Trabajo Final Sistemas de Comunicaciones II

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA UNEFA INGENIERÍA EN TELECOMUNICACIONES SISTEMAS DE COMUNICACIONES II

SISTEMAS DE RADIOLOCALIZACIÓN Y TELEMETRIA COMUNICACIONES POR SATÉLITE

Prof.:

Integrantes:

Ing. Orlando López

Bocarruido, José Antonio Marín, Henry Mijares Ángel

Caracas, 25 de Noviembre del 2011

11.689.279 4.359.512 10.495.159

INDICE INDICE DE FIGURA INTRODUCCION SISTEMAS DE RADIOLOCALIZACIÓN Y TELEMETRÍA 5 Sistema de radar 5 Sistema de sección transversal del radar (RCS) 8 Ecuación del radar 9 Tipos de radar 13 Radar de navegación 13 Radar primario o pasivo 13 Radar secundario 14 Radar meteorológico 14 Radar de vigilancia 14 Radar de control de tiro 14 Radares para control de tráfico aéreo 14 Radares meteorológicos doppler 15 Principales aplicaciones de los sistemas de radar 15 Sistema de Telemetría, Aplicaciones 17 COMUNICACIONES POR SATÉLITE 19 Tipos de satélites 19 Satélites orbítales 19 Satélites geoestacionarios 20 Tipos de satélites órbita geoestacionaria 21 Patrones orbítales 22 Ángulos de vista 23 Clasificaciones orbítales, espaciamiento y asignaciones de frecuencia 24 Patrones de radiación, huellas 27 Modelos de enlace por satélite: uplink. y downlink 28 Parámetros del sistema y ecuaciones de enlace 30 Metodología de cálculo 31 Arreglos para accesos múltiples al satélite: FDM/FM, FDMA, TDMA, CDMA 35 Saltos de frecuencia 37 Telefonía celular por satélite 38 Sistema global de localización (GPS) 41 Radiodifusión por satélite 47 CONCLUSIÓN

BIBLIOGRAFIA

INDICE DE FIGURAS y TABLAS. Figuras. Figura 1. Radar móvil situado en el remolque de un camión Figura 2. Diagrama de bloques de un radar de pulsos Figura 3. Reflector de esquina Figura 4. El multitrayecto de la señal de eco hace que el radar detecte "blancos fantasma" Figura 5. Pantalla de un radar marino Figura 6. Orbita de satélite Molniya. Figura 7. Satélite Simón Bolívar (VENESAT -1). Figura 8. Orbitas Satelitales. Figura 9. Ángulos de elevación y vista Figura 10. Vista de la medida de Azimut Figura 11. Asignaciones de frecuencia del satélite WARC Figura 12. Esparcimiento entre satélites Figura 13. Separación espacial entre satélites geosincronos. Figura 14. Patrones de radiación de la antena del satélite (huella) Figura 15. Modelo del sistema de comunicación por satélite Figura 16. Modelo del sistema de subida o transmisor Figura 17. Modelo del sistema de bajada o receptor Figura 18. Parámetros de un sistema de comunicación satelital Figura 19. Selección de la órbita en sistemas de satélites Figura 20. Ejemplo de una red de comunicaciones personales Figura 21. Modelo GPS

Tablas. Tabla 1. Patrones orbitales. Tabla 2. Frecuencias asignadas a cada banda Tabla 3. Comparación de los sistemas de satélites Tabla 4.Características de los sistemas de satélites NAVSTAR y GLONASS Tabla 5.Comparativa de los tres sistemas DSR

INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo consta de valiosa información sobre sistemas de radiolocalización, telemetría y también sobre comunicaciones por satélite, los cuales son temas de mucha importancia en lo concerniente a nuestra carrera en formación como lo es la ingeniería de telecomunicaciones. Los temas aquí tratados son los sistemas de radar, tipos de radar, sistemas de telemetría y sus aplicaciones, satélites su forma de funcionamiento, telefonía celular, sistemas de GPS y radiodifusión por satélite. Los cuales son de alto interés en nuestra sociedad moderna ya que las comunicaciones actuales y en alta demanda surgen a través de estos sistemas, es importante tener conocimientos básicos si se quiere con el objeto de comenzar a adentrarnos en este mundo de la comunicación para de esta manera comenzar a pensar en el desarrollo de sistemas para las comunicaciones a través de estos medios de transporte de la información.

SISTEMAS DE TELEMETRÍA:

RADIOLOCALIZACIÓN

Y

Sistema de radar. El radar (“radio detection and ranging”) es un equipo compuesto por un conjunto de sistemas electrónicos que permiten detectar la presencia de objetos que se hallan fuera del alcance de la vista humana y obtener distintos tipos de información de los mismos, la cual se representa en una pantalla por medio de imágenes y sonidos. La localización se realiza orientando la antena hacia el objeto y midiendo la distancia por el tiempo que transcurra entre la salida de las ondas electromagnéticas emitidas y la vuelta del eco reflejado por el objeto, teniendo en cuenta que la velocidad de propagación es constante, igual a la velocidad de la luz. Una vez que un objeto ha sido identificado, es posible determinar datos sumamente precisos del mismo, como ser a que distancia se encuentra, su

forma, su posición, su dirección de desplazamiento y su velocidad, entre otros datos. Aunque el radar era conocido desde una patente alemana de 1904 (Hulsmeyer) no se experimentó hasta 1930, en su forma más sencilla (simple detección de la presencia de un avión) y 1935 en su forma de radar de impulsos. El perfeccionamiento del radar de abordo en 1939 fue una de las causas de la supremacía aérea británica en la segunda guerra mundial.

Figura 1. Radar móvil situado en el remolque de un camión. El

radar

está

compuesto

por

seis

elementos

fundamentales:

1. Transmisor: Este equipo se encarga de emitir una gran cantidad de ondas electromagnéticas, que al chocar con algún objeto se reflejan y son devueltas en forma de eco. Cuenta con un magnetrón para generar impulsos de radio de alta frecuencia con mucha energía. El mismo permite trabajar de dos formas: • •

Con frecuencia ágil: el magnetrón se sintoniza continuamente a lo largo del ancho de banda por medio de un motor que se encarga de controlar el volumen de las cavidades resonantes del mismo. Con frecuencia fija: en este caso el motor del magnetrón se mantiene en una posición fija de acuerdo a una frecuencia seleccionada.

2. Antena: Es la encargada de captar la energía contenida en el eco y enviarla al receptor a través de impulsos electromecánicos a frecuencias muy elevadas y de corta duración. La misma debe generar un haz sumamente estrecho, ya que debe girar lenta y continuamente para generar la señal de barrido. En muchos casos, la antena de radar lleva una batería con direccionamiento electrónico. 3. Receptor:

Este recibe la señal y se encarga de medirla y cuantificarla. Es muy importante que éste tenga la capacidad de amplificar y medir señales muy débiles con una frecuencia muy elevada, ya que de no ser así las mismas no podrían ser detectadas. Esta señal cuantificada es enviada a una computadora para realizar la tarea de conversión analógica / digital. Los receptores cuentan con distintos tipos de amplificadores, los cuales citamos a continuación: • • • •

Amplificador lineal: es utilizado en condiciones normales. Amplificador logarítmico: es aquel que se utiliza para suprimir ecos cercanos. Amplificador DickeFix: es el encargado de suprimir el barrido de Jamming. Amplificador MTI: se utiliza para eliminar blancos fijos.

