1.8.2 Tipos de Servicios.
Según la Unión Internacional de Telecomunicaciones, los tipos de servicios de radiocomunicación que se asignan en las diferentes bandas se definen como sigue:
Servicios fijos. Son servicios de radiocomunicación entre puntos fijos específicos. Por ejemplo, circuitos de alta frecuencia punto a punto y radioenlaces de microondas.
Servicios móviles. Servicios de radiocomunicación entre estaciones que pueden utilizarse cuando están en movimiento, paradas en lugares no espe- cificados, o bien entre estaciones móviles y estaciones fijas.
Servicio móvil aeronáutico. Servicios de radiocomunicación entre estacio- nes terrestres y aeronaves o entre aeronaves.
Servicio móvil marítimo. Servicios de radiocomunicación entre estaciones costeras y barcos o entre barcos navegando.
Servicio móvil terrestre. Servicios de radiocomunicación entre una estación de base y una estación terrestre móvil, o entre estaciones móviles terrestres.
Radionavegación. Servicios para determinar la posición de naves mediante las propiedades de propagación de las ondas radioeléctricas.
Radionavegación aérea. Servicios de radionavegación para la navegación aérea, por ejemplo: VOR, Tacan, radiofaros, sistemas de aterrizaje por ins- trumentos, radioaltímetros, radares de indicación de obstrucciones, etc.
Radionavegación marítima. Servicios de radionavegación para la navega- ción marítima, por ejemplo: radiofaros costeros, estaciones de radiolocali- zación, radares a bordo, etc.
Radiolocalización. Servicios para determinación de la posición de naves con propósitos diferentes a los de navegación, por ejemplo: radares terres- tres, radares costeros, sistemas de seguimiento, etc.
Radiodifusión. Servicios de radiocomunicación cuyo propósito es la recepción directa por el público en general. Como ejemplos pueden citarse la radiodifusión en ondas medias (AM), frecuencia modulada (FM) y Televisión.
Radioficionados. Servicios de radiocomunicación llevados a cabo por per- sonas interesadas en las técnicas radioeléctricas, únicamente por interés personal y sin interés comercial alguno.
Espaciales. Servicios de radiocomunicación entre estaciones o vehículos espaciales.
Tierra-espacio. Servicios de radiocomunicación entre estaciones terrestres y estaciones o vehículos espaciales, por ejemplo, la comunicación entre una estación terrestre y un satélite.
Radioastronomía. Astronomía basada en la recepción de ondas radioeléctricas de origen cósmico.
Estándares de frecuencia. Transmisiones de radio de frecuencias específicas y alta precisión, cuyo propósito es la recepción con fines científicos, técnicos o de otra índole.
1.8.3 Gestión del Espectro Radioeléctrico
El espectro radioeléctrico, es decir, el conjunto de bandas de frecuencia que pueden utilizar los diversos servicios de radiocomunicación, constituye un recurso natural limitado de propiedad nacional, es decir, no puede utilizarse libremente por cual- quier persona, ya que las emisiones en una frecuencia y lugar específicos deben ser únicas. De otra forma interferirían con otros servicios que funcionaran en la misma región y, además, serían interferidos por ellos.
El organismo que, a nivel internacional se encarga del estudio y asignación de las frecuencias en el espectro electromagnético es la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), con sede en Ginebra, Suiza y de la que son miembros prácti- camente la totalidad de los países del mundo. Los aspectos relacionados con el espectro de frecuencias son tratados en el seno de un Comité de la UIT, el Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicación (CCIR), designado actualmente como UIT-R que, a través de sus Grupos de Estudio, emite estándares, normas y recomendaciones a escala internacional y que generalmente son suscritas por los países miembros. La UIT tiene, además, otro Comité, el CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telefonía y Telegrafía), ahora designado como UIT-T, cuya actividad está más orientada a los sistemas no radioeléctricos. Evidentemente hay pun- tos comunes en las actividades de ambos Comités.
