Servicio de satélite directo al dispositivo: complemento de redes móviles

La tecnología a menudo nos sorprende. Éste ha sido el caso de las comunicaciones por satélite en los últimos años. Al aumento de la capacidad y el rendimiento de los satélites estacionarios (GEO) en las últimas décadas, que proporcionan transporte (backhaul) para redes celulares o cobertura a receptores dedicados en zonas remotas, le ha seguido la aparición de constelaciones de satélites de órbita terrestre baja (LEO), que ofrecen una nueva mejora significativa, incluso para servicios centrados en IoT.

Entre otras cosas, los nuevos sistemas de satélites también pueden prestar servicios a dispositivos móviles estándares, utilizando el espectro móvil (bandas específicas de satélites móviles SMS o bandas móviles), lo que suele denominarse «directo al dispositivo» (D2D). Esto puede complementar la cobertura de las redes móviles terrestres para todos los usuarios, que en la práctica pueden tener cobertura exterior universal, y permitir nuevas aplicaciones en entornos aeronáuticos y marítimos, o la continuidad del servicio en situaciones como catástrofes naturales.

¿Cómo es posible ahora un servicio Directo al Dispositivo?

Hasta hace poco no era posible conectar un satélite directamente a un teléfono móvil habitual. El uso de bandas del espectro móvil y las mejoras tecnológicas lo han hecho posible.

Un factor clave es la distancia. Los satélites LEO orbitan a sólo unos cientos de kilómetros de la Tierra, lo que permite la comunicación con equipos de potencia de transmisión normal. La tecnología de antenas también es crucial: complejas matrices crean haces muy direccionales que aumentan la intensidad de la señal y permiten reutilizar las frecuencias en tierra. La formación de haces permite crear células fijas en tierra, a menudo de menos de 100 kilómetros de diámetro: pequeñas en comparación con la órbita del satélite, pero aún mayores que las células de las redes terrestres.

Aunque los servicios Direct-to-Device basados en GEO son viables, las constelaciones LEO son más adecuadas para una gama más amplia de estos servicios con mayores prestaciones. Un factor clave para el crecimiento de las constelaciones de media y gran escala ha sido la evolución del mercado de lanzamiento de satélites, que ha facilitado el acceso al espacio. Los continuos avances, como cohetes reutilizables más grandes y más proveedores de lanzamiento, acelerarán aún más este impacto.

¿Son los servicios directos al dispositivo un sustituto de los servicios móviles tradicionales?

Para los usuarios móviles, la garantía de cobertura exterior universal -incluso en zonas remotas- convierte a las redes por satélite en un valioso complemento de las redes terrestres. Sin embargo, las limitaciones de los servicios por satélite directos al dispositivo, como la latencia, el rendimiento y la capacidad, hacen que los satélites no sustituyan fácilmente a las redes terrestres, ni siquiera en las zonas menos densas. Estas redes por satélite carecen de escalabilidad, y la coexistencia con redes terrestres también puede limitar su uso, dependiendo de las frecuencias, los servicios objetivo y las regiones. Algunas limitaciones son:

• Cobertura en interiores: La conexión en interiores suele ser difícil debido a las elevadas pérdidas por penetración en edificios.
• Capacidad: La capacidad será limitada, dadas las (todavía) grandes huellas de los haces de los satélites y los anchos de banda alcanzables por haz, con limitaciones de complejidad y coste derivadas del diseño de los satélites. Por tanto, los satélites podrán prestar servicios simultáneos a un número reducido de clientes dentro de las grandes células satelitales, con más limitaciones para los servicios de mayor velocidad. La capacidad de las redes móviles terrestres siempre será varios órdenes de magnitud superior a la de los satélites, por lo que la ampliación de los servicios móviles a zonas remotas es el principal caso para los sistemas de satélite Direct-to-Device.
• Rendimiento: El caudal es menor y la latencia mayor que en las redes terrestres. Aunque adecuado para algunas aplicaciones, el rendimiento de los satélites puede no satisfacer demandas específicas.

¿Cuáles son los principales retos de los servicios por satélite Direct-to-Device?

