Evoluci´on del sistema

Las generaciones originales de veh´ıculos espaciales utilizados por el sistema GLONASS transmit´ıan un conjunto de se˜nales semejantes a las de su contraparte occidental GPS. En la banda L1 se transmite una se˜nal abierta de aplicaci´on civil (llamada L1OF) y en cuadratura con ella una se˜nal codificada para uso exclusivo de usuarios autorizados (L1SF). En la banda L2 se transmite solamente una se˜nal segura, L2SF. Este esquema permite la utilizaci´on de receptores doble banda solamente a los usuarios autorizados. Las se˜nales L1OF, L1SF y L2SF son se˜nales de espectro expandido de tipo DS-SS, pe- ro a diferencia del sistema GPS, que multiplexa el acceso al medio mediante CDMA, GLONASS lo hace utilizando FDMA: la funci´on de c´odigo utilizada para expandir el es- pectro es la misma para todos los sat´elites para cada clase de se˜nal (L1OF o L1SF/L2SF), pero las frecuencias portadoras de cada uno se asigna de entre un conjunto finito de ca- nales de frecuencia disponibles.

En la banda L1 las frecuencias portadoras nominales posibles son aquellas cuyo valor pertenece al conjunto

fL1= 1602,0 MHz + 0,5625 MHz·k ,

dondekes un n´umero entero. De la misma forma, en banda L2 los valores nominales de portadora son

fL2 = 1246,0 MHz + 0,4375 MHz·k ,

donde nuevamente kes un n´umero entero.

A cada sat´elite se le asigna un canalksobre el que realizar sus transmisiones; este valor dek determina las frecuencias portadoras utilizadas por el sat´elite tanto en L1 como en L2.

En el dise˜no original del sistema GLONASS los canales FDMA disponibles eran 24, correspondientes a los valoresk= 1,...,24. Este arreglo permit´ıa asignar a cada sat´elite una frecuencia portadora individual, diferente de la de los dem´as sat´elites de la conste- laci´on, y garantizar la ausencia de interferencia mutua entre ellos. Un canal adicional, correspondiente al valork= 0, estaba reservado para pruebas de ingenier´ıa.

Este esquema debi´o ser revisado porque las transmisiones GLONASS de los canales L1

k= 16,...,21 provocaban interferencia en la banda que va de 1610,6 MHz a 1613,8 MHz, una banda que es utilizada en radioastronom´ıa [37]. La resoluci´on de este conflicto tom´o varios a˜nos y consisti´o en un proceso gradual de modificaci´on del esquema de frecuencias.

Actualmente los sat´elites s´olo transmiten en los canales con k= 7,...,6. La cantidad de canales disponibles est´a por lo tanto muy por debajo de la cantidad de sat´elites GLONASS activos, lo que implica que algunos canales deben ser utilizados por m´as de un sat´elite al mismo tiempo. Para evitar problemas de interferencia mutua, los canales repetidos se asignan a pares de sat´elites ubicados en una misma ´orbita, pero en posiciones antipodales uno respecto del otro. De esa forma nunca un usuario terrestre tendr´a en vista ambos sat´elites simult´aneamente8.

La utilizaci´on de FDMA para multiplexar el acceso al medio tiene como consecuencia que los receptores del sistema GLONASS deben contar con una etapa de RF con un ancho de banda de entrada mucho mayor que un receptor GPS comparable. Esto impacta fuertemente en el dise˜no del receptor, su grado de complejidad y por ende en su costo.

8

Notar que un receptor montado en un veh´ıculo espacial (como por ejemplo un sat´elite de ´orbita baja o media) puede no contar con esta garant´ıa.

Por otro lado, la utilizaci´on de FDMA permite un nivel adicional de protecci´on en caso de interferencia intencional o accidental.

Como se mencion´o anteriormente a partir del 2003 comenz´o el proceso de modernizaci´on de la flota de veh´ıculos GLONASS. Sin embargo, la introducci´on de los sat´elites de la generaci´on GLONASS-M no signific´o grandes cambios en el conjunto de se˜nales trans- mitidas por el sistema, salvo por la aparici´on de una segunda se˜nal abierta transmitida en banda L2. Esta modificaci´on no es menor, ya que permiti´o a los usuarios civiles del sistema realizar la correcci´on del error ionosf´erico, algo que en ese momento todav´ıa no era posible para los usuarios del sistema GPS.

Por otro lado, la inminente aparici´on de los sat´elites de la generaci´on GLONAS-K trae aparejada una serie de innovaciones muy importantes en el conjunto de se˜nales trans- mitidas, similar al proceso de renovaci´on que est´a siendo llevado a cabo por el sistema GPS.

La generaci´on K puede dividirse en tres etapas, llamadas K1, K2 y KM. Los sat´elites del bloque GLONASS-K1 incorporan la transmisi´on de una nueva se˜nal abierta llamada L3OC en la banda L3. A diferencia de todas las se˜nales GLONASS utilizadas anterior- mente, la nueva se˜nal utiliza CDMA para multiplexar el acceso al medio en lugar de FDMA.