4. Software Por medio de éste, y mediante la utilización de un conversor analógico / digital, se convierte la señal analógica recibida en una secuencia de números, por medio de tareas de codificación y decodificación de la misma. Esta secuencia de números es procesada por computadoras muy veloces que se encuentran en los gabinetes de procesamiento de video, en donde se extrae toda la información relativa al objetivo, la cual se envía a través de distintos bus, como ser el de CATV y sistema de datos de combate entre otros. 5. Pantalla de Radar: Este es el dispositivo sobre el cual se muestra toda la información que fue entregada a los distintos buses. Generalmente consisten en pantallas LCD que permiten obtener imágenes de gran calidad y una mayor visibilidad del piloto. Éstas están ubicadas estratégicamente brindando un mayor aprovechamiento del espacio del avión y permitiendo una mejor visualización del piloto. 6. Modulador de Impulsos: Este es el dispositivo encargado de extraer continuamente corriente de una fuente de energía, como un generador, para así poder alimentar el magnetrón del transmisor con impulsos de voltaje, potencia, duración e intervalos precisos.Estos impulsos deben comenzar y finalizar de manera abrupta, pero la potencia y el voltaje no deben variar de forma apreciable durante el impulso. Para entender mejor como trabajan todos estos elementos en conjunto, se explicara brevemente el funcionamiento del Sistema Radar. El transmisor se encarga de emitir un haz de ondas electromagnéticas a través de la antena, la cual concentra las ondas en un haz apuntando en la dirección deseada. A estos impulsos siguen períodos de silencio para observar la existencia o no de objetos. Cuando las ondas chocan con un objeto que se halla en la trayectoria

del haz, algunas se reflejan y forman una señal de eco, mientras que las ondas que no chocan con ningún objeto se dispersan. La energía contenida en la señal es captada a través de la antena, que también se encarga de enviar dicha señal al equipo receptor. Éste, mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, genera una señal en el dispositivo de visualización, que por lo general es una pantalla de computadora. La computadora se encarga de procesar las diferentes fuerzas de las señales de retorno y elabora una imagen que es desplayada en una pantalla. Los pulsos de radar se programan para que den en el objetivo y reboten antes de que se emita el siguiente pulso, para así poder medir el tiempo en que tarda la señal en regresar y determinar de esta forma la distancia en la que se encuentra el objetivo, su dirección y velocidad. Cuando el objetivo se encuentra en movimiento, la señal de retorno es de frecuencia levemente diferente a la de emisión, lo cual se denomina efecto Doppler y se debe al amontonamiento de ondas de radio cuando el objeto se acerca, o a su dispersión cuando el mismo se aleja. Este efecto permite detectar cuando un objeto se encuentra inmóvil o en movimiento, como así también la dirección y velocidad que lleva en éste último caso.

Figura 2. Diagrama de bloques de un radar de pulsos.

Sistemas de Sección Transversal del Radar (RCS) Un sistema de medida de sección transversal radar (RCS) tiene como objeto de estudio la observación de las reflexiones de señales emitidas por un radar sobre objetos en cualquier posición.El factor que da la medida de cuánto refleja un objeto en las ondas de radio se llama "sección radar cruzada" (σ), traducción del inglés RCS ("Radar Cross Section").Las señales de radio de onda corta (3 kHz-30 MHz) se reflejan en las curvas y aristas, del mismo modo que la luz produce destellos en un trozo de cristal curvo. Para estas longitudes de onda los objetos que más reflejan son aquellos con ángulos de 90º entre las superficies reflectivas. Una estructura que conste de tres superficies que se juntan en una esquina (como la de una caja) siempre reflejará hacia el emisor aquellas ondas que entren por su abertura.Este tipo de reflectores, denominados reflectores de esquina (corner reflectors, ver imagen a continuación), se suelen usar para hacer "visibles" al radar objetos que en otras circunstancias no lo serían (se suelen instalar en barcos para mejorar su detectabilidad y evitar choques). Siguiendo el mismo razonamiento, si se desea que una nave no sea detectada, en su diseño se procurará eliminar estas esquinas interiores, así como superficies y bordes perpendiculares a las posibles direcciones de detección. De ahí el aspecto extraño de los aviones "stealth" (avión furtivo). Todas estas medidas no eliminan por completo la reflexión debido a la difracción, especialmente para longitudes de onda grandes. Otra contramedida habitual es arrojar cables y tiras metálicas cuyo largo es media longitud de onda (chaffs) con la idea de cegar al radar; son efectivas, si bien la dirección hacia la que se reflejan las ondas es aleatoria cuando lo óptimo sería dirigir la reflexión hacia el radar que se quiere evita

Figura 3. Reflector de esquina

Ecuación del radar

La potencia Pr reflejada a la antena de recepción está dada por la ecuación radar:

Donde • • • • • • •

Pt = potencia transmitida Gt = ganancia de la antena de transmisión Ar = apertura efectiva (área) de la antena de recepción σ = sección transversal del radar, o coeficiente de decaimiento del objetivo F = factor de propagación del patrón Rt = distancia del transmisor al objetivo Rr = distancia del objetivo al receptor.

En el caso común donde el transmisor y el receptor están en el mismo lugar, Rt = Rr y el término Rt² Rr² puede ser reemplazado por R4, donde R es la distancia. Esto resulta en:

Esto dice que la potencia en el receptor se reduce proporcionalmente a la cuarta potencia de la distancia, lo que significa que la potencia reflejada desde el objetivo distante es muy muy pequeña. La ecuación anterior con F = 1 es una simplificación para el vacío sin interferencia. El factor de propagación engloba los efectos de la propagación multicamino y del shadowing, y depende del entorno en el que se estén propagando las ondas. En una situación real los efectos de atenuación en el recorrido deben ser considerados. Otros desarrollos matemáticos en procesamiento de señales de radar incluyen análisis de tiempo-frecuencia (Weyl Heisenberg o wavelet), así como la transformada chirplet que se basa en el hecho de que los ecos devueltos por blancos móviles varían su frecuencia en función del tiempo, como lo hace el sonido de un ave o un murciélago.

Polarización El campo eléctrico de la señal que emite un radar es perpendicular a la dirección de propagación. La dirección de dicho campo determina la polarización de la onda. Los radares usan polarizaciones horizontales, verticales, lineales o circulares, en función de la aplicación. Por ejemplo, la polarización circular es adecuada para minimizar la interferencia causada por la lluvia (pero debe evitarse para radares meteorológicos que lo que buscan es cuantificar las precipitaciones). La lineal permite detectar superficies de metal. La polarización aleatoria es adecuada para detectar superficies irregulares como rocas y se usa en radares de navegación.

Interferencias Los sistemas radar deben hacer frente a la presencia de diferentes tipos de señales indeseadas y conseguir centrarse en el blanco que realmente interesa. Dichas señales espurias pueden tener su origen en fuentes tanto internas como externas y pueden ser de naturaleza pasiva o activa. La capacidad del sistema radar de sobreponerse a la presencia de estas señales define su relación señal/ruido (SNR). Cuanto mayor sea la SNR del sistema, tanto mejor podrá aislar los objetivos reales de las señales de ruido del entorno.

Ruido El ruido es una fuente interna de variaciones aleatorias de la señal, generado en mayor o menor medida por todos los componentes electrónicos. Típicamente se manifiesta en variaciones aleatorias superpuestas a la señal de eco recibida en el radar. Cuanta menor sea la potencia con que llega la señal de interés, más difícil será diferenciarla del fondo de ruido. Por tanto, la más importante fuente de ruido aparece en el receptor, por lo que debe dedicarse un gran esfuerzo a tratar de minimizar estos factores. La figura de ruido es una medida del ruido producido por el receptor en comparación con un receptor ideal y debe ser minimizada.