Los principales retos de los servicios D2D móviles por satélite son:

• Complejidad tecnológica: El primer reto es muy interesante para un ingeniero: la tecnología, ya que estos sistemas tienen una alta complejidad tecnológica y requieren varias mejoras con la última tecnología. Entre ellas, destacaría la tecnología de antenas de los satélites. La necesidad de una alta ganancia de antena (para mejorar la cobertura y el rendimiento) y directividad (para permitir una mayor reutilización de las frecuencias y, por tanto, una mayor capacidad), así como la necesidad de generar un gran número de haces activos simultáneamente dentro del amplio campo de visión del satélite (el diámetro total puede llegar a varios miles de kilómetros), requiere de conjuntos de antenas muy grandes. Estos conjuntos, a menudo de decenas de metros, contienen muchos centenares de elementos activos en la antena. Esto exige técnicas bastante innovadoras, sobre todo para los sistemas destinados a servicios distintos de los básicos, y una capacidad razonable por satélite y célula.
• La inversión: Para cubrir todo el planeta con satélites de órbita baja con una capacidad razonable, el número de satélites de la constelación debe ser elevado. Estamos hablando de cientos o miles de satélites que deben renovarse con bastante frecuencia (la vida útil de un satélite puede ser de tan sólo 5 años, dependiendo de las órbitas seleccionadas y del diseño). Las necesidades de inversión que tiene que soportar el caso empresarial son bastante relevantes. Este nivel de inversión sólo será asequible para un número bastante reducido de actores.
• Competencia limitada en el mercado: Los elevados costes y la ventaja del pionero (first mover advantage) hacen que sólo pueda surgir un pequeño número de constelaciones sostenibles (un oligopolio). Esta competencia limitada conduce a una mayor dependencia de un número reducido de proveedores, a retos geopolíticos y de resiliencia, y a una dominancia del mercado que podría dar lugar a cláusulas abusivas o a elevados costes de los servicios, lo que también podría obstaculizar la adopción en algunos mercados.
• Retos regulatorios: Los operadores de telefonía móvil y por satélite que prestan servicios de comunicaciones extremo a extremo se enfrentan a complejos requisitos normativos en los distintos países, como el acceso a servicios de emergencia y localización de dispositivos, el control parental, la privacidad de los datos, la protección del consumidor, la interceptación legal o evitar la itinerancia involuntaria, que son características estándares en las redes terrestres. La cooperación y la asociación entre los proveedores de satélites y los operadores de telefonía móvil es clave para afrontar los retos regulatorios y de mercado y para complementar la cobertura por satélite de las redes terrestres.
• Política del espectro: La gestión eficaz del espectro es esencial para abrir oportunidades a la conectividad por satélite sin crear perturbaciones, ni escasez de espectro a los servicios terrestres existentes. Las redes terrestres, que aportan valor a millones de usuarios, deben protegerse de las interferencias. Cuando utilicen espectro con licencia de un operador móvil, los operadores de satélites deben tener un acuerdo con el licenciatario terrestre que incluya medidas de mitigación para proteger a sus clientes. Además, se necesitan medidas reguladoras (como umbrales de potencia) para evitar interferencias con otros operadores (por ejemplo, debido a que el enlace ascendente del satélite interfiera la señal terrestre), tanto dentro del mismo país en las fronteras, especialmente en regiones como Europa, donde las fronteras nacionales están próximas. La escasez de espectro plantea otro reto: a medida que crece la demanda de espectro, resultaría ineficaz reservar el espectro terrestre exclusivamente para su uso por satélite, sobre todo en zonas urbanas densas. El uso compartido del espectro entre redes terrestres y por satélite se perfila como una solución, pero exige avances en la gestión de interferencias y pruebas rigurosas de mecanismos técnicos que permitan un uso compartido eficaz tanto en zonas urbanas como remotas.

En general, aunque suponen un reto, las comunicaciones móviles por satélite ofrecen la promesa de una cobertura ubicua en exteriores, pero sólo como complemento de las redes terrestres. La cooperación entre agentes es necesaria para las arquitecturas multicapa y hay que evaluar las reglas para garantizar la eficiencia y también una competencia leal con las redes terrestres.