la rotación de la Tierra) fue propuesta por primera vez por Herman Potočnik en 1928 y popularizada por el autor de ciencia ficción Arthur C. Clarke en un artículo en Wireless World. en 1945. [3] El primer satélite que alcanzó con éxito la órbita geoestacionaria fue Syncom3 , construido por Hughes Aircraft para la NASA y lanzado el 19 de agosto de 1963. Se adoptaron generaciones sucesivas de satélites de comunicaciones con mayores capacidades y características de rendimiento mejoradas para su uso en la transmisión de televisión. , aplicaciones militares y fines de telecomunicaciones. Tras la invención de Internet y la World Wide Web, los satélites geoestacionarios despertaron interés como medio potencial para proporcionar acceso a Internet.
Un importante facilitador de Internet por satélite ha sido la apertura de la banda K a para satélites. En diciembre de 1993, Hughes Aircraft Co. solicitó a la Comisión Federal de Comunicaciones una licencia para lanzar el primer satélite de banda K, Spaceway . En 1995, la FCC convocó a más aplicaciones satelitales en banda K a, atrayendo solicitudes de 15 empresas. Entre ellos se encontraban EchoStar , Lockheed Martin , GE-Americom , Motorola y KaStar Satellite, que más tarde se convirtió en WildBlue .
Entre los aspirantes destacados en el sector de Internet satelital en etapa inicial se encontraba Teledesic , un proyecto ambicioso y finalmente fallido financiado en parte por Microsoft que terminó costando más de 9 mil millones de dólares. La idea de Teledesic era crear una constelación de Internet por satélite de cientos de satélites en órbita baja en la frecuencia de banda K a , proporcionando acceso a Internet económico con velocidades de descarga de hasta 720 Mbit/s. El proyecto fue abandonado en 2003. El fracaso de Teledesic, junto con las declaraciones de quiebra de los proveedores de comunicaciones por satélite Iridium Communications Inc. y Globalstar , apagó el entusiasmo del mercado por el desarrollo de Internet por satélite. El primer satélite para consumidores preparado para Internet se lanzó en septiembre de 2003. [4]
En 2004, con el lanzamiento de Anik F2 , el primer satélite de alto rendimiento , entró en funcionamiento una clase de satélites de próxima generación que proporciona capacidad y ancho de banda mejorados. Más recientemente, los satélites de alto rendimiento, como el satélite ViaSat-1 de ViaSat en 2011 y el Júpiter de HughesNet en 2012, han logrado mejoras adicionales, elevando las velocidades de datos descendentes de 1 a 3 Mbit/s hasta 12 a 15 Mbit/s y más. Los servicios de acceso a Internet vinculados a estos satélites están dirigidos principalmente a los residentes rurales como una alternativa al servicio de Internet mediante acceso telefónico, ADSL o FSS clásicos . [5]
En 2013, los primeros cuatro satélites de la constelación O3b se lanzaron a la órbita terrestre media (MEO) para proporcionar acceso a Internet a los "otros tres mil millones" de personas que en ese momento no tenían un acceso estable a Internet. Durante los siguientes seis años, 16 satélites más se unieron a la constelación, ahora propiedad de SES y operada por ella . [6]
Desde 2014, un número cada vez mayor de empresas anunciaron que trabajan en el acceso a Internet utilizando constelaciones de satélites en órbita terrestre baja . SpaceX , OneWeb y Amazon planean lanzar más de 1.000 satélites cada uno. Solo OneWeb recaudó 1.700 millones de dólares en febrero de 2017 para el proyecto, [7] y SpaceX recaudó más de mil millones solo en el primer semestre de 2019 para su servicio llamado Starlink [8] y esperaba más de 30.000 millones de dólares en ingresos para 2025 gracias a su constelación de satélites. . [9] [10] Muchas constelaciones planificadas emplean comunicación láser para enlaces entre satélites para crear efectivamente una columna vertebral de Internet basada en el espacio .
En septiembre de 2017, SES anunció la próxima generación de satélites y servicios O3b, denominada O3b mPOWER . La constelación de 11 satélites MEO entregará 10 terabits de capacidad a nivel mundial a través de 30.000 haces puntuales para servicios de Internet de banda ancha. Los dos primeros satélites O3b mPOWER se lanzaron en diciembre de 2022, y nueve más están programados para su despliegue en 2023-2024 y se espera que el servicio inicial comience en el tercer trimestre de 2023. [11] [12]
Desde 2017, aerolíneas como Delta y American han introducido Internet por satélite como medio para combatir el ancho de banda limitado en los aviones y ofrecer a los pasajeros velocidades de Internet utilizables. [13]
Las empresas que brindan servicio de Internet residencial en los Estados Unidos de América incluyen ViaSat , a través de su marca Exede , EchoStar , a través de su filial HughesNet , Starlink y Project Kuiper . [14]
La UE tiene previsto iniciar el proyecto IRIS² en la década de 2020. [15]
A partir de 2023, China está en el proceso de desarrollar su propia constelación de Internet satelital de propiedad estatal , administrada por Chinasat . [dieciséis]
La principal oferta de la India en el espacio es desarrollada por Jio y se llama JioSpaceFiber . [17] Se dio a conocer en el Congreso Móvil de India de 2023 . Y es a partir de 2023, licencias entretenidas para Starlink y Project Kuiper. [18]
Internet por satélite generalmente se basa en tres componentes principales: un satélite (históricamente en órbita geoestacionaria (o GEO), pero ahora cada vez más en órbita terrestre baja (LEO) o en órbita terrestre media ( MEO) [19] ; una serie de estaciones terrestres conocidas como puertas de enlace que retransmiten Datos de Internet hacia y desde el satélite a través de ondas de radio ( microondas ) y otras estaciones terrestres para atender a cada abonado, con una pequeña antena y un transceptor . Otros componentes de un sistema de Internet satelital incluyen un módem en el extremo del usuario que vincula la red del usuario con el transceptor y un centro de operaciones de red (NOC) centralizado para monitorear todo el sistema. Trabajando en conjunto con una puerta de enlace de banda ancha, el satélite opera una topología de red en estrella donde todas las comunicaciones de la red pasan a través del procesador central de la red, que se encuentra en el centro de la estrella. Con esta configuración, la cantidad de estaciones terrestres que se pueden conectar al hub es prácticamente ilimitada.