Clutter El término clutter hace referencia a todos aquellos ecos (señales de RF) recibidos por el radar que son, por definición, no deseados. Pueden estar causados por objetos del entorno, el mar, precipitaciones (lluvia, nieve o granizo), tormentas de arena, animales (especialmente pájaros), turbulencias atmosféricas y otros efectos atmosféricos como reflexiones ionosféricas y estelas de meteoritos. También puede haber clutter debido a objetos fabricados por el hombre, sin intención de engañar al radar (edificios) o con ella ("chaffs"). Algunas veces el clutter está causado por una longitud excesiva de la guía de onda que conecta el transceptor del radar y la antena. Se puede dar la circunstancia de que una determinada fuente de clutter sea indeseable para una aplicación radar (ej: nubarrones en un radar de defensa aérea) pero positiva para otra (meteorológica). El clutter es considerado una fuente pasiva de interferencias, ya que sólo aparece como respuesta a los pulsos enviados por el radar.

Figura 4. El multitrayecto de la señal de eco hace que el radar detecte "blancos fantasma"

Finalmente, también hay clutter originado por la multitrayectoria de la señal de eco de un objetivo válido. Los factores que pueden causar estos caminos múltiples son la reflexión terrestre y las refraccionesatmosféricas e ionos feérica. Este clutter es especialmente molesto, ya que parece moverse y se comporta como si fuera un blanco de interés real, de modo que el radar detecta un objetivo "fantasma" que en realidad no existe. En un escenario típico, un blanco fantasma causado por reflexión terrestre sería interpretado por el radar como un objetivo idéntico al real situado justo por debajo de este. El radar puede intentar unificar los objetivos considerando que el blanco fantasma está a una altura incorrecta o directamente eliminarlo por considerar que está causado por jitter o que su ubicación es físicamente imposible. Una buena opción para minimizar el impacto de este efecto es incorporar al radar un mapa topográfico de los alrededores que ayude a eliminar aquellos ecos que se detecten a alturas imposibles (por debajo del nivel del suelo o por encima de una determinada altura). En radares de control de tráfico aéreo actuales se emplean algoritmos para identificar blancos falsos comparando los ecos recibidos con otros adyacentes y calculando la probabilidad de que sea real en base a datos de altura, distancia y tiempo.

Figura 5. Pantalla de un radar marino

Jamming Se conoce como jamming a aquellas señales externas al sistema radar emitidas en las frecuencias de funcionamiento del mismo y que por tanto

enmascaran los objetivos de interés. Puede ser intencionado para funcionar como contramedida electrónica ofortuito (por ejemplo, fuerzas amigas cuyos sistemas de comunicaciones usan la misma banda). El jamming está considerado como una fuente activa de interferencias, ya que está originado fuera del sistema radar y en general se trata de señales sin relación alguna con este. La reciente proliferación de sistemas WiFi que operan en banda C (en torno a 5,66 GHz) se ha convertido en un problema para radares meteorológicos, que sufren interferencias

Sección Transversal del Radar (RCS). El objetivode la sección transversal de radar (RCS) es la de proyectar el área que interceptar la señal transmitida y reflexionar isótropa una cantidad que produce la señal de retorno en el receptor. En otras palabras, la sección transversal de radar proporciona una indicación de qué tan bien el objetivo determinado refleja la energía del radar. De esta forma, no es de extrañar que el área física de un objeto es normalmente mayor que la sección transversal de radar por parte de la energía incidente, la cual es dispersada y absorbida por el blanco. El uso de materiales absorbentes de radar (RAM) y las formas específicas y los ángulos de ayuda a minimizar la sección transversal de radar. El objetivo principal también es la de cambiar la sección transversal de radar de manera notablemente, para tenerse en cuenta en el diseño de un sistema de radar. Los diseñadores de radar utilizan normalmente los valores extremadamente pesimista (bajo) de la sección transversal radar, para el cálculos de diseño y rendimiento para que el sistemas cumpla con los requisitos mínimos cuando sea introducido al servicio. La sección transversal de radar es un objetivo que no es constante con la frecuencia de operación. Hay tres grandes áreas de interés con respecto al tamaño físico de destino, frecuencia de operación y la sección transversal radar, como resultado. Estas áreas son: •

•

•

Región de Raleigh. Si el objetivo es mucho más pequeña que la longitud de onda del sistema de radar, el objetivo se dice que en la región de Raleigh. Si el objetivo está en la región de Raleigh, la sección transversal de radar del objetivo tiende a ser menor que el tamaño físico del objetivo. Región de resonancia. Si el objetivo es de dimensión similar a la de la longitud de onda, el objetivo se dice que está en la región de resonancia. En la región de resonancia, la sección transversal de radar en la meta puede variar mucho, pero tiende a ser mayor que el tamaño físico de la meta. Región óptica. La región óptica se produce cuando el objetivo es mucho mayor que la longitud de onda de funcionamiento del radar. Esto es muy a menudo el caso con los sistemas de radar operativo cuyas longitudes de onda se encuentran normalmente en el orden de los centímetros de longitud. Cuando se opera en esta región, la sección transversal radar, de la meta es similar a su tamaño físico.

La implicación de estas tres regiones es que la longitud de onda de funcionamiento no se debe elegir en un aislamiento total de las consideraciones de destino.

Tipos de radar. Los radares se pueden clasificar de la siguiente forma:

Radar de Navegación Este tipo de radar se utiliza para obtener información acerca de la distancia a la que se encuentra un objeto y la dirección que lleva el mismo. Es sumamente útil para evitar cualquier tipo de colisión, ya que permite detectar todo tipo de objeto no señalizado, como así también otras naves y elevaciones geográficas ante cualquier condición climática , permitiendo de esta manera que el avión obtenga información acerca de zonas de clima inhóspito, neblinas, nubes importantes y factores que limiten la visibilidad humana.

Radar Primario o Pasivo (ASR) Es aquel que trabaja sobre el principio de un eco pasivo procedente del objetivo. Este tipo de radar no necesita la cooperación del objeto para poder detectarlo.

Radar Secundario (SSR - SecundarySurveillance Radar) Este tipo de radar basa su funcionamiento en la respuesta del objetivo, por lo tanto necesita de la cooperación del objeto, como ser el avión, para poder detectarlo. Generalmente los radares secundarios se utilizan para tareas de navegación y de comunicación.

Radar Meteorológico. Presenta información acerca de áreas tormentosas, bancos de niebla, lluvias, entre otras inclemencias climáticas, a lo largo de una ruta. Esta información es sumamente útil, ya que permite que el avión tome otra ruta de vuelo para así evitar las zonas de clima riguroso.

Radar de Vigilancia.

Este tipo de radar permite detectar aquellos objetos que se encuentren en la proximidad de la nave proporcionando una alerta temprana.

Radar de Control de Tiro Este dispositivo se encarga de identificar un objetivo determinado, de realizar la adquisición del mismo y de seguirlo automáticamente. También puede determinar el alcance, el azimut y la elevación de un objetivo para que luego el sistema de ataque pueda apuntar y disparar automáticamente.

Radares para Control de Transito Aéreo Los aeropuertos, en las áreas terminales, son el punto convergente del tránsito aéreo originado desde gran número de aeropuertos y la capacidad de los controladores en estos aeropuertos terminales, aunada a las facilidades de aproximación de que se disponen, determina la cantidad de tráfico que se puede manejar sin excesivas demoras. En uno de estos aeropuertos, un importante factor que determina la rapidez del flujo de tránsito, es la pista. Si la pista de un aeropuerto permanece ocupada mucho tiempo, el grado de aceptación de aeronave s en la pista será muy baja Si un controlador de aeropuerto puede acelerar el despegue de una aeronave de la pista, puede disminuir el intervalo entre llegadas sucesivas. Los aeropuertos modernos son tan grandes y se localizan en áreas tan extensas que, muy a menudo, especialmente en condiciones de mala visibilidad, el controlador no puede determinar la posición exacta de las aeronaves s dentro del área de maniobras. No podrá saber entonces, si ya han abandonado una pista o calle de rodaje o si está rodando correctamente. Por estas circunstancias se ocasionan innecesarias demoras para aeronave s que van a aterrizar o a despegar, ya que el controlador no puede observar exactamente la posición de una aeronave. Necesariamente, por medidas de seguridad, tendrá que demorar cualquier operación que en realidad pudo haberse realizado con mayor premura sin disminuir mínimos de separación.