M´as profundos son todav´ıa los cambios en GLONASS-K2 [38]. Esta generaci´on agre- gar´a cuatro nuevas se˜nales CDMA a las bandas L1 y L2, sin eliminar las se˜nales FDMA de generaciones anteriores. Dos de las nuevas adiciones son se˜nales de uso civil (L1OC y L2OC) y dos son de uso restringido (L1SC y L2SC).

Es poca y a veces contradictoria la informaci´on disponible sobre las se˜nales que el futuro bloque GLONASS-KM agregar´a, ya que esta nueva generaci´on todav´ıa est´a en fase de desarrollo e investigaci´on. Sin embargo se puede adelantar que se espera que GLONASS- KM agregue nuevas se˜nales CDMA moduladas en las portadoras utilizadas por GPS y Galileo en las bandas L1 y L2 con el fin de incrementar el grado de interoperatividad entre los tres sistemas.

2.3.4. Se˜nales transmitidas

Tal como ya se mencion´o los sat´elites GLONASS actualmente en servicio transmiten una multitud de se˜nales que utilizan diferentes valores de frecuencia portadora y de tipos de sistemas de modulaci´on, a trav´es de las bandas L1, L2 y L3.

Las se˜nales L1OF y L1SF son la se˜nales originales transmitidas por el sistema en la banda L1, y las m´as importantes en la actualidad hasta que culmine el proceso de renovaci´on

Generaci´on Banda L1 Banda L2 Banda L3 GLONASS L1OF, L1SF L2SF

GLONASS-M L1OF, L1SF L2OF, L2SF

GLONASS-K1 L1OF, L1SF L2OF, L2SF L3OC GLONASS-K2 L1OF, L1SF L2OF, L2SF L3OC

L1OC, L1SC L2SC

GLONASS-KM L1OF, L1SF L2OF, L2SF L3OC L1OC, L1SC L2OC, L2SC

L1OCM

Cuadro 2.3:_{Utilizaci´on de bandas de se˜nal seg´un generaci´on GLONASS, seg´un com-}

posici´on de diversas fuentes de informaci´on.

de la flota satelital. Ambas utilizan FDMA para multiplexar el acceso al medio. Las frecuencias de portadora utilizadas por los sat´elites toman los valores

fL11[k] = 1602,0 MHz + 0,5625 MHz·k ,

dondekes un n´umero entero en el intervalo [ 7, ...,6] correspondiente al canal GLONASS asignado al veh´ıculo transmisor.

R´eplicas de estas se˜nales se transmiten tambi´en a trav´es de la banda L2, con los nombres L2OF y L2SF. En este caso las frecuencias portadoras utilizadas son

fL21[k] = 1246,0 MHz + 0,4375 MHz·k ,

dondek es nuevamente el canal GLONASS asignado al sat´elite.

A estas hay que agregar las se˜nales CDMA tambi´en transmitidas por las generaciones m´as modernas. Estas utilizan un esquema semejante al de GPS, donde todos los sat´elites transmiten sobre la misma frecuencia portadora nominal y cada sat´elite utiliza una funci´on de c´odigo diferente (y ortogonal con las dem´as). L1OC y L1SC son se˜nales CDMA transmitidas en la banda L1 sobre una portadora que nominalmente es defL12=

1600,995 MHz. Correspondientemente, en banda L2 est´an presentes L2OC y L2SC con portadora en fL22= 1248,06 MHz.

Al conjunto de las transmisiones en L1 se lo puede representar como:

sL1(t) = Asf1msf(t) cos(2πfL11[k]t+φ11)

+Aof1mof(t) sin(2πfL11[k]t+φ11)

+Asc1msc(t) cos(2πfL12t+φ12)

y de forma semejante, el conjunto de L2

sL2(t) = Asf2msf(t) cos(2πfL21[k]t+φ21)

+Aof2mof(t) sin(2πfL21[k]t+φ21)

+Asc2msc(t) cos(2πfL22t+φ22)

+Aoc2moc(t) sin(2πfL22t+φ22). (2.16)

En la banda L3 los sat´elites desde el bloque GLONASS-K1 en adelante transmiten la se˜nal L3OC. Esta es una se˜nal CDMA, con frecuencia portadora nominal de fL3 =

1202,25 MHz,

sL3(t) = Aoc3moc(t) cos(2πfL3t+φ3).

A diferencia de lo que ocurre con el sistema GPS, la informaci´on disponible sobre el sistema GLONASS es en general limitada. En esto juegan su rol por un lado el escaso nivel de promoci´on que tuvo el sistema fuera de las fronteras de Rusia hasta hace tan solo un par de a˜nos, y por otro la barrera idiom´atica que implica que toda la documentaci´on t´ecnica del sistema existe primeramente en Ruso y se traduce al ingl´es alg´un tiempo despu´es.

Debido a la inexistencia de material t´ecnico autorizado y de calidad acerca de las se˜nales GLONASS modernizadas no se profundizar´a la descripci´on de ellas. El resto de la discu- si´on sobre el sistema GLONASS se enfoca de ahora en m´as en la se˜nal civil L1OF, que es la de principal inter´es a los fines del tema de la tesis y es de la que m´as informaci´on existe disponible en ingl´es.