Por lo general, las Recomendaciones del CCITT y del CCIR cubren aspectos rela- cionados con los circuitos internacionales de comunicaciones, pero en aspectos esenciales, tratan también de las características relevantes de los sistemas naciona- les que pueden formar parte de conexiones a circuitos internacionales. Para la asig- nación de frecuencias y administración del espectro radioeléctrico, la UIT conside- ra tres regiones en el mundo, según se muestra en la figura 1.7. La Región 1 com- prende Europa, Africa y la porción asiática del antiguo territorio de la Unión Sovié- tica. La Región 2 incluye a todo el Continente Americano y, finalmente la Región
3, comprende la parte restante de Asia y Oceanía.
Si bien las Recomendaciones del CCIR no tienen por sí mismas fuerza legal en los países miembros de la UIT, una buena parte de ellas son incorporadas en las legis- laciones nacionales en materia de telecomunicaciones, adecuándolas a las caracte- rísticas nacionales y regionales. Son las Administraciones Nacionales de Teleco- municaciones las directamente responsables de la gestión y control del espectro radioeléctrico.
Fig. 1.7. Regiones para la administración del espectro radioeléctrico según la Unión Internacional de Telecomunicaciones. Las regiones sombreadas corresponden a la zona tropical.
1.8.4 Designación de las emisiones
En el artículo 8 del Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT se establece que las emisiones deben designarse de acuerdo a su clasificación y ancho de banda necesario. Para una clase dada de emisiones, el ancho de banda necesario se define como la banda de frecuencias necesaria para asegurar que es justamente suficiente para asegurar la transmisión de información con la calidad específica del tipo de servicio de que se trate (telefonía, televisión, datos, etc.). El ancho de banda nece- sario incluye aquellas emisiones necesarias para el funcionamiento satisfactorio del equipo receptor, por ejemplo, portadora reducida, banda lateral vestigial, etc.
En la clasificación de la UIT, el ancho de banda necesario debe expresarse por tres cifras y una letra, que ocupa la posición del punto decimal y representa la unidad en que se mide el ancho de banda (Hz, KHz, MHz o GHz), como se indica en la lista siguiente:
Por ejemplo, una emisión cuyo ancho de banda sea de 0.002 Hz se designa por
H002, una con ancho de banda de 4.5 MHz, como 4M5, etc.
1.8.5 Clasificación de las emisiones.
Esta se da por tres símbolos adicionales, alfabéticos o numéricos, el primero de los cuales denota el tipo de modulación de la portadora principal, el segundo, el tipo de información que modula a dicha portadora y, el tercero, el tipo de información a transmitir.
Primer símbolo: Tipo de modulación de la portadora principal.
Segundo símbolo: Tipo de señales que modulan a la portadora principal.
Tercer símbolo: Tipo de información a transmitir.
El Apéndice 6 del Reglamento de Radiocomunicaciones sugiere la inclusión de dos símbolos adicionales a los descritos antes a fin de dar una descripción más comple- ta de la emisión. Así, un cuarto símbolo proporciona detalles de las señal y el quinto, la naturaleza del multiplexado. Si no se emplea el cuarto símbolo, debe substituirse por un guión. El significado de dichos símbolos es el siguiente:
Cuarto símbolo: Detalles de la señal.
Quinto símbolo: Tipo de multiplexado.
Algunos ejemplos de empleo de la nomenclatura anterior son los siguientes:
Sistemas de Comunicaciones por Cable
Las comunicaciones que emplean como medio de transporte de información cables metálicos o fibras ópticas abarcan una inmensa variedad de aplicaciones, entre las que incluye no sólo la telefonía tradicional o la televisión por cable, sino aún la conexión mediante cable de computadoras entre sí, con redes informáticas o con equipos periféricos y puede decirse que forman parte de nuestra vida cotidiana. Desde el punto de vista de ingeniería, cada sistema de comunicación por cable debe cumplir determinados requisitos para su correcto funcionamiento, entre los que se encuentran la impedancia, ancho de banda, atenuación, aislamiento, etc., muchos de los cuales están definidos en diversos estándares y recomendaciones. Resultaría muy extenso y, fuera del alcance de estas notas, entrar en los detalles de los diver- sos sistemas, por lo que aquí nos limitaremos a resumir algunos aspectos históricos y las principales características de los sistemas de cable empleados en telecomuni- caciones, es decir en comunicaciones a distancia. Por otra parte, al hablar de siste- mas de comunicaciones por cable no se entiende únicamente el medio de transpor- te, que es una línea de transmisión, sino también los equipos y sistemas asociados, necesarios para realizar la comunicación.