Radares Meteorológicos Doppler. Un radar Doppler es aquel radar que usa el efecto Doppler en los ecos de retorno de blancos para medir su velocidad radial. Para ser más específico, la señal de microonda enviada por el haz direccional en la antena de radar se refleja hacia el radar y se comparan las frecuencias, arriba o abajo desde la señal original, permitiendo mediciones directas y altamente seguras de componentes de velocidades de blancos, en la dirección del haz. Los radares Doppler se usan en defensa aérea, control del tráfico aéreo, sondeo de satélites, radar policial de velocidad, y en radiología. Los recientes radares meteo procesan velocidades de precipitaciones por la técnica del radar de impulsos Doppler, al tope de sus intensidades. Esto es un diferente y ligeramente tratamiento de los datos Doppler que ha sido publicitado mucho en EE.UU., de tal modo que el término radar Doppler es

frecuentemente usado equivocadamente por el neófito para significar radar meteorológico. Los radares meteorológicos son los únicos equipos capaces de seguir y predecir el comportamiento de eventos meteorológicos significativos como fuertes tormentas, tornados, granizadas, lluvias, etc. Estos eventos se caracterizan por afectar áreas pequeñas pero con importantes daños y se desarrollan y evolucionan muy rápidamente, por lo que debe contarse, para alertar sobre los mismos, con instrumentos de medición en tiempo real dentro de áreas relativamente pequeñas. En los últimos 10 años el costo de un radar doppler se ha reducido en más de 5 veces, por lo que en la actualidad es posible, incluso para empresas privadas, la instalación y operación de un radar doppler para prevenir inconvenientes de origen meteorológico en sus actividades. Empresas de pesca, petroleras, centros de deportes invernales, entre otras, pueden reducir drásticamente los inconvenientes en sus actividades con la utilización de un radar doppler, evitando perdidas, daños al medio ambiente y riesgos a la vida humana.

Principales aplicaciones de los Sistemas de Radar Geología • Análisis de estructuras geológicas (fracturas, fallas, pliegues y foliaciones); litotipos, geomorfología (relieve y suelos) e hidrografía para investigación de recursos minerales. • Evaluación del potencial de los recursos hídricos superficiales y subterráneos. • Identificación de áreas para prospección mineral).

Agricultura • Planeamiento y monitoreo agrícola. • Identificación, mapeo y fiscalización de cultivos agrícolas. • Determinación relativa de la humedad de los suelos; eficiencia de sistemas de irrigación.

Cartografía • Levantamiento planimétrico (escalas l:20000 a l:50000). • Levantamiento altimétrico (interferometría).

Bosques • • • • • •

Gerencia y planeamiento de bosques. Determinación de grandes clases de bosques. Identificación de la acción de determinadas enfermedades. Elaboración de cartografía referente a deforestación. Identificación de áreas de corte selectivo. Estimativa de biomasa.

Hielo y nieve • Mapeo y clasificación de hielo. • Monitoreo del deshielo (inundaciones).

Hidrología • Gerencia y planeamiento de los recursos hídricos. • Detección de la humedad del suelo. • Interpretación de parámetros hidrológicos: transmisividad, dirección de flujo, permeabilidad, etc.

Medio Ambiente • Planeamiento y monitoreo ambiental. • Identificación, evaluación y monitoreo de recursos hídricos y de los procesos físicos del medio ambiente (intemperismo, erosión, deslizamientos, etc.). • Identificación y análisis de la degradación causada por mineralizaciones, deposición de residuos, acción antrópica, etc. • Identificación, análisis y monitoreo de riesgos ambientales.

Oceanografía • • • • • •

Monitoreo del estado del mar, corrientes, frentes de viento. Espectro de ondas para modelos numéricos de previsión. Mapeo de la topografía submarina (condiciones específicas). Polución marina causada por derrames de petróleo. Detección de barcos y pesca ilegal. Apoyo para el establecimiento de rutas marítimas.

Uso de la Tierra • Planeamiento del uso de la tierra.

• • • • •

Clasificación de suelos. Clasificación del uso de la tierra. Inventario, monitoreo (detección de cambios), planeamiento. Patrones de irrigación/déficit hídrico. Salinización de suelos.

Sistema de Telemetría, Aplicaciones. La Telemetría es una técnica automatizada de las comunicaciones con la cual se toman mediciones y recopilación de datos que se realizan en lugares remotos para la vigilanciay transmisión. EsteInstrumento utiliza comúnmente transmisión inalámbrica, aunque en sus inicios se documenta que los sistemas de transmisión utilizados eran por cable. Entre los usos más importantes donde la telemetría es la principal protagonista, está en la recopilación de información del clima, supervisión de plantas de generación de energía y hacer el seguimiento de vuelos espaciales tripulados y no tripulados. El funcionamiento de un sistema de telemetría normalmente consiste de un transductor como un dispositivo de entrada, un medio de transmisión en forma de líneas de cable, las ondas de radio o satelital, dispositivos de procesamiento de señales, y dispositivos de grabación o visualización de datos. El transductor convierte una magnitud física como la temperatura, presión o vibraciones en una señal eléctrica correspondiente, que es transmitida a una distancia a efectos de medición y registro. En losiniciosde los sistemas de telemetría, quedatan de principios del siglo 20, los cuales eran utilizadosen la recopilación de datos de la Naturaleza y de algunas Plantas industriales, como era la supervisión de la distribución de energía eléctrica en una planta de Generación , en Chicago en 1912. También se realizaron trabajos en centros de vigilancia de líneas telefónicas para recibir los datos operativos de plantas remotas de energía. En otros campos, tambiénse comenzó a aplicar este tipo de sistemas, con las mejoras que se estaban realizando durante las décadas que siguientes. La combinación de la aeronáutica y la telemetría se remonta a la década de 1930, cuando globos cargados con equipos, se utilizaron para recopilar datos sobre las condiciones atmosféricas. Esta forma de telemetría se amplió, cuando se integró a los dispositivos satelitales de observación en la década de 1950. Los satélites ponen a la mano, la utilización de la telemetría, con la cual se desarrollan principalmente varias aplicaciones que incluye el registro de las condiciones meteorológicas, la observación de fenómenos espaciales y teledetección. Tales satélites han aumentado en su complejidad ya que, en la fecha actual, hay varios cientos de ellos que orbitanla Tierra eldía hoy. En el campo de la investigación científica, la telemetría siempre está constantemente desarrollando nuevas formas de explotar estos recursos. Uno de ellos es la biomedicina, en la que los datos fundamentales sobre los órganos internos de un paciente es transmitida por los dispositivos que se implantan quirúrgicamente dentro de ese órgano. Otro apasionante campo es el de la oceanografía, que implica la recopilación de datos remotamente relacionadas

con los aspectos bajo el mar, como la composición química de las rocas submarinas o su comportamiento sísmico. Entre otro gran número de aplicaciones podemos señalar las siguientes: •

Control a distancia y monitoreo de estaciones de bombeo de agua

•

Control a distancia y monitoreo de estaciones de bombeo de ductos y oleoductos.

•

Control a distancia y monitoreo de estaciones de bombeo y calentamiento de hidrocarburos.

•

Control a distancia y monitoreo de tanques de almacenamiento en instalaciones petroleras, petroquímicas o de la Industria en general.

•

Control a distancia y monitoreo de pozos petroleros en tierra y mar.

•

Control a distancia y monitoreo de estaciones de bombeo de gas

•

Control a distancia y monitoreo de consumo eléctrico.

•

Control a distancia y monitoreo de vibración y temperatura en motores, compresores o cualquier otro equipo critico de combustión interna o eléctrica.