Como centro de las nuevas redes satelitales de banda ancha se comercializa una nueva generación de satélites GEO de alta potencia ubicados a 35.786 kilómetros (22.236 millas) sobre el ecuador, que funcionan en modo de banda Ka (18,3–30 GHz). [20] Estos nuevos satélites especialmente construidos están diseñados y optimizados para aplicaciones de banda ancha, empleando muchos haces puntuales estrechos, [21] que apuntan a un área mucho más pequeña que los haces anchos utilizados por los satélites de comunicaciones anteriores. Esta tecnología de haz puntual permite a los satélites reutilizar el ancho de banda asignado varias veces, lo que les permite alcanzar una capacidad general mucho mayor que los satélites de haz ancho convencionales. Los haces puntuales también pueden aumentar el rendimiento y la consiguiente capacidad al concentrar más potencia y aumentar la sensibilidad del receptor en áreas concentradas definidas. Los haces puntuales se designan como uno de dos tipos: haces puntuales de abonado, que transmiten hacia y desde el terminal del lado del abonado, y haces puntuales de puerta de enlace, que transmiten hacia y desde una estación terrestre del proveedor de servicios. Tenga en cuenta que salirse del estrecho espacio de un haz puntual puede degradar significativamente el rendimiento. Además, los haces puntuales pueden imposibilitar el uso de otras nuevas tecnologías importantes, incluida la modulación "portadora en portadora ".
En combinación con la tecnología de haz puntual del satélite, tradicionalmente se ha empleado en la red una arquitectura de tubo doblado, en la que el satélite funciona como un puente en el espacio, conectando dos puntos de comunicación en tierra. El término "tubo doblado" se utiliza para describir la forma de la ruta de datos entre las antenas emisora y receptora, con el satélite colocado en el punto de la curva. En pocas palabras, la función del satélite en esta disposición de red es transmitir señales desde el terminal del usuario final a las puertas de enlace del ISP y viceversa sin procesar la señal en el satélite. El satélite recibe, amplifica y redirige una portadora en una frecuencia de radio específica a través de una ruta de señal llamada transpondedor. [22]
Algunas constelaciones de satélites en LEO, como Starlink y la constelación propuesta de Telesat , emplearán equipos de comunicación láser para enlaces ópticos entre satélites de alto rendimiento. Los satélites interconectados permiten el enrutamiento directo de los datos de los usuarios de un satélite a otro y crean de manera efectiva una red de malla óptica basada en el espacio que permitirá una gestión perfecta de la red y la continuidad del servicio. [23]
El satélite tiene su propio conjunto de antenas para recibir señales de comunicación desde la Tierra y transmitir señales a su ubicación de destino. Estas antenas y transpondedores forman parte de la "carga útil" del satélite, que está diseñada para recibir y transmitir señales desde y hacia varios lugares de la Tierra. Lo que permite esta transmisión y recepción en los transpondedores de carga útil es un subsistema repetidor (equipo de RF (radiofrecuencia)) utilizado para cambiar frecuencias, filtrar, separar, amplificar y agrupar señales antes de encaminarlas a su dirección de destino en la Tierra. La antena receptora de alta ganancia del satélite pasa los datos transmitidos al transpondedor que los filtra, traduce y amplifica, luego los redirige a la antena transmisora a bordo. Luego, la señal se enruta a una ubicación terrestre específica a través de un canal conocido como portadora. Además de la carga útil, el otro componente principal de un satélite de comunicaciones se llama bus, que comprende todo el equipo necesario para mover el satélite a su posición, suministrar energía, regular las temperaturas de los equipos, proporcionar información de seguimiento y estado y realizar muchas otras tareas operativas. [22]
Junto con los espectaculares avances en la tecnología satelital durante la última década, los equipos terrestres han evolucionado de manera similar, beneficiándose de mayores niveles de integración y una mayor potencia de procesamiento, ampliando los límites tanto de capacidad como de rendimiento. El Gateway —o Gateway Earth Station (su nombre completo)— también se conoce como estación terrestre, telepuerto o hub. El término se utiliza a veces para describir sólo la parte del plato de antena, o puede referirse al sistema completo con todos los componentes asociados. En resumen, la puerta de enlace recibe señales de ondas de radio del satélite en el último tramo de la carga útil de regreso o ascendente, transportando la solicitud que se origina en el sitio del usuario final. El módem satelital en la ubicación de la puerta de enlace demodula la señal entrante de la antena exterior en paquetes IP y envía los paquetes a la red local. Los servidores/pasarelas de acceso gestionan el tráfico transportado hacia/desde Internet. Una vez que los servidores de la puerta de enlace han procesado la solicitud inicial, enviada y devuelta desde Internet, la información solicitada se devuelve como una carga útil directa o descendente al usuario final a través del satélite, que dirige la señal al terminal del abonado. Cada puerta de enlace proporciona la conexión a la red troncal de Internet para los haces de puerta de enlace a los que sirve. El sistema de pasarelas que componen el sistema terrestre satelital proporciona todos los servicios de red para la conectividad satelital y terrestre correspondiente. Cada puerta de enlace proporciona una red de acceso multiservicio para conexiones de terminales de abonados a Internet. En los Estados Unidos continentales, debido a que está al norte del ecuador, todas las antenas parabólicas de entrada y de abonado deben tener una vista sin obstáculos del cielo del sur. Debido a la órbita geoestacionaria del satélite, la antena de entrada puede permanecer apuntada a una posición fija.
Para que el equipo proporcionado por el cliente (es decir, PC y enrutador) acceda a la red satelital de banda ancha, el cliente debe tener instalados componentes físicos adicionales:
En el extremo más alejado de la unidad exterior suele haber una pequeña antena de radio tipo plato reflectante (de 2 a 3 pies, de 60 a 90 cm de diámetro). La antena VSAT también debe tener una vista sin obstáculos del cielo para permitir una línea de visión (LOS) adecuada con el satélite. Hay cuatro configuraciones de características físicas que se utilizan para garantizar que la antena esté configurada correctamente en el satélite, que son: azimut , elevación, polarización y sesgo . La combinación de estos ajustes le da a la unidad exterior una LOS con respecto al satélite elegido y hace posible la transmisión de datos. Estos parámetros generalmente se configuran en el momento de instalar el equipo, junto con una asignación de haz ( solo banda K a ); Todos estos pasos deben tomarse antes de la activación real del servicio. Los componentes de transmisión y recepción normalmente se montan en el punto focal de la antena que recibe/envía datos desde/hacia el satélite. Las partes principales son:
El módem satelital sirve como interfaz entre la unidad exterior y el equipo proporcionado por el cliente (es decir, PC, enrutador) y controla la transmisión y recepción satelital. Desde el dispositivo emisor (computadora, enrutador, etc.) recibe un flujo de bits de entrada y lo convierte o modula en ondas de radio, invirtiendo ese orden para las transmisiones entrantes, lo que se llama demodulación . Proporciona dos tipos de conectividad:
Los módems satelitales de consumo suelen emplear el estándar de telecomunicaciones DOCSIS o WiMAX para comunicarse con la puerta de enlace asignada.
La latencia (comúnmente conocida como "tiempo de ping") es el retraso entre la solicitud de datos y la recepción de una respuesta, o en el caso de una comunicación unidireccional, entre el momento real de transmisión de una señal y el momento en que se recibe en su destino.
Una señal de radio tarda unos 120 milisegundos en llegar a un satélite geoestacionario y luego 120 milisegundos en llegar a la estación terrestre, es decir, casi 1/4 de segundo en total. Normalmente, en condiciones perfectas, la física involucrada en las comunicaciones por satélite representa aproximadamente 550 milisegundos de tiempo de latencia de ida y vuelta.
La latencia más larga es la principal diferencia entre una red terrestre estándar y una red basada en satélites geoestacionarios. La latencia de ida y vuelta de una red de comunicaciones por satélite geoestacionario puede ser más de 12 veces mayor que la de una red terrestre. [24] [25]
La latencia satelital puede ser perjudicial para aplicaciones especialmente urgentes, como los juegos en línea (aunque solo afecta seriamente a juegos de disparos en primera persona o simuladores de carreras , mientras que muchos MMOG pueden funcionar bien a través de Internet satelital [26] ), pero IPTV es normalmente es una operación simplex (transmisión unidireccional) y la latencia no es un factor crítico para la transmisión de video.
Los efectos de este retraso se pueden mitigar mediante la compresión de datos, la aceleración TCP y la recuperación previa de HTTP. [27]
Una órbita geoestacionaria (u órbita terrestre geoestacionaria/GEO) es una órbita geosincrónica directamente sobre el ecuador de la Tierra (latitud 0°), con un período igual al período de rotación de la Tierra y una excentricidad orbital de aproximadamente cero (es decir, una "órbita circular") . Un objeto en una órbita geoestacionaria aparece inmóvil, en una posición fija en el cielo, para los observadores terrestres. Los lanzadores suelen colocar satélites de comunicaciones y satélites meteorológicos en órbitas geoestacionarias, de modo que las antenas de satélite que se comunican con ellos no tienen que moverse para rastrearlos, sino que pueden apuntar permanentemente a la posición en el cielo donde permanecen los satélites. Debido a la constante latitud de 0° y la circularidad de las órbitas geoestacionarias, los satélites en GEO difieren en su ubicación únicamente por la longitud.
En comparación con las comunicaciones terrestres, todas las comunicaciones por satélite geoestacionario experimentan una mayor latencia debido a que la señal tiene que viajar 35.786 km (22.236 millas) hasta un satélite en órbita geoestacionaria y regresar a la Tierra nuevamente. Incluso a la velocidad de la luz (alrededor de 300.000 km/s o 186.000 millas por segundo), este retraso puede parecer significativo. Si se pudieran eliminar todos los demás retrasos en la señalización, una señal de radio aún tardaría unos 250 milisegundos (ms), o aproximadamente un cuarto de segundo, en viajar hasta el satélite y regresar a la Tierra. [28] La cantidad total mínima absoluta de retraso varía, debido a que el satélite permanece en un lugar en el cielo, mientras que los usuarios terrestres pueden estar directamente debajo (con una latencia de ida y vuelta de 239,6 ms), o muy al lado del planeta cerca del horizonte (con una latencia de ida y vuelta de 279,0 ms). [29]
Para un paquete de Internet, ese retraso se duplica antes de recibir una respuesta. Ese es el mínimo teórico. Si se tienen en cuenta otros retrasos normales de las fuentes de red, se obtiene una latencia de conexión unidireccional típica de 500 a 700 ms desde el usuario al ISP, o una latencia de aproximadamente 1000 a 1400 ms para el tiempo total de ida y vuelta (RTT) de regreso al usuario. Esto es más de lo que experimentan la mayoría de los usuarios de acceso telefónico con una latencia total típica de 150 a 200 ms, y mucho más alta que la latencia típica de 15 a 40 ms que experimentan los usuarios de otros servicios de Internet de alta velocidad, como cable o VDSL . [30]
En el caso de los satélites geoestacionarios, no hay manera de eliminar la latencia, pero el problema puede mitigarse en cierta medida en las comunicaciones por Internet con funciones de aceleración TCP que acortan el tiempo aparente de ida y vuelta (RTT) por paquete al dividir ("suplantar") el bucle de retroalimentación entre los satélites geoestacionarios. emisor y el receptor. Ciertas características de aceleración suelen estar presentes en los recientes desarrollos tecnológicos integrados en los equipos de Internet por satélite.
La latencia también afecta el inicio de conexiones seguras a Internet, como SSL , que requieren el intercambio de numerosos datos entre el servidor web y el cliente web. Aunque estos datos son pequeños, los múltiples viajes de ida y vuelta involucrados en el apretón de manos producen grandes retrasos en comparación con otras formas de conectividad a Internet, como lo documenta Stephen T. Cobb en un informe de 2011 publicado por Rural Mobile and Broadband Alliance. [31] Esta molestia se extiende a la introducción y edición de datos utilizando algunas aplicaciones de software como servicio o SaaS , así como a otras formas de trabajo en línea.
Funciones como el acceso interactivo en vivo a una computadora distante, como las redes privadas virtuales, pueden verse afectadas por la alta latencia. Muchos protocolos TCP no fueron diseñados para funcionar en entornos de alta latencia.
Las constelaciones de satélites de órbita terrestre media (MEO) y de órbita terrestre baja (LEO) no tienen retrasos tan largos, ya que los satélites están más cerca de la Tierra. Por ejemplo:
A diferencia de los satélites geoestacionarios, los satélites LEO y MEO no permanecen en una posición fija en el cielo y desde una altitud menor pueden "ver" un área más pequeña de la Tierra , por lo que el acceso generalizado y continuo requiere una constelación de muchos satélites (Tierras bajas). órbitas que necesitan más satélites que las órbitas terrestres medianas) con gestión compleja de constelaciones para cambiar la transferencia de datos entre satélites y mantener la conexión con un cliente, y seguimiento por parte de las estaciones terrestres. [19] [36]
Los satélites MEO requieren transmisiones de mayor potencia que los LEO para lograr la misma intensidad de señal en la estación terrestre, pero su mayor altitud también proporciona menos saturación orbital, y su velocidad orbital más lenta reduce tanto el desplazamiento Doppler como el tamaño y la complejidad de la constelación requerida. [37] [38]
El seguimiento de los satélites en movimiento suele realizarse de tres formas:
En mayo de 2022, el operador de red móvil de Kazajstán , Kcell , y el propietario y operador de satélites, SES , utilizaron la constelación de satélites O3b MEO de SES para demostrar que los satélites MEO podrían usarse para proporcionar Internet móvil de alta velocidad a regiones remotas de Kazajstán para videollamadas y conferencias confiables. y streaming, y navegación web, con una latencia cinco veces menor que en la plataforma existente basada en satélites en órbita geoestacionaria . [39] [40]
Una alternativa propuesta a los satélites de retransmisión es una aeronave con estaciones de plataforma de gran altitud para fines especiales , que volaría a lo largo de una trayectoria circular sobre una ubicación terrestre fija, operando bajo control autónomo por computadora a una altura de aproximadamente 20.000 metros.
Por ejemplo, el proyecto Vulture de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos preveía un avión ultraligero capaz de permanecer en posición sobre un área fija durante un período de hasta cinco años y capaz de proporcionar vigilancia continua a los activos terrestres y a los de servicio. Redes de comunicaciones de latencia extremadamente baja. [41] Este proyecto fue cancelado en 2012 antes de que entrara en funcionamiento. [ cita necesaria ]
Las baterías a bordo se cargarían durante el día a través de paneles solares que cubren las alas y proporcionarían energía al avión durante la noche. Las antenas parabólicas de Internet terrestres transmitirían señales hacia y desde el avión, lo que daría como resultado una latencia de señal de ida y vuelta muy reducida de sólo 0,25 milisegundos. Los aviones podrían potencialmente funcionar durante largos períodos sin repostar combustible. En el pasado se han propuesto varios proyectos de este tipo que implican diversos tipos de aeronaves.