1.9.1 Aspectos históricos
Puede decirse que los primeros sistemas de comunicaciones por cable fueron los sistemas telegráficos que se iniciaron alrededor de 1840 y hasta 1870, fueron los únicos sistemas de comunicaciones a larga distancia. Al principio, las líneas telegráficas se construían paralelas a las líneas ferroviarias y en su etapa inicial, se utilizaron alambres de hierro o acero, con el inconveniente de la menor conductivi- dad de estos materiales respecto a otros como el cobre, así como la facilidad de corrosión por oxidación con el consecuente deterioro de las características eléctricas de la línea. Hay que tener en cuenta que la tecnología de materiales hace ciento cincuenta años no era, ni remotamente, la que hoy tenemos a nuestra disposición. En 1861, los Estados Unidos contaban con un sistema de transmisión telegráfica que unía la costa atlántica con la del Pacífico.
Sin embargo hay que hacer notar que, con frecuencia al hablar de telegrafía se asume que se desarrolló en los Estados Unidos y que su inventor fue Samuel Morse. Por una parte, Morse patentó el sistema, pero buena parte de sus inven- ciones, incluido el alfabeto designado con su nombre se debieron en buena medida a su socio Alfred Vail. Por otra parte en Europa se desarrollaron sistemas telegráficos en la misma época, en particular el debido a Charles Wheats- tone en 1837 y estuvieron un tiempo en funcionamiento, también alrededor del ferrocarril. El sistema de Morse resultó ser superior y paulatinamente fue adoptándose en el mundo.
Desde 1856 se hicieron intentos de utilizar cables submarinos para comunicaciones de larga distancia. El primero de ellos entre Dover, Inglaterra y Calais, Francia. Aunque los primeros intentos no tuvieron éxito, antes de 1860 ya estaban en funcionamiento cables submarinos para comunicación telegráfica entre Inglaterra y Francia e Irlanda. En 1866 consiguió ponerse en funcionamiento el primer cable trasatlántico entre Inglaterra y los Estados Unidos. A lo largo de lo restante del siglo XIX ya había numerosas comunicaciones por cable submarino que unían todos los continentes como se ilustra en el siguiente mapa de 1901. En la actualidad, continúan en funcionamiento bastantes sistemas de cable submarino metálico, si bien los sistemas submarinos de fibra óptica van en aumento y compiten con los sistemas de satélite.
Con la proliferación de los sistemas telefónicos alrededor de 1870, rápidamente se notó que las líneas para telegrafía no eran adecuadas para telefonía y por esa época se empezaron a utilizar conductores de cobre. En esto, además de las características eléctricas de los materiales de las líneas, hay que tener en cuenta que la telegrafía es un sistema de comunicaciones de banda estrecha, y aún podríamos decir muy estrecha. En esa época la telefonía venía a ser un sistema de banda ancha, aunque sólo se tratara de canales de voz con un ancho de banda de unos 3 kHz y en ese ancho de banda la distorsión sobre la señal, debida a la atenuación dependiente de la frecuencia, era notoria.
Fig. 1.13. Tendido de cables submarinos en 1901
El teléfono tardaría casi cuarenta años en seguir al telégrafo, ya que se empezó a usar alrededor de 1870. Una razón para este retraso es, sin duda, el tipo de señales que se manejan en uno y otro sistema. En telegrafía las señales son discretas, es decir se detecta la presencia o ausencia de corriente en el circuito, de modo que para producir las señales telegráficas sólo es necesario un interruptor para transmitir y un dispositivo electromecánico que responda a la corriente, para recibir. En telefonía, por otra parte, se manejan señales continuas y es necesario un transductor que convierta, en el caso de la voz, la energía acústica en energía eléctrica de forma que aquí ya no hay sólo presencia o ausencia de corriente en el circuito, sino una corriente variable cuya amplitud y frecuencia deben corresponder a la señal de voz. Cuando esto se consiguió, aunque de manera rudimentaria, fue posible la transmi- sión de señales de voz.