Comunicaciones por satélite. En primer orden tenemos que indicar que es un satélite, un satélite según la astronomía es un cuerpo celeste que gira alrededor de un planeta.

Ahora en relación a lo que nos interesa hablaremos de satélites artificiales los cuales están definidos como un aparato que ha sido lanzado al espacio desde la tierra y que gira alrededor de un planeta o cuerpo celeste para recoger información.

Tipos de Satélites. Los satélites se pueden clasificar de diferentes formas, por su aplicación, por su distancia de la tierra o por su órbita pero en este caso los veremos según su órbita.

Satélites Orbitales. Los satélites orbitales o no sincrónicos giran alrededor de la Tierra en un patrón elíptico o circular de baja altitud. Si el satélite está girando en la misma dirección que la rotación de la Tierra y a una velocidad angular superior que la de la Tierra, la órbita se llama órbita progrado. Si el satélite está girando en la dirección opuesta a la rotación de la Tierra o en la misma dirección, pero a una velocidad angular menor a la de la Tierra la órbita se llama órbita retrógrada. Consecuentemente, los satélites no síncronos están alejándose continuamente o cayendo a tierra y no permanecen estacionarios en relación a ningún punto en particular de la Tierra. Por lo tanto los satélites no síncronos se tienen que usar cuando están disponibles, lo cual puede ser un corto periodo de tiempo, como 15 minutos por órbita. Otra desventaja de los satélites orbitales es la necesidad de equipos complicados y costosos para el rastreo desde las estaciones terrestres. Cada estación terrestre debe localizar el satélite conforme está disponible en cada órbita y después unir su antena al satélite y localizarlo cuando pasa por arriba. Una gran ventaja de los satélites orbitales es que los motores de propulsión no se requieren a bordo de los satélites para mantenerlos en sus órbitas respectivas. Uno de los más interesantes sistemas de satélite orbital, es el sistema Soviético Molniya. Los satélites Molniya son usados para la transmisión de televisión y, actualmente son el único sistema de satélites comerciales de órbitas no síncronos, en uso. Molniya utiliza una órbita altamente elíptica con un apogeo de aproximadamente 40.000 Km y un perigeo de aproximadamente 1000 Km. El apogeo es la distancia más lejana, de la Tierra, que un satélite orbital alcanza, el perigeo es la distancia mínima; la línea colateral, es la línea que une al perigeo y apogeo, en el centro de la Tierra. Con el sistema Molniya, el apogeo es alcanzado, mientras que está sobre el hemisferio norte, y el perigeo, cuando está sobre el hemisferio sur. El tamaño de la elipse se eligió para hacer su periodo exactamente la mitad de un día sideral (el tiempo que

requiere la Tierra para girar de regreso a la misma constelación). Debido a su patrón orbital único, el satélite Molniya es síncrono con la rotación de la Tierra. Durante su órbita de 12 horas, se pasa como 11 horas sobre el hemisferio norte.

Figura 6. Orbita de satélite Molniya.

Satélites Geoestacionarios. Condición de un satélite cuya velocidad angular en la descripción de su órbita es coincidente con la de la Tierra. En consecuencia, el vector de posición del satélite cortará a la superficie del geoide siempre en el mismo punto y virtualmente permanecerá inmóvil con respecto a él. En otras palabras la órbita geoestacionaria es una línea circular imaginaria que se sitúa a una altura de 35.787 kilómetros sobre la superficie terrestre en el plano del Ecuador, y en la que un satélite colocado en ella se mueve a una velocidad equivalente a la del giro de la Tierra sobre su eje (23 horas y 56 minutos); así, y teniendo en cuenta que en virtud de las fuerzas gravitatorias, el satélite no varía su altura respecto a la Tierra, se produce el hecho de que para un observador terrestre, el satélite aparece como si estuviera fijo en el espacio, al igual que desde el satélite se observaría en todo momento la misma franja de la Tierra. Dado que esta órbita es única, no puede ofrecer un espacio ilimitado a cuantos satélites pretendan ser colocados en ellas, por lo que a medida que aumente el número de ellos se irá reduciendo su espacio «vital» hasta producir un cierto grado de saturación, con problemas, si no de colisión física, sí radioeléctricas en razón a las interferencias que puedan ocasionarse cuando los satélites operen con las mismas bandas de frecuencia. Aunque es posible que los avances tecnológicos permitan un aprovechamiento de la órbita y de las frecuencias hasta unos límites de momento imprevisibles, es lo cierto que, en las circunstancias actuales, su condición de recurso natural limitado presenta el problema de la regulación de su uso y aprovechamiento

adecuados al servicio de la humanidad, que es una exigencia del Derecho espacial. En concreto, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (U.I.T.), teniendo conciencia de la cuestión planteada, ha fijado una separación mínima entre los satélites en órbita geoestacionaria.

Tipos de satélites de órbita geoestacionaria. El satélite Simón Bolívar (Venesat-1) es un satélite geoestacionario (GEO). Está ubicado en su órbita geoestacionaria, a 78 grados longitud oeste sobre la línea del Ecuador a una altitud de 35.786,04 km. Este camino orbital se llama el Cinturón Clarke, en honor de Arthur C. Clarke quien hizo una teoría en el año 1945. Explicaba que si miramos la tierra desde una perspectiva aérea, veremos desde arriba que su radio es de 6 mil 371 kilómetros, y predijo que si se lograba colocar un objeto en medio de esa posición, la compensación de fuerzas gravitacionales harían que ese objeto se mantuviera estable en su movimiento conjunto con el planeta, en un balance de fuerzas, es la teoría de las seis veces, seis por seis multiplicación exacta, resultado 36. Nuestra orbita esta en ese rango lo que es excelente para las telecomunicaciones y así iluminar a donde sea que queramos llevar nuestra señal.

Figura 7. Satélite Simón Bolívar (VENESAT -1).

Patrones Orbitales. Una vez proyectado, un satélite permanece en órbita debido a que la fuerza centrífuga, causada por su rotación alrededor de la Tierra, es contrabalanceada por la atracción gravitacional de la Tierra. Entre más cerca gire de la Tierra el satélite, más grande es la atracción gravitacional y mayor

será requerida la velocidad para mantenerlo alejado de la Tierra. A continuación mostramos una tabla en la que mostramos los patrones orbitales de las diferentes orbitas satelitales. ORBITAS

LEO

DISTANCIA A LA TIERRA

200-3000 Km

COSTO DEL SATÉLITE TIPO DE RED VIDA DEL SATÉLITE COBERTURA

BAJO COMPLEJA 3-7 AÑOS CORTA 28.000 Km/hora ½ HORA

VELOCIDAD TIEMPO DE ROTACIÓN TIEMPO DE VISIBILIDAD POR LA ESTACIÓN TERRENA

¼ HORA POR ORBITA

MEO 10000-20000 Km MEDIO MEDIA 10-15 AÑOS MEDIA

36000 Km ALTO SENCILLA 10-15 AÑOS CONTINUA 12.000 Km/hora

5-12 HORAS 2-4 HOAS POR ORBITA

Figura 8. Orbitas Satelitales.

Ángulos De Vista.

GEO

24 HORAS 24 HORAS POSICIÓN FIJA

Para orientar una antena desde una estación terrena hacia un satélite, es necesario conocer el ángulo de elevación y el azimut. Estos se llaman ángulos de vista.

Ángulo de elevación. El ángulo de elevación es el ángulo formado entre la dirección de viaje de una onda radiada desde una antena de estación terrena y la horizontal, o el ángulo de la antena de la estación terrena entre el satélite y la horizontal. Entre más pequeño sea el ángulo de elevación, mayor será la distancia que una onda propagada debe pasar por la atmósfera de la Tierra. Como con cualquier onda propagada a través de la atmósfera de la Tierra, sufre absorción y, también, puede contaminarse severamente por el ruido. Consecuentemente, si el ángulo de elevación es demasiado pequeño y la distancia de la onda que está dentro de la atmósfera de la Tierra es demasiado larga, la onda puede deteriorarse hasta el grado que proporcione una transmisión inadecuada. Generalmente, 5 grados es considerado como el mínimo ángulo de elevación aceptable.

