Introducción
Actualmente, los sistemas de comunicaciones terrestres evolucionan a pasos agigantados en todo el mundo. Se habla de la generación 5G, 6G, sistemas cuánticos, etc. De igual forma, los servicios de telecomunicaciones que involucran constelaciones de satélites artificiales en órbitas cercanas a la superficie de la Tierra están experimentando un auge sin precedentes.
En los años 80, por ejemplo, se hablaba del auge de los servicios de telecomunicaciones por satélites, los cuales actualmente se siguen utilizando y se encuentran a alturas superiores a los 35 km de distancia. Posteriormente, salieron a escena los sistemas de radionavegación por satélite, los cuales hasta el día de hoy siguen expandiendo su utilidad en diversas industrias, como la automotriz, marítima, aviación, etc.
Entonces, cada una de estas tecnologías desarrolladas para ofrecer servicios de telecomunicaciones a la humanidad y sus diversas aplicaciones, tanto civiles como militares, habían trabajado hasta hace algunos años de manera independiente.
Pero en los últimos años se han acortado las distancias entre los servicios terrestres y satelitales, creándose el concepto NTN –redes no terrestres o D2D, directo al dispositivo–. Ver Figura 1.
Las redes NTN
En este contexto, las NTN aprovechan los recursos espaciales y aéreos existentes para proporcionar conectividad, especialmente en zonas remotas y desatendidas. Llevan a cabo un papel crucial en la mejora de la cobertura global de las comunicaciones y son parte integral de los ecosistemas 5G y 6G, dando soporte a una amplia gama de aplicaciones, desde el acceso a internet hasta las comunicaciones críticas en sectores civiles y de defensa. Ver Figura 2.
En ese sentido, las NTN ofrecen una alternativa viable al extender la conectividad a estas zonas y proporcionan respaldo en caso de algún evento de emergencia. También toman relevancia por la creciente demanda de cobertura global de tecnologías como el Internet de las Cosas (IoT), la 5G y la 6G. Además, las NTN pueden ser más rentables que las redes terrestres extensas, pues cubren aplicaciones estratégicas y científicas. Como se mencionó al inicio del presente artículo, los avances en la tecnología satelital y de plataformas, como los drones de gran altitud, han hecho que las NTN sean más viables para su implementación, permitiéndoles complementar y mejorar las redes terrestres.
Funcionamiento de una red NTN
Las NTN funcionan estableciendo enlaces de comunicación entre los equipos de los usuarios en tierra y constelaciones de satélites artificiales y drones.
Los satélites artificiales se encuentran a distintas alturas e inclinaciones respecto al plano del Ecuador. Por ejemplo, los satélites posicionados en la órbita baja terrestre (LEO) se encuentran entre 180 y 2,000 km respecto de la superficie de la Tierra. Los satélites MEO –órbita media, ubicados entre 2,000 y 20,000 km con respecto a la superficie de la Tierra– complementan la cobertura, mientras que los satélites GEO se ubican alrededor de 36,000 km y proporcionan cobertura global con mayor latencia.
El concepto de latencia es un punto muy importante a considerar, ya que implica el tiempo que tarda una señal en viajar desde un punto sobre la faz de la Tierra hasta el satélite y regresar.
Es importante mencionar que las NTN también requieren indiscutiblemente del seguimiento dinámico de los satélites, particularmente de los que se encuentran formando constelaciones en la órbita terrestre baja (LEO). Ante ello, los dispositivos de los usuarios, así como los centros de control de estos, deben rastrear continuamente su posición para conservar de manera permanente la comunicación.
Las estaciones de seguimiento de los satélites en órbita LEO
En el caso de las constelaciones de satélites en órbitas LEO y MEO, se requiere de una red de rastreo, telemetría y comando (o TT&C, tracking, telemetry and command) más amplia que permita el seguimiento de los satélites alrededor del mundo. De igual forma, el control se lleva a cabo en una o varias estaciones distribuidas alrededor de la Tierra. El control implica tanto poder enviar los comandos necesarios para reubicar al satélite en su posición como aquellos que sean necesarios para la corrección de fallas en los subsistemas a bordo del satélite.
Actualmente, la Unidad de Alta Tecnología –UAT– de la Facultad de Ingeniería de la UNAM ha implementado una estación de control satelital llamada ECXSAT, con la capacidad para realizar el seguimiento de satélites que se encuentran precisamente en la órbita LEO. La estación puede tener contacto con los satélites desde que aparecen hasta que desaparecen en el horizonte. También cuenta con antena y equipo para realizar comunicaciones con satélites posicionados en la órbita GEO y en la órbita MEO. Ver Figura 3.
Otras plataformas de gran altura involucradas en las NTN
Por otro lado, existen las plataformas aéreas como los vehículos aéreos no tripulados (UAV), que operan a altitudes de 20 a 50 km. Estas plataformas aéreas de gran altura sirven como estaciones base móviles, apoyando la cobertura persistente en áreas específicas dentro de los esquemas NTN y son ideales ante posibles desastres por fenómenos naturales y la conectividad remota de banda ancha.
En conclusión
Los nuevos sistemas avanzados de comunicación inalámbrica involucran a nuevos actores tecnológicos, tales como los satélites, los drones y los UAV para aumentar las capacidades de cobertura global de comunicaciones modernas y de alta exigencia. Esto ayuda a fortalecer la capacidad de la infraestructura terrestre existente en beneficio de los usuarios que demandan cada vez mayor cobertura, calidad y disponibilidad de acceso a las comunicaciones. Es por ello que ya no hay fronteras, ya no hay separación, ahora sólo existe una estrecha relación entre el espacio y la Tierra.
El doctor José Alberto Ramírez Aguilar es responsable de la estación de control satelital ECXSAT, en la Unidad de Alta Tecnología–UAT/FI/UNAM (albert09@unam.mx). La maestra Dulce Carolina Sánchez Hernández trabaja en sistemas de comunicaciones móviles y sistemas de TV-UAQ, de la Universidad Autónoma de Querétaro–UAQ (dulce.car.san@uaq.mx)
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