También en el caso del teléfono, su invención se atribuye por lo general a Alexander Graham Bell, aunque éste fue sólo uno de los inventores que tuvo la fortuna de presentarse a la oficina de patentes diez minutos antes que otro inventor de un sis- tema similar, Elisha Gray. En cualquier caso, la invención del teléfono puede atribuirse con cierta justicia a Antonio Meucci, en Italia, en 1849 y a Philip Reis en Alemania que en 1861, diez años antes que Bell, desarrolló el primer teléfono con posibilidad de transmisión de unos 90 metros usando como micrófono una mem- brana animal excitada por un contacto eléctrico para producir sonidos, la recepción se lograba con un inductor galvánico oscilando de la misma forma que la membrana.
El teléfono rápidamente ganó popularidad a partir de la segunda mitad de la década de 1870 y fue evolucionando considerablemente gracias a la contribu- ción de numerosos inventores. La conexión entre abonados, inicialmente manual, fue dando paso a los sistemas automáticos, si bien hasta no hace muchos años las conversaciones de larga distancia, nacionales o internacionales había que hacerlas a través de operadora. Para finales de la década de 1980, es posible la comunicación nacional e internacional mediante marcado directo del número del abonado, excepto en algunos países en vías de desarrollo o bajo sistemas totalitarios en que toda comunicación al exterior debe pasar necesariamente por un sistema de control.
1.9.2 Características generales de los sistemas de cable
Los sistemas de cable ofrecen ventajas y desventajas respecto a los sistemas radioeléctricos de comunicaciones. Entre las ventajas se tiene que la energía electromag- nética está confinada por el cable con lo que los problemas de interferencia se reducen considerablemente y es posible tener dos sistemas paralelos de cable que utilizan el mismo espectro de frecuencias sin interferirse, lo que no es posible con sistemas radioeléctricos en que la energía no está confinada estrictamente a un espacio físico determinado. Cabe aclarar aquí que el término cable se utiliza aquí de forma genérica, tanto para una línea de uno o dos hilos como para un cable coaxial, pero no para designar otros medios de transporte confinado de la energía electromagnética, como las guías de onda o las fibras ópticas.
Los sistemas de cable, por otra parte, requieren de una infraestructura física compleja y costosa, bien sea que se instalen en postes o se canalicen de forma subterránea. El tendido de sistemas de cable con frecuencia requiere de negociaciones con los propietarios de los terrenos por los que debe pasar, lo que no ocurre con los sistemas radioeléctricos. En cualquier caso, cada tipo de sistema encuentra un vasto campo de aplicaciones y no puede hablarse estrictamente de que uno sea mejor que otro.
Una característica importante de los cables es su atenuación en función de la frecuencia. Esto es consecuencia de su resistencia intrínseca y del efecto pelicular (véase capítulo 3). Esto obliga a emplear técnicas de ecualización, de modo que la atenuación sea uniforme en toda la banda de frecuencias que transporte el cable. En el caso particular de la telefonía esta ecualización se consigue mediante la inserción de bobinas cada 800 m aproximadamente y esta técnica se designa como pupinización, en honor de su inventor, Michel Pupin. También es necesario introducir am- plificadores de línea para compensar la atenuación.
1.9.3 Tipos de cables
Para el caso que aquí nos ocupa, desde el punto de vista de una introducción a los sistemas de comunicaciones por cable, podemos clasificar los cables metálicos en dos tipos:
Cable telefónico de pares. En telefonía, la conexión entre la central y el abonado se realiza mediante dos hilos conductores, es decir un par. Puesto que el número de abonados a una central es considerable, la instalación de estas líneas en postes no resulta práctico, por que se emplean cables de pares múltiples o multipar, como los ilustrados en la figura 1.15.
Fig. 1.15. Dos tipos de cables multipar.
Estos cables conectan la central con cajas localizadas en el vecindario de los abonados y, de estas cajas se hace la distribución a los abonados mediante líneas individuales. Este tipo de cables, en forma de manguera puede contener hasta de varios miles de pares.
Cables coaxiales. Estos cables tienen anchos de banda considerablemente mayores que las líneas de pares, hasta del orden de 1 GHz, como es el caso de las líneas utilizadas en los sistemas de televisión por cable. Un cable coaxial es cilíndrico, con un conductor en el centro, rodeado por un conductor externo y separados por un dieléctrico que puede ser sólido, de aire, u otro gas.
En banda base, una línea de pares sólo puede transportar una señal o canal de voz. Sin embargo, mediante técnicas de multiplexado que se tratan en el capítulo 5, es posible transportar por una de estas líneas hasta 12 o 24 canales. En cables coaxia- les, esta capacidad aumenta hasta más de 1200 canales telefónicos, cada uno de 3.4 kHz de ancho de banda, o hasta unos 50 o más canales de televisión analógica de 8 MHz de ancho de banda cada uno.
Fig. 1.16. Cables coaxiales con dieléctrico sólido
Los sistemas de cable pueden usarse para interconectar centros de comunicacio- nes, por ejemplo, centrales telefónicas, o bien pueden usarse para conectar a un gran número de usuarios. En cualquier caso, las señales se inyectan en un extremo del cable con el nivel de potencia y tipo de modulación adecuados y se transportan por uno o varios cables principales designados como troncales. De estas troncales se extraen las señales para su distribución a los usuarios o abonados del sistema, mediante circuitos de distribución. Es claro que los amplificadores de línea deben compensar también las atenuaciones o pérdidas introducidas por los distribuidores.
Comunicaciones por Satélite
Desde los inicios de la llamada "era espacial", con la puesta en órbita del primer satélite artificial, el Sputnik I en 1957, hace ya prácticamente medio siglo, los avances han sido impresionantes y sus aplicaciones abarcan tanto aspectos civiles como científicos y militares. Los satélites de comunicaciones tienen varias caracte- rísticas importantes. Una, su considerable ancho de banda y, otra, la posibilidad de cobertura global. Hay que mencionar que el tema de comunicaciones por satélite es muy amplio y no es posible abarcarlo en esta introducción a los sistemas de telecomunicación, por lo que aquí nos limitaremos únicamente a dar una visión panorámica, necesariamente superficial.
1.10.1 La órbita geoestacionaria
En la actualidad, prácticamente todos los satélites de comunicaciones se sitúan en la órbita geoestacionaria, de modo que el satélite aparece como un punto fijo en el firmamento. Para que un satélite aparezca como un punto fijo sobre la superficie terrestre es necesario que se sitúe en una órbita circular sobre el ecuador y que su período de traslación sea exactamente igual al de rotación de la tierra, es decir de un día sideral.
El período de un satélite en órbita elíptica terrestre está dado por:
Para la órbita circular geoestacionaria es necesario que el período de traslación del satélite sea igual al de rotación de la tierra, es decir, 23h, 56 min, 4.09 s, a una altura de 35803 km en el plano ecuatorial. En otros planos, a esta altura, el satélite puede designarse como geosíncrono, pero no aparecerá estacionario sino que la trayectoria que se apreciará desde la superficie terrestre será des- cribiendo figuras en forma de ocho. Una estación terrestre puede trabajar con un satélite en órbita geoestacionaria o con varios si su antena tiene haces múltiples, sin necesidad de sistemas de seguimiento o de conmutación.
Aunque los orígenes de la idea de las comunicaciones satélite por satélite es obscura, tradicionalmente se atribuye a Arthur C. Clarke, conocido escritor de ficción científica, la proposición de un sistema de satélites en órbita geoestacionaria, para conseguir cobertura mundial. Se pueden configurar tres posiciones para conseguir una cobertura casi total de la tierra con satélites geoestacionarios, a excepción de las regiones polares. Intelsat, organismo en el que participan más de cien países es, desde su fundación en 1964, el mayor operador de servicios de comunicaciones por satélite, con una considerable flota de satélites situados en órbita geoestacionaria, con separación de 120º entre ellos y localizados sobre los océanos Atlántico, Pacífico e Indico.
La órbita geoestacionaria es única en el sentido de que su radio es independiente de la masa del satélite, por lo que todos los satélites geoestacionarios de comunica- ciones tienen que situarse en ella en posiciones asignadas a cada país, que se coor- dinan internacionalmente por la UIT. Las antenas terrestres para comunicación con estos satélites no requieren de sistemas de seguimiento y se mantienen fijas perma- nen- temente apuntando al satélite. Las comunicaciones, en principio, pueden man- tenerse de forma continua durante las veinticuatro horas.