Figura 9. Ángulos de elevación y vista.

Azimut.

Es el ángulo de apuntamiento horizontal de una antena. En otras palabras es la cantidad, en grados, que hay que girar la antena en el sentido de las manecillas del reloj (con rotación al norte geográfico de la tierra para que ese mismo eje pase por la posición en longitud del satélite. El azimut es de derecha a izquierda.

Figura 10. Vista de la medida de Azimut.

Clasificaciones Orbitales, Asignaciones de Frecuencia.

Espaciamiento

y

Hay dos clasificaciones principales para los satélites de comunicaciones: hiladores (spinners) y satélites estabilizadores de tres ejes. Los satélites spinner, utilizan el movimiento angular de su cuerpo giratorio para proporcionar una estabilidad de giro. Con un estabilizador de tres ejes, el cuerpo permanece fijo en relación a la superficie de la Tierra, mientras que el subsistema interno proporciona una estabilización de giro. Los satélites geosíncronos deben compartir un espacio y espectro de frecuencia limitados, dentro de un arco específico, en una órbita geoestacionaria. Cada satélite de comunicación se asigna una longitud en el arco geoestacionario, aproximadamente a 35.600 Km, arriba del ecuador. La posición en la ranura depende de la banda de frecuencia de comunicación utilizada. Los satélites trabajando, en o casi en la misma frecuencia, deben estar lo suficientemente separados en el espacio para evitar interferir uno con otro. Hay un límite realista del número de estructuras satelitales que pueden estar estacionadas (estacionarse), en un área específica en el espacio. La separación espacial requerida depende de las siguientes variables: • Ancho del haz y radiación del lóbulo lateral de la estación terrena y antenas del satélite

• Frecuencia de la portadora de RF • Técnica de codificación o de modulación usada • Límites aceptables de interferencia. • Potencia de la portadora de transmisión. Generalmente, se requieren 3 a 6 grados de separación espacial dependiendo de las variables establecidas anteriormente. Las frecuencias de la portadora, más comunes, usadas para las comunicaciones por satélite, son las bandas 6/4 y 14/12 GHz. El primer número es la frecuencia de subida (ascendente) (estación terrena a transponder) y el segundo número es la frecuencia de bajada (descendente) (transponder a estación terrena). Diferentes frecuencias de subida y de bajada se usan para prevenir que ocurra repetición. Entre más alta sea la frecuencia de la portadora, más pequeño es el diámetro requerido de la antena para una ganancia específica. La mayoría de los satélites domésticos utilizan la banda de 614 GHz. Desafortunadamente, esta banda también se usa extensamente para los sistemas de microondas terrestres. Se debe tener cuidado cuando se diseña una red satelital para evitar interferencia de, o interferencia con enlaces de microondas establecidas. Ciertas posiciones en la órbita geosíncrona tienen más demanda que otras. Por ejemplo, la posición Atlántico-medio que es usada para interconectar a Estados unidos y Europa es de demanda excepcionalmente alta. La posición de Pacífico-medio es otra. Las frecuencias distribuidas por WARC (Conferencia de Radio Administrativa Mundial), son:

Figura 11. Asignaciones de frecuencia del satélite WARC.

Tabla 2. Frecuencias asignadas a cada banda. ABREVIATURAS: FSS: Fixed Satellite Service.

ra

Figura 12. Esparcimiento entre satélites

Patrones de radiación.

Figura 13. Separación espacial entre satélites geosincronos.

El área de la Tierra cubierta por un satélite depende de la ubicación del satélite en su órbita geosíncrona, su frecuencia de portadora y la ganancia de sus antenas. Los ingenieros satelitales seleccionan la frecuencia de la portadora y la antena para un satélite, en particular, para concentrar la potencia transmitida limitada en un área específica de la superficie de la Tierra. La representación geográfica del patrón de radiación de la antena de un satélite se llama huella. La "huella" o "Huella de iluminación" o "Sombra" de un satélite es la representación geográfica del Patrón de radiación de la antena o antenas del satélite. Su área de cobertura, incluye a todas las estaciones de la Tierra que tienen un camino visible a él y están dentro del patrón de radiación de las antenas del satélite. -

El área de la tierra cubierta por un satélite depende de: o

Ubicación del satélite.

o

Frecuencia de la portadora de RF.

o

Ganancia de las antenas.

Las líneas de contorno representan los límites de la densidad de potencia de igual recepción.

Figura 14. Patrones de radiación de la antena del satélite (huella).

Modelos de enlace por satélite.

El término modo de los satélites es uno de los que hacen parecer complicada esta área de la radio experimentación. En HF el modo es el tipo de emisión en el que trabajamos: SSB, FM, CW, etc. En satélite el modo significa las bandas que estoy utilizando para trabajar al satélite: que banda uso en el uplink, esto es para transmitir o subir al satélite y el downlink o la banda en la que el satélite transmite de regreso o baja y en la que nosotros recibimos. Modo A B J K L S T

Uplink 2 metros (145 MHz) 70 cm. (435 MHz) 2 metros (145 MHz) 15 metros (21.2 MHz) 23 cm. (1.2 GHz) 70 cm. (435 MHz) 15 metros (21.2 MHz)

Downlink 10 metros (29 MHz) 2 metros (145 MHz) 70 cm. (435 MHz) 10 metros (29 MHz) 70 cm. (435 MHz) 13 cm. (2.4 GHz) 2 metros (145 MHz)

En algunas ocasiones vemos modos de dos letras como JA y JD en este caso se refiere a modo J Analógico o modo J Digital. En otras vemos que el satélite trabaja en modo compuesto, por ejemplo KA esto significa que se puede subir en 15 metros o en 2 metros y ambos bajan en 10 metros. En los futuros satélites se prevén nuevos modos. El sistema de comunicaciones vía satélite está formado básicamente por las estaciones terrenas y el satélite. El objetivo del sistema es permitir que las estaciones terrenas se comuniquen entre sí utilizando al satélite como una estación repetidora cuando la distancia que separa a las estaciones terrenas es tan grande que no permite la comunicación directa.

Figura 15. Modelo del sistema de comunicación por satélite. El término estación terrena es utilizado indistintamente para indicar todo tipo de terminal que se comunica desde la tierra con un satélite, sin importar si

ésta está ubicada en un punto fijo sobre la superficie de la tierra o está instalada en un avión, en un barco o en cualquier tipo de vehículo terrestre. En el caso de las comunicaciones móviles personales satelitales el término estación terrena es substituido por el término Terminal Móvil o Terminal de Usuario, aunque los elementos que la componen son básicamente los mismos, por supuesto que las terminales móviles no utilizan antenas parabólicas o reflectoras. Dependiendo de la aplicación en particular algunas de las estaciones son más sencillas o más complicadas.

Figura 16. Modelo del sistema de subida o transmisor.

Figura 17. Modelo del sistema de bajada o receptor.

Parámetros del sistema y ecuaciones de enlace.