Las comunicaciones por satélite se ven afectadas por la humedad y diversas formas de precipitación (como lluvia o nieve) en la ruta de la señal entre los usuarios finales o las estaciones terrestres y el satélite que se utiliza. Esta interferencia con la señal se conoce como desvanecimiento por lluvia . Los efectos son menos pronunciados en las bandas de frecuencia más baja 'L' y 'C', pero pueden volverse bastante severos en las bandas de frecuencia más alta 'Ku' y 'Ka'. Para los servicios de Internet por satélite en zonas tropicales con fuertes lluvias, es popular el uso de la banda C (4/6 GHz) con un satélite de polarización circular. [42] Las comunicaciones por satélite en la banda K a (19/29 GHz) pueden utilizar técnicas especiales como grandes márgenes de lluvia , control adaptativo de potencia del enlace ascendente y velocidades de bits reducidas durante la precipitación.
Los márgenes de lluvia son los requisitos adicionales del enlace de comunicación necesarios para tener en cuenta las degradaciones de la señal debido a la humedad y las precipitaciones, y son de suma importancia en todos los sistemas que operan en frecuencias superiores a 10 GHz. [43]
La cantidad de tiempo durante el cual se pierde el servicio se puede reducir aumentando el tamaño de la antena parabólica de comunicación por satélite para recoger más señal del satélite en el enlace descendente y también para proporcionar una señal más fuerte en el enlace ascendente. En otras palabras, aumentar la ganancia de la antena mediante el uso de un reflector parabólico más grande es una forma de aumentar la ganancia general del canal y, en consecuencia, la relación señal-ruido (S/N), lo que permite una mayor pérdida de señal debido a la lluvia. se desvanecen sin que la relación S/N caiga por debajo de su umbral mínimo para una comunicación exitosa.
Las antenas parabólicas modernas de consumo tienden a ser bastante pequeñas, lo que reduce el margen de lluvia o aumenta la potencia y el costo del enlace descendente del satélite requerido. Sin embargo, suele ser más económico construir un satélite más caro y antenas de consumo más pequeñas y menos costosas que aumentar el tamaño de la antena de consumo para reducir el coste del satélite.
Se pueden utilizar grandes antenas parabólicas comerciales de 3,7 ma 13 m de diámetro para lograr mayores márgenes de lluvia y también para reducir el costo por bit al permitir códigos de modulación más eficientes. Alternativamente, las antenas de mayor apertura pueden requerir menos energía del satélite para lograr un rendimiento aceptable. Los satélites suelen utilizar energía solar fotovoltaica , por lo que no hay ningún gasto por la energía en sí, pero un satélite más potente requerirá paneles solares y componentes electrónicos más grandes y potentes, que a menudo incluyen una antena transmisora más grande. Los componentes más grandes del satélite no solo aumentan los costos de materiales sino que también aumentan el peso del satélite y, en general, el costo de poner un satélite en órbita es directamente proporcional a su peso. (Además, dado que los vehículos de lanzamiento de satélites [es decir, los cohetes] tienen límites específicos de tamaño de carga útil, hacer que partes del satélite sean más grandes puede requerir mecanismos de plegado más complejos para partes del satélite como paneles solares y antenas de alta ganancia, o actualizar a un modelo más vehículo de lanzamiento costoso que puede manejar una carga útil mayor).
Las portadoras moduladas se pueden alterar dinámicamente en respuesta a problemas de lluvia u otras deficiencias del enlace mediante un proceso llamado codificación y modulación adaptativas o "ACM". ACM permite aumentar sustancialmente las velocidades de bits durante condiciones normales de cielo despejado, aumentando la cantidad de bits por Hz transmitidos y, por lo tanto, reduciendo el costo general por bit. La codificación adaptativa requiere algún tipo de canal de retorno o retroalimentación que puede realizarse a través de cualquier medio disponible, ya sea satelital o terrestre.
Se dice que dos objetos están dentro de la línea de visión si se puede conectar una línea recta entre los objetos sin ninguna interferencia, como una montaña. Un objeto más allá del horizonte está debajo de la línea de visión y, por lo tanto, puede resultar difícil comunicarse con él.
Normalmente se requiere una línea de visión completamente despejada entre la antena parabólica y el satélite para que el sistema funcione de manera óptima. Además de que la señal es susceptible a la absorción y dispersión por la humedad, la señal se ve igualmente afectada por la presencia de árboles y otra vegetación en el camino de la señal. A medida que la frecuencia de radio disminuye, por debajo de 900 MHz, aumenta la penetración a través de la vegetación, pero la mayoría de las comunicaciones por satélite funcionan por encima de 2 GHz, lo que las hace sensibles incluso a obstrucciones menores, como el follaje de los árboles. La instalación de una antena parabólica en invierno debe tener en cuenta el crecimiento del follaje de las plantas que aparecerá en primavera y verano.
Incluso si hay una línea de visión directa entre la antena transmisora y la receptora, los reflejos de los objetos cercanos a la ruta de la señal pueden disminuir la potencia aparente de la señal a través de cancelaciones de fase. Si la señal se pierde debido a una reflexión y en qué medida está determinada por la ubicación del objeto en la zona de Fresnel de las antenas.
El servicio de Internet satelital bidireccional para el hogar o el consumidor implica enviar y recibir datos desde una terminal remota de muy pequeña apertura (VSAT) vía satélite a un puerto central de telecomunicaciones (telepuerto), que luego transmite datos a través de Internet terrestre. La antena parabólica de cada ubicación debe apuntar con precisión para evitar interferencias con otros satélites. En cada sitio VSAT, la frecuencia del enlace ascendente, la velocidad de bits y la potencia deben configurarse con precisión, bajo el control del centro proveedor de servicios.
Existen varios tipos de servicios de Internet satelital bidireccionales, incluido el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) y el canal único por operador (SCPC). Los sistemas bidireccionales pueden ser simples terminales VSAT con una antena parabólica de 60 a 100 cm y una potencia de salida de sólo unos pocos vatios destinados a consumidores y pequeñas empresas o sistemas más grandes que proporcionan más ancho de banda. Estos sistemas se comercializan frecuentemente como "banda ancha por satélite" y pueden costar entre dos y tres veces más al mes que los sistemas terrestres como el ADSL . Los módems necesarios para este servicio suelen ser propietarios, pero algunos son compatibles con varios proveedores diferentes. También son caros, ya que cuestan entre 600 y 2000 dólares estadounidenses.
El " iLNB" bidireccional utilizado en la antena parabólica de SES Broadband tiene un LNB transmisor y receptor de polaridad única, ambos operando en la banda Ku . Los precios de los módems SES Broadband oscilan entre 299 y 350 euros. Estos tipos de sistemas generalmente no son adecuados para su uso en vehículos en movimiento, aunque algunos platos pueden equiparse con un mecanismo automático de giro e inclinación para realinear continuamente el plato, pero son más caros. La tecnología de SES Broadband fue suministrada por una empresa belga llamada Newtec.
Los clientes de Internet satelital de consumo van desde usuarios domésticos individuales con una PC hasta grandes sitios comerciales remotos con varios cientos de PC.
Los usuarios domésticos tienden a utilizar capacidad satelital compartida para reducir el costo, al tiempo que permiten velocidades de bits máximas altas cuando no hay congestión. Por lo general, existen asignaciones de ancho de banda restrictivas basadas en el tiempo para que cada usuario obtenga su parte justa, de acuerdo con su pago. Cuando un usuario excede su asignación, la empresa puede ralentizar su acceso, restar prioridad a su tráfico o cobrar por el exceso de ancho de banda utilizado. Para Internet satelital para consumidores, la asignación generalmente puede oscilar entre 200 MB por día y 25 GB por mes. [44] [45] [46] Un portador de descarga compartido puede tener una velocidad de bits de 1 a 40 Mbit/s y ser compartido por hasta 100 a 4000 usuarios finales.
La dirección del enlace ascendente para los clientes de usuarios compartidos normalmente es el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), que implica la transmisión ocasional de ráfagas cortas de paquetes entre otros usuarios (similar a cómo un teléfono celular comparte una torre de telefonía celular).
Cada ubicación remota también puede estar equipada con un módem telefónico; Las conexiones para esto son como las de un ISP de acceso telefónico convencional. Los sistemas satelitales bidireccionales a veces pueden usar el canal del módem en ambas direcciones para datos donde la latencia es más importante que el ancho de banda, reservando el canal satelital para descargar datos donde el ancho de banda es más importante que la latencia, como por ejemplo para transferencias de archivos .
En 2006, la Comisión Europea patrocinó el proyecto UNIC, cuyo objetivo era desarrollar un banco de pruebas científicas de extremo a extremo para la distribución de nuevos servicios interactivos de banda ancha centrados en la televisión, entregados por satélite bidireccional de bajo costo a usuarios finales reales en el mundo. hogar. [47] La arquitectura UNIC emplea el estándar DVB-S2 para el enlace descendente y el estándar DVB-RCS para el enlace ascendente.
Las antenas parabólicas VSAT normales (de 1,2 a 2,4 m de diámetro) se utilizan ampliamente para los servicios telefónicos VoIP. Una llamada de voz se envía mediante paquetes a través del satélite e Internet. Utilizando técnicas de codificación y compresión, la velocidad de bits necesaria por llamada es de sólo 10,8 kbit/s en cada sentido.
Por lo general, tienen la forma de una caja rectangular plana autónoma que debe apuntar en la dirección general del satélite; a diferencia del VSAT, la alineación no necesita ser muy precisa y los módems tienen medidores de intensidad de señal incorporados para ayudar al usuario a alinear. el dispositivo correctamente. Los módems tienen conectores de uso común como Ethernet o Universal Serial Bus (USB). Algunos también tienen un transceptor Bluetooth integrado y funcionan como teléfono satelital. Los módems también suelen tener sus propias baterías para que puedan conectarse a una computadora portátil sin agotar la batería. El sistema de este tipo más común es el BGAN de INMARSAT : estos terminales son del tamaño de un maletín y tienen velocidades de conexión casi simétricas de alrededor de 350 a 500 kbit/s. Existen módems más pequeños como los que ofrece Thuraya , pero sólo se conectan a 444 kbit/s en un área de cobertura limitada. INMARSAT ofrece ahora IsatHub, un módem satelital del tamaño de un libro de bolsillo que funciona junto con el teléfono móvil y otros dispositivos del usuario. El coste se ha reducido a 3 dólares por MB y el dispositivo en sí está a la venta por unos 1.300 dólares. [48]
Usar un módem de este tipo es extremadamente caro: la transferencia de datos cuesta entre 5 y 7 dólares por megabyte . Los módems en sí también son caros y suelen costar entre 1.000 y 5.000 dólares. [49]
Durante muchos años [ ¿cuándo? ] Los teléfonos satelitales han podido conectarse a Internet. El ancho de banda varía desde aproximadamente 2400 bit/s para los satélites de la red Iridium y teléfonos basados en ACeS hasta 15 kbit/s de subida y 60 kbit/s de bajada para los teléfonos Thuraya . Globalstar también proporciona acceso a Internet a 9600 bit/s; al igual que Iridium y ACeS, se requiere una conexión de acceso telefónico y se factura por minuto; sin embargo, tanto Globalstar como Iridium están planeando lanzar nuevos satélites que ofrezcan servicios de datos siempre activos a tarifas más altas. Con los teléfonos Thuraya también es posible la conexión de acceso telefónico a 9.600 bit/s, el servicio de 60 kbit/s está siempre activo y se factura al usuario por los datos transferidos (alrededor de 5 dólares por megabyte ). Los teléfonos se pueden conectar a una computadora portátil u otra computadora mediante una interfaz USB o RS-232 . Debido al bajo ancho de banda involucrado, es extremadamente lento navegar por la web con dicha conexión, pero es útil para enviar correo electrónico, datos Secure Shell y usar otros protocolos de bajo ancho de banda. Dado que los teléfonos satelitales tienden a tener antenas omnidireccionales , no se requiere alineación siempre que haya una línea de visión entre el teléfono y el satélite.
Los sistemas de Internet de retorno terrestre unidireccional por satélite se utilizan con acceso a Internet por discado convencional , con datos salientes ( ascendentes ) que viajan a través de un módem telefónico , pero datos descendentes enviados vía satélite a una velocidad más alta. En EE. UU., se requiere una licencia de la FCC únicamente para la estación de enlace ascendente; no se requiere licencia para los usuarios.
Otro tipo de sistema de Internet satelital unidireccional utiliza el Servicio general de radio por paquetes (GPRS) para el canal secundario. [50] Utilizando GPRS estándar o Tarifas de datos mejoradas para GSM Evolution (EDGE), los costos se reducen para tarifas efectivas más altas si el volumen de carga es muy bajo, y también porque este servicio no se cobra por tiempo, sino por volumen cargado. GPRS como retorno mejora la movilidad cuando el servicio es proporcionado por un satélite que transmite en el campo de 100-200 kW. [ cita necesaria ] Utilizando una antena parabólica de 33 cm de ancho, una computadora portátil y un teléfono GSM normal equipado con GPRS , los usuarios pueden obtener banda ancha móvil por satélite.
La estación transmisora tiene dos componentes, que consisten en una conexión a Internet de alta velocidad para atender a muchos clientes a la vez y el enlace ascendente satelital para transmitir los datos solicitados a los clientes. Los enrutadores del ISP se conectan a servidores proxy que pueden imponer límites y garantías de ancho de banda de calidad de servicio (QoS) para el tráfico de cada cliente.
A menudo, se utilizan pilas de IP no estándar para abordar los problemas de latencia y asimetría de la conexión satelital. Al igual que con los sistemas de recepción unidireccional, los datos enviados a través del enlace satelital generalmente también están encriptados, ya que de lo contrario serían accesibles a cualquier persona con un receptor de satélite.
Muchas implementaciones de IP sobre satélite utilizan servidores proxy emparejados en ambos puntos finales, de modo que ciertas comunicaciones entre clientes y servidores [51] no necesitan aceptar la latencia inherente a una conexión satelital. Por razones similares, existen implementaciones especiales de redes privadas virtuales (VPN) diseñadas para su uso a través de enlaces satelitales porque el software VPN estándar no puede manejar los largos tiempos de viaje de los paquetes.
Las velocidades de carga están limitadas por el módem de acceso telefónico del usuario, mientras que las velocidades de descarga pueden ser muy rápidas en comparación con el acceso telefónico, utilizando el módem solo como canal de control para el reconocimiento de paquetes.
La latencia sigue siendo alta, aunque inferior a la de Internet bidireccional por satélite geoestacionario, ya que sólo la mitad de la ruta de datos se realiza a través del satélite y la otra mitad a través del canal terrestre.
Los sistemas de Internet por satélite de transmisión unidireccional se utilizan para la distribución de datos, audio y video basada en transmisión del Protocolo de Internet (IP) . En EE. UU ., se requiere una licencia de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) solo para la estación de enlace ascendente y no se requiere ninguna licencia para los usuarios. Tenga en cuenta que la mayoría de los protocolos de Internet no funcionarán correctamente en un acceso unidireccional, ya que requieren un canal de retorno. Sin embargo, el contenido de Internet, como las páginas web, aún se puede distribuir a través de un sistema unidireccional "empujándolos" al almacenamiento local en los sitios del usuario final, aunque no es posible una interactividad total. Esto es muy parecido al contenido de radio o televisión, que ofrece poca interfaz de usuario.
El mecanismo de transmisión puede incluir compresión y corrección de errores para ayudar a garantizar que la transmisión unidireccional se reciba correctamente. Los datos también pueden retransmitirse periódicamente, de modo que los receptores que anteriormente no tuvieron éxito tendrán oportunidades adicionales de intentar descargarlos nuevamente.
Los datos también pueden cifrarse de modo que, aunque cualquiera pueda recibirlos, solo ciertos destinos puedan decodificar y utilizar los datos transmitidos. Los usuarios autorizados sólo necesitan poseer una clave de descifrado corta o un dispositivo de código variable automático que utiliza su propio mecanismo de sincronización independiente de alta precisión para descifrar los datos.
De manera similar al retorno terrestre unidireccional, el acceso a Internet por satélite puede incluir interfaces a la red telefónica pública conmutada para aplicaciones Squawk Box. No se requiere una conexión a Internet, pero muchas aplicaciones incluyen un servidor de Protocolo de transferencia de archivos (FTP) para poner en cola los datos para su transmisión.
La mayoría de las aplicaciones de transmisión unidireccional requieren programación personalizada en los sitios remotos. El software en el sitio remoto debe filtrar, almacenar, presentar una interfaz de selección y mostrar los datos. El software de la estación transmisora debe proporcionar control de acceso, colas de prioridad, envío y encapsulación de los datos.
Los servicios comerciales emergentes en esta área incluyen:
En su informe publicado en febrero de 2013, la Comisión Federal de Comunicaciones señaló avances significativos en el rendimiento de Internet satelital. El informe Measurement Broadband America de la FCC también clasificó a los principales ISP según lo cerca que estuvieron de cumplir con las velocidades anunciadas. En esta categoría, Internet satelital encabezó la lista, con el 90% de los suscriptores viendo velocidades del 140% o mejores de lo anunciado. [52]
Gran parte de la desaceleración asociada con Internet satelital se debe a que para cada solicitud, se deben completar muchos viajes de ida y vuelta antes de que el solicitante pueda recibir datos útiles. [53] Las pilas de IP especiales y los proxies también pueden reducir la latencia al disminuir el número de viajes de ida y vuelta o simplificar y reducir la longitud de los encabezados de protocolo. Las tecnologías de optimización incluyen aceleración TCP , búsqueda previa de HTTP y almacenamiento en caché de DNS , entre muchas otras. Consulte el estándar de Especificaciones del protocolo de comunicaciones espaciales (SCPS), desarrollado por la NASA y adoptado ampliamente por proveedores de software y equipos comerciales y militares en el mercado.
El satélite WINDS se lanzó el 23 de febrero de 2008. El satélite WINDS se utiliza para proporcionar servicios de Internet de banda ancha a Japón y lugares de la región de Asia y el Pacífico. El satélite proporcionará una velocidad máxima de 155 Mbit/s de bajada y 6 Mbit/s de subida a residencias con una antena de 45 cm de apertura y una conexión de 1,2 Gbit/s a empresas con una antena de 5 metros. [54] Ha llegado al final de su esperanza de vida de diseño.
SkyTerra-1 se lanzó a mediados de noviembre de 2010, con destino a América del Norte, mientras que Hylas-1 se lanzó en noviembre de 2010, con destino a Europa. [55]
El 26 de diciembre de 2010 se lanzó el KA-SAT de Eutelsat . Cubre el continente europeo con 80 haces puntuales, señales enfocadas que cubren un área de unos cientos de kilómetros a través de Europa y el Mediterráneo. Los haces puntuales permiten que las frecuencias se reutilicen eficazmente en múltiples regiones sin interferencias. El resultado es una mayor capacidad. Cada uno de los haces puntuales tiene una capacidad total de 900 Mbit/s y todo el satélite tendrá una capacidad de 70 Gbit/s. [55]
ViaSat-1 se lanzó el 19 de octubre de 2011 desde Baikonur, Kazajstán, y ofrece 140 Gbit/s de capacidad de rendimiento total, a través del servicio de Internet Exede . Los pasajeros a bordo de JetBlue Airways pueden utilizar este servicio desde 2015. [56] El servicio también se ha ampliado a United Airlines , American Airlines , Scandinavian Airlines , Virgin America y Qantas . [57] [58] [59]
El satélite EchoStar XVII fue lanzado el 5 de julio de 2012 por Arianespace y se colocó en su ranura orbital geosincrónica permanente de 107,1° de longitud oeste, dando servicio a HughesNet . Este satélite de banda K a tiene una capacidad de rendimiento de más de 100 Gbit/s. [60]
En 2015 y 2016, el Gobierno australiano lanzó dos satélites geoestacionarios Sky Muster para proporcionar Internet a los australianos regionales y a los residentes de Territorios Exteriores, como la Isla Norfolk y la Isla de Navidad . [61]
Desde 2013, la constelación de satélites O3b (en órbita terrestre media a una altitud de 8.063 km) afirma tener una latencia de ida y vuelta de extremo a extremo de 238 ms para servicios de datos.
Hasta marzo de 2022 [actualizar], se han lanzado alrededor de 2300 satélites para Starlink y 400 para la constelación de satélites OneWeb . SpaceX informó 250.000 usuarios de su sistema Starlink. [62]
Las comunicaciones por satélite se utilizan para la transmisión de datos, el diagnóstico remoto de instrumentos , para mediciones físicas por satélite y oceanográficas desde la superficie del mar (por ejemplo, temperatura y altura de la superficie del mar [63] ) hasta el fondo del océano , y para análisis sismológicos . [64]
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