1.10.2 Cobertura
Una posible clasificación de los satélites de comunicacio- nes es en términos de su cobertura. En términos generales puede hablarse de cobertura regional o hemisféri- ca y depende de la configuración de las antenas a bordo del satélite, como se ilustra en la figura 1.17 para el caso de cobertura regional.
En este caso la antena a bordo del satélite, que cumple las funciones de receptora y transmisora, debe mantenerse absolutamente rígida, ya que cualquier desviación de ésta, considerando la distancia entre la tierra y el satélite, haría que el satélite dejara de apuntar a la zona deseada.
Fig. 1.17. Cobertura de un satélite.
En el caso de cobertura hemisférica el ancho del haz de la antena debe iluminar toda la porción visible de la tierra, con lo que el ángulo de abertura del haz debe ser de unos 18º. Las regiones polares en un radio de unos 5º quedan fuera de la cober- tura del satélite.
Una vez que el vehículo espacial alcanza su posición en la órbita geoestacionaria, su posición debe mantenerse fija, a fin de que su antena o antenas, altamente direccionales apunten siempre en la dirección deseada. Sobre el satélite actúan diferentes fuerzas tales como el gradiente gravitacional, es decir, la diferencia en la atrac- ción gravitacional causado por la diferencia de distancia del centro de masa de la tierra a las diversas partes del vehículo, el campo magnético terrestre, la presión de la radiación solar y el movimiento no compensado de los motores inerciales, en- granajes y palancas. Aunque dichas fuerzas sean pequeñas, actúan de forma conti- nua sobre el vehículo y es necesario compensarlas o corregirlas.
La forma más simple de estabilización es giroscópica, en que el vehículo completo gira alrededor de su eje vertical como una peonza a una velocidad de 30 a 100 rpm. Esto hace que el satélite se comporte como un volante giroscópico con elevado momento de inercia que le proporciona rigidez en la posición. Sin embargo esto obliga a que las antenas tengan rotación opuesta (despun), es decir, localizadas en una plataforma de, relativamente, baja inercia, de modo que el efecto total sea que la antena apunte su haz de forma estacionaria hacia la tierra.
Un satélite no estabilizado giroscópicamente y apuntando a una región fija en la tierra como se ilustra en la figura, tiene tres tipos de movimiento, similares a los de un barco navegando: desviación, cabeceo y rotación. La desviación sería en este caso en el plano horizontal, semejante a las desviaciones de la proa de un barco respecto a una dirección fija. El cabeceo sería en este caso en el plano vertical, similar al cabeceo de un barco cuando la proa y la popa suben y bajan mientras navega. Finalmente, la rotación seria lateral, perpendicular a la dirección de apun- tamiento, como en el caso de un barco sujeto a oleaje lateral que se inclinara de babor a estribor.
Los satélites estabilizados en tres ejes tienen pequeños volantes giratorios, llama- dos volantes de reacción o de momento, que giran para mantener al satélite en la posición deseada respecto a la tierra y al sol. Si los sensores del satélite detectan desviaciones respecto a la posición correcta, los volantes de reacción aumentan o reducen su velocidad para regresar al satélite a la posición correcta. Algunos vehí- culos utilizan también pequeños impulsores de propulsión, para proporcionar empujes suaves y corregir así los desvíos de posición. Tanto este sistema como el de estabilización giroscópica tienen ventajas y desventajas. En la actualidad los satéli- tes de comunicaciones tienden más a ser del tipo de estabilización por tres ejes que giroscópica. Una ventaja de los satélites estabilizados por tres ejes es que pueden desplegar paneles solares de gran tamaño, por ejemplo de hasta 20 metros de longi- tud, una vez que se encuentran en su posición orbital y generar más energía que los satélites cilíndricos giratorios.
1.10.3 Suministro de energía
La fuente primaria de energía en los satélites de comunicaciones son las celdas solares de silicio. Estas pueden estar fijas al cuerpo del vehículo espacial o monta- das de forma que puedan orientarse continuamente para capturar la máxima energía del sol.
Durante los equinoccios de primavera y otoño, en que la desviación del eje terrestre es menor que en los solsticios, los satélites geoestacionarios quedan eclipsados por la tierra, alrededor de 70 minutos por día, dependiendo de la inclinación de la órbita y del número de días anteriores o posteriores al equinoccio. Para mantener el funcionamiento durante esos períodos, es necesario utilizar baterías. El peso de las baterías es importante y constituye un serio compromiso entre la potencia, el peso y el rendimiento. Los satélites actuales de comunicaciones pueden consumir hasta varios kw a pleno funcionamiento, por lo que las baterías no pueden proporcionar toda la potencia necesaria durante los eclipses. En esos intervalos las baterías suministran la energía necesaria a los circuitos de mayor prioridad a bordo del satélite, dejando de funcionar los de menor prioridad.
1.10.4 El sistema de comunicaciones
Un satélite de comunicaciones es, básicamente, un repetidor o retransmisor que, en el caso del satélite se designa como transpondedor y que en su configuración más simple puede representarse esquemáticamente mediante la figura 1.18 y cuya ar- quitectura es, prácticamente, la misma de los retransmisores empleados en sistemas radioeléctricos terrestres de comunicaciones. En el caso de comunicaciones por satélite se habla de dos segmentos: ascendente y descendente. El primero corresponde a la señal transmitida desde tierra hacia el satélite y el segundo a la señal transmitida del satélite a la tierra.
La señal ascendente, procedente de la tierra y en una determinada banda de fre- cuencias, es amplificada y trasladada a otra banda de frecuencias, para ser de nuevo amplificada hasta un nivel suficiente para su transmisión hacia tierra.
La razón de utilizar dos bandas de frecuencias diferentes para la señal de entrada y la de salida es la misma que en el caso terrestre y es evitar la retroalimentación que causaría que el sistema oscilara o quedara interferido haciendo inútil la comunica- ción.
Fig. 1.18. Diagrama esquemático simplificado de la porción de radio de un satélite de comunicaciones.
En las comunicaciones por satélite, la frecuencia del enlace ascendente es superior a la del enlace descendente. La razón de esto es que, en las bandas de frecuencias empleadas en las comunicaciones por satélite, casi todas superiores a 3 GHz, la atenuación por distancia es considerable y mayor cuanto mayor sea la frecuencia, además de otros efectos que contribuyen a la atenuación como la atenuación por hidrometeoros, en particular la lluvia y la absorción por gases atmosféricos vapor de agua. La potencia del transmisor a bordo del satélite está limitada principalmen- te por la fuente de energía, además de otros factores como el peso y el volumen del amplificador de potencia, en tanto que la potencia transmitida desde tierra puede ser tan alta como sea necesario para llegar al satélite con un nivel adecuado. Como consecuencia de lo anterior, es preferible que la frecuencia del enlace ascendente sea mayor que la del descendente, al que la atenuación será algo menor. Las bandas de frecuencias asignadas a los servicios de comunicaciones por satélite están defi- nidas por el Reglamento de Radiocomunicaciones de la Unión Internacional de Comunicaciones (UIT) y como ejemplo, a continuación se muestran las frecuencias utilizadas para servicios fijos de comunicaciones por satélite.
Hay algunas otras bandas, relativamente estrechas, asignadas también a los servi- cios fijos de comunicaciones por satélite, en particular, alrededor de 2.6, 3.6 y 6.6 GHz, así como bandas anchas por encima de 30 GHz, si bien estas bandas son poco usadas actualmente.
Adicionalmente hay otras bandas asignadas para sistemas móviles comunicaciones y reservadas para satélites que no están en órbitas geoestacionarias, entre se en- cuentran algunas para comunicaciones marítimas, aéreas y terrestres.
El número de transpondedores a bordo de éste, determina el ancho de banda y depende de la aplicación a que se destine el satélite. Así, algunos satélites, de los lanzados en 2005, el Galaxy tiene 15 transpondedores y el AMC-12, de la empresa SES Americom tiene 72, de los cuales el consorcio Astra utiliza 33 (Astra 4A). Cada transpondedor tiene un ancho de banda de 36 MHz, capaz de transportar un canal de televisión analógica y hasta de cinco a diez de televisión digital, o varios miles de canales de voz o datos. La modulación utilizada en los transpondedores es en frecuencia (FM) para las señales analógicas, o bien QPSK y 8PSK para las digitales. El ancho de banda de los transpondedores no es necesariamente el mismo y algunos de éstos pueden tener anchos de banda hasta de más de 100 MHz.
La cantidad de transpondedores a bordo del satélite hace necesaria una gestión adecuada de los mismos, por lo que además de éstos se tienen circuitos para la canalización adecuada de las señales a bordo del satélite. Además, en un momento dado es posible que no todos los transpondedores están ocupados con tráfico y mantenerlos encendidos representa un consumo innecesario de potencia. Otro as- pecto a considerar en el diseño del satélite es la previsión de que alguno o algunos de los transpondedores pueden fallar, por lo que es necesario contar con transpon- dedores de reserva para estos casos, de modo que el tráfico pueda canalizarse del transpondedor averiado a uno de reserva o a otro que no esté siendo utilizado o que maneje tráfico de menor prioridad. El sistema es, básicamente, muy similar al em- pleado en los radioenlaces terrestres de microondas.
1.10.5 Potencia radiada por el satélite
Como se verá en el capítulo 10, la potencia radiada está dada por el producto de la potencia de entrada a la antena, multiplicada por la ganancia de la antena. La potencia de entrada a la antena es la suministrada por el amplificador final del trans- pondedor, de tal manera que la potencia radiada debe ser suficiente para recibir en tierra una señal de buena calidad, o dicho más correctamente, con una relación señal a ruido elevada.
Los amplificadores de potencia en el satélite suelen utilizar en su mayoría tubos de onda progresiva (TWT), estos TWT son válvulas de vacío capaces de funcionar a frecuencias de microondas. En los inicios de las comunicaciones por satélite estos dispositivos podían proporcionar potencias del orden de 6 a 10 w y, actualmente los desarrollos realizados permiten obtener potencias hasta del orden de 100 w, dependiendo de la frecuencia, de modo que la potencia suministrada a la antena, dependiendo del satélite, puede situarse en ese rango. Para conseguir radiar una potencia elevada es necesario utilizar antenas muy directivas, de ganancia elevada, del orden de 40 dB o más en la banda Ku. Una ganancia de 40 dB significa que la potencia radiada en la dirección deseada será 104 o diez mil veces la potencia su- ministrada a la antena, de modo que si ésta es de sólo 10 w, hacia la tierra se radia- rá el equivalente a 10×104 = 100000 watts (véanse capítulos 2 y 10 para una expli- cación más amplia de este tema) y, con eso se consigue en tierra una recepción satisfactoria.
En los primeros satélites, la cobertura era hemisférica mediante un solo haz radiado por la antena, sin embargo el desarrollo de éstas ha hecho posible la radiación en varios haces y aún la conformación de éstos de acuerdo a la forma de la región geográfica que se cubre con la señal. Así por ejemplo un satélite como Hispasat radia varios haces, uno dirigido a la Península Ibérica, otro a las Islas Canarias y otros hacia el continente americano.
1.10.6 Vida útil
Actualmente la vida útil de los satélites más recientes se estima superior a los 15 años. En la vida útil influyen, además de las posibles averías, una serie de factores como el deterioro de las celdas solares y, de manera importante, el agotamiento del combustible necesario para mantener la posición del satélite de forma precisa. Cuando el combustible se agota, el satélite ya no puede corregir la deriva causada por los campos gravitatorios de la tierra, el sol, la luna y otros cuerpos en órbita así como la presión de la radiación solar y queda en tales condiciones, inútil para las comunicaciones.
Según se mencionó, la órbita geoestacionaria es única y esta a unos 36000 km de la superficie terrestre, de modo que todos los satélites de comunicaciones tienen que situarse en esa órbita. En otras palabras, la órbita geoestacionaria equivale a un estacionamiento con un número limitado de plazas y constituye por tanto un recur- so limitado. Actualmente hay miles de objetos en dicha órbita, la mayor parte "ba- sura espacial" que incluye tanto satélites inoperativos como restos de cohetes. Te- niendo que los viajes espaciales tripulados, con excepción del Proyecto Apolo a la luna a finales de la década de 1960 y años siguientes, no alcanzan órbitas superio- res a unos centenares de kilómetros de la tierra, los satélites de comunicaciones, hasta ahora y en el futuro previsible, no pueden ni recuperarse ni repararse en órbi ta, de modo que constituyen literalmente basura.
Autor:
Pablo Turmero
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