Para que el sistema de comunicaciones funcione correctamente requiere de un análisis previo que nos proporcione el presupuesto (gasto de potencia) teórico del enlace entre dos estaciones terrenas: la transmisora y al menos una receptora, no importando el tipo de transmisión que se requiere (puntomultipunto, multipunto-multipunto o multipunto-punto) o la misma configuración de la red: el cálculo de enlace; que es el procedimiento matemático que nos permitirá evaluar la calidad de la señal existente en un canal de comunicación vía satélite considerando los niveles de potencia en todo el sistema. Es así como el cálculo de enlace vía satélite nos permite obtener los valores de potencia necesaria para comunicar dos o más estaciones terrenas (E/T) tomando en cuenta las consideraciones físicas relacionadas con el viaje de la señal por el espacio libre, con el tratamiento que recibe por parte de los equipos (entre ellos el satélite mismo), y a la ubicación geográfica de los puntos a comunicar. En el aspecto del diseño de redes satelitales, el cálculo de enlace constituye la base matemática para el dimensionamiento de los equipos que se utilizan en las E/T, en tanto que en la operación de redes es útil para determinar la cantidad de potencia necesaria para que la comunicación entre dos o más E/T se realice con la calidad deseada. Este documento es un breviario de todos los factores que se ven involucrados para determinar la cantidad de potencia que se necesita para establecer un enlace cuando los equipos de las E/T ya fueron seleccionados. En todo sistema de comunicaciones la presencia de ruido es algo inevitable que genera una degradación de la señal útil. La relación portadora a ruido (C/N), se refiere a la diferencia existente entre la potencia de la señal que se transmite y la potencia de ruido existente en el sistema, se utilizará como el indicador de la calidad de comunicación en el sistema de microondas vía satélite.

Metodología del cálculo. La metodología del cálculo que se empleará se basa en dividir al cálculo de enlace satelital en tres partes principales: a)

enlace ascendente

b)

enlace descendente

c)

evaluación del enlace

En el enlace ascendente se calcula la relación Portadora a Señal de Ruido (C/N) del enlace entre la estación terrena transmisora y el satélite. El enlace descendente permite obtener la relación (C/N) entre el satélite y la estación terrena receptora. La evaluación del enlace, permite determinar la confiabilidad del enlace (margen de enlace), bajo las condiciones que se hayan establecido para una trayectoria en particular. Cada una de las partes anteriores conjuntan una serie de conceptos físicos y procedimientos matemáticos con cierta independencia que permiten manejarlos por separado.

Figura 18. Parámetros de un sistema de comunicación satelital.

Segmento Terrestre. Dentro de la terminología de las comunicaciones vía satélite se denomina segmento terrestre a la infraestructura de tierra necesaria para la comunicación vía satélite, el segmento terrestre se refiere genéricamente a las estaciones terrenas. Una estación terrena desde nuestra óptica específica se conforma por una antena parabólica, un amplificador de alta potencia, convertidores de subida y/o bajada así como uno o varios modems (en el caso de E/T para portadoras moduladas digitalmente). Cada uno de estos elementos reflejará una o varias de sus características en el cálculo.

Cuando se transmite una señal de información digital vía satélite, típicamente se introduce a un proceso de modulación en los modems, posteriormente se incrementa la frecuencia de la señal modulada a través de los convertidores de subida, consecuentemente se incrementa la potencia de la señal con los amplificadores de alta potencia y finalmente la señal modulada incrementada en frecuencia y potencia es radiada en dirección al satélite por la antena transmisora.

Parámetros del sistema satelital: 1) Potencia de transmisión y energía de bit: - Eb = PLTb -

Eb = energía de un bit. [Joule/bit]

- PL = Potencia de la portadora [W] - Tb = tiempo de bit [seg.]

2) Potencia radiada isotropita efectiva EIRP [W]: - EIRP = PrAt - Pr = Potencia total radiada de una antena [W] - At = Ganancia de la antena transmisora.

3) Temperatura de ruido equivalente: - Te = T (NF-1). T = N/KB - Te = Temperatura de ruido equivalente. [K] - NF = Figura de ruido - T = Temperatura Ambiente [K] - N = Potencia total de ruido [W]

4) Densidad de ruido: - No = N/B ó KTe - No = Densidad de Ruido [W/Hz.]. - B = Ancho de Banda. - K = Constante de Boltzmann

5) Relación de densidad de portadora a ruido: - C/No = C/KTe - C = Potencia de la portadora.

6) Relación de densidad de energía de bit a ruido: - Eb/No = CB/Nfb

7) Relación de ganancia a temperatura de ruido equivalente (Ganancia de la antena receptora más ganancia del LNA dividida entre la temperatura de ruido equivalente de entrada: - G/Te = Ar + A(LNA)/Te.

8) Potencia Total radiada de una antena: - Pr = Pt - Lbo - Lb - Lf - Pt = Potencia de salida real del transmisor. - At = Ganancia de la antena transmisora. - Ar = Ganancia de la antena receptora. - Lp = Pérdidas de trayectoria. - Lf = Pérdidas del alimentador. - Lb = Pérdidas por ramificación. - Ld = Pérdidas de bajada adicionales debido a la atmósfera. - Lu = Pérdidas de subida adicionales debido a la atmósfera.

9) Relación de energía de bit a ruido: - Eb/No

10) Relación de portadora a ruido: - C/N

Ecuaciones de enlace. ECUACIÓN DE SUBIDA

La constante de Boltzman, K, es: 1.38 X 10-16 ECUACIÓN DE BAJADA

Las ecuaciones de enlace se utilizan para analizar por separado las secciones de subida y bajada de un sistema satelital de portadora de RF sencilla. Estas ecuaciones consideran sólo las ganancias y pérdidas ideales, así como los efectos de ruido térmico asociados con:

1) El transmisor de la Estación terrena 1. 2) El receptor de la Estación Terrena 2. 3) El transponder del Satélite.

Arreglos para accesos múltiples al satélite: FDM/FM, FDMA, TDMA, CDMA. El acceso múltiple puede ser por División de Frecuencia, Tiempo y Código. Cada vez que se utilizan portadoras múltiples, en comunicaciones, es necesario que el formato de acceso múltiple se establezca sobre el sistema. Este formato permite una separación bien definida entre las transmisiones de enlaces de subida y bajada desde una multitud de estaciones terrenas. Cada enlace requiere de dos canales de RF del satélite uno de subida y uno de bajada y se requieren cuatro frecuencias de portadora, dos de subida y dos de bajada.

FDMA.- El BW de un transponder se divide en secciones o ranuras de frecuencias asignadas a las distintas E.T. transmisoras. Un canal de TV modulado ocupa 36 MHz de los 500 MHz totales, 192 canales telefónicos ocupan 36 MHz. Por la conveniencia del ancho de banda de 500MHz se divide en espacios o ranuras cuyo número depende de la aplicación del satélite. Las ranuras se dejan para disminuir la posibilidad de interferencia. Al acceso múltiple a veces se le llama destino múltiple por que las transmisiones desde cada estación terrena se reciben por todas las otras estaciones terrenas. En FDMA las transmisiones provenientes de distintas estaciones terrenas están separadas en el dominio de la frecuencia. A las transmisiones de cada estación terrena se les asignan bandas de frecuencia específicas para los enlaces de subida y de bajada dentro de un ancho de banda determinado.

TDMA.- Cada estación terrena transmite pequeñas ráfagas de información durante una ranura de tiempo específica (intervalo). Las ráfagas están sincronizadas de tal manera que el estallido de cada estación llegue al satélite en un tiempo diferente. En TDMA El grupo de estaciones terrenas tiene asignada la misma ranura del BW, la misma portadora, con un ancho de banda fijo y esa ranura (generalmente todo el transponder) se comparte entre todas las estaciones terrenas secuencialmente en el tiempo. Cada estación terrena tiene asignado un tiempo de transmisión T, el cual puede ser igual para todas o no. Depende del tráfico de cada estación terrena. La estructura de marco o trama de transmisión dura de 5ms a 20ms el tiempo T≤ 1ms. Existen varias estructuras de Marco y cambian durante el día en horas pico de acuerdo a estadísticas.

CDMA.- Todas las estaciones terrenas transmiten dentro de la misma banda de frecuencias y no tienen limitación de cuándo pueden transmitir. La separación de las señales se realiza por medio de técnicas de codificación. CDMA es una técnica de espectro extendido, de hecho es SS (Spread Spectrum) de secuencia directa (SSMA: Spread Spectrum Multiple Access) Se utiliza para transmisiones confidenciales o altamente sensitivas a la interferencia.

Ventajas: Las antenas de las estaciones terrenas (transmisión y recepción) pueden ser muy pequeñas y sus ganancias bajas Desventajas: ocupa mucho ancho de banda porque cada bit de información se transforma en un tren de bits dependiendo la longitud del código utilizado. Los códigos son de 64 a 1024 bits.

Tipo de enlace. FDM/FM/FDMA.- Este enlace significa que la estación terrena transmisora primero se multiplexan o combinan en frecuencia varios canales originalmente en banda base (FDM), el resultado de esto modula en frecuencia a una portadora y esta portadora accesa al transponder del satélite con FDMA. En el punto receptor se debe aplicar el proceso inverso: FDMA/FM/FDM.

Salto de frecuencia. El salto lento de frecuencias se utiliza en los canales de trafico que están centrados a intervalos de 200 KHz entre 890 y 915 MHz y 935 y 960 MHz Utilizando el salto de frecuencias lento, se obtiene una diversidad de frecuencias que mejora la calidad de la señal global pero no da "espíritu" :) a los canales de ruido. Cada ráfaga de transmisión se completa antes de conmutar las frecuencias. Los protocolos RR son responsables de la asignación y reasignación de canales de tráfico entre la MS y la BTS. Estos servicios son: • • • • •

Controlar el acceso inicial al sistema. Paginar para llamadas terminadas en el móvil. "Handover" de llamadas entre células. Control de Potencia. Terminación de llamadas.

Los protocolos RR proporcionan los procedimientos para la utilización, asignación, reasignación y liberación de los canales GSM.

Telefonía celular por satélite. Desde el momento en que el hombre coloca en el espacio los primeros sistemas satelitales, se inicia de manera automática el desarrollo de las telecomunicaciones espaciales. Estos equipos son dispositivos construidos por el ser humano y puestos en órbita alrededor de la Tierra, con el fin de recibir señales, amplificarlas y luego retransmitirlas de vuelta a la Tierra. En los inicios se convirtió en un potente sistema de comunicación inalámbrico de larga distancia, hoy día se han desarrollado un diverso abanico de herramientas y usos para esta tecnología, que es una parte vital para el desarrollo del estilo de vida moderno del ser Humano. Para establecer un sistema de comunicación satelital se necesitan estaciones espaciales, estaciones terrenales. Las primeras constituidas por los satélites en el espacio, y las segundas constituidas por los equipos de comunicación en tierra.

Figura 19. Selección de la órbita en sistemas de satélites. Para lograr una comunicación satelital, los satélites llevan puestos varios transponders (típicamente 32 unidades), los cuales son dispositivos que reciben y transmiten señales de radio frecuencia. Cada uno de los transponders puede captar una señal de entrada de una banda de frecuencia dada, amplificarla y después difundirla a una frecuencia de salida distinta. Generalmente, los satélites pueden ser puestos en órbitas: -

LEO (Low Earth Orbit) MEO (Medium or Middle Earth Orbit) HEO (High Earth Orbit) GEO (Geosynchronous or Geostationary Earth Orbit).

Las de categorías de servicios de comunicación satelital, se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Servicio fijo • Servicio de difusión • Servicio móvil Según características inherentes al tipo de órbita que describen los satélites, el servicio fijo y de difusión están asociados con los sistemas GEO, mientras que los sistemas LEO, MEO y HEO están asociados con el servicio móvil. Existe un sin fin de aplicaciones en las que se pueden utilizar los servicios de comunicación satelital, y una de las tantas aplicaciones es la telefonía satelital.

LEO

MEO

GEO

Coste de los satélites

Máximo

Mínimo

Medio

Vida del satélite

3-7 años

10-15 años

10-15 años

Terminales portátiles

Posible

Posible

Imposible

Retardo de propagación

Pequeño

Medio

Grande

Pérdidas de propagación

Bajas

Medias

Altas

Complejidad de la red

Compleja

Media

Simple

Hand-off

Muy frecuentes Frecuencia media No hay

Periodo de desarrollo

Largo

Corto

Largo

Visibilidad de un satélite

Corta

Media

Siempre

Tabla 3. Comparación de los sistemas de satélites.

Servicios de telefonía satelital Básicamente existen dos tipos bien diferenciados de telefonía satelital: -

telefonía fija o rural y telefonía móvil o global

Según el tipo de servicio de comunicación que ofrecen los sistemas satelitales, la telefonía satelital fija se basa en redes de comunicación de satélites geoestacionarios y la telefonía satelital móvil en redes de comunicación de satélites de órbita baja. Las características de cada uno de estos sistemas satelitales definen el tipo de telefonía satelital.

Telefonía satelital fija En la red de telefonía satelital fija, se compone por: • estaciones centrales • canales de satélite • terminales remotos Los satélites del tipo de comunicación geoestacionarios, son hoy en día los más usados para proveer servicios de telefonía satelital fija. Los satélites GEO orbitan la Tierra directamente sobre el ecuador a una altura de 35.400 km aproximadamente. A esta distancia, una vuelta completa alrededor de la Tierra se demora 24 horas. De este manera, el satélite siempre esta posesionado sobre la zona de cobertura (sobre la misma superficie de la Tierra todo el tiempo), y permanece fijo en el cielo desde cualquier punto sobre la superficie de la Tierra desde el cual se le visualice. Además del satélite GEO en el espacio, en tierra se necesitan de la estación central o hub y de los terminales de usuarios o VSAT (Very Small Aperture Terminal) para establecer una red de comunicación. Telefonía satelital móvil Estos dispositivos poseen pequeñas antenas no direccionales que emiten señales de muy poca potencia, y deben recibir señales fuertes, pues no tienen una gran capacidad de amplificación. En consecuencia, es necesario que la señal del satélite sea fuerte en la localidad del usuario para que este pueda recibir datos, y además, que el satélite pueda recibir la señal que envía el usuario, en caso que este quiera transmitir datos. Esto se puede lograr si la distancia al satélite es relativamente pequeña, de 640 a 1.920 km (la señal se atenúa con el cuadrado de la distancia). Por lo tanto, los satélites de órbita baja, proporcionan una solución a este problema. Otras soluciones son los satélites de órbita media (8.000 km de altitud) y satélites de órbita elevada (16.000 km de altitud) con grandes antenas de alta ganancia. Los sistemas satelitales usan la tecnología de telefonía celular. La idea principal de tales sistemas es que, a diferencia de los sistemas celulares, en los que las celdas o células permaneces fijas y el usuario tiene movilidad, de tal manera a cambiarse de una celda a otra para su cobertura, en el sistemas satelital las celdas son móviles, pues el satélite que lo barre está en movimiento (satélite de órbita baja). La red de satélites cubre toda la Tierra, y un satélite puede tener más de una celda a su cargo (de hecho generalmente tiene alrededor de 50 haces puntuales por satélite). Es decir, los satélites actúan análogamente a las antenas de transmisión de los sistemas celulares. Cuando un satélite deja de barrer un área determinada en Tierra, otro satélite barre dicha área, y se produce la conmutación, fenómeno similar a la telefonía celular, pues en ambos casos hay un movimiento relativo entre el usuario y la estación base. El primer sistema LEO para servicio de telefonía móvil, y quizás el más conocido, es elIridium.

Figura 20. Ejemplo de una red de comunicaciones personales.

Sistema global de localización (GPS). La localización, determinar una posición y la navegación,obtener una posición a partir de la anterior. Siempre han sido tareas cruciales para las actividades del ser humano a través de la historia, y estos métodos han sido siempre complicados. No fue sino hasta principios delos 70’s del siglo XX, se comenzó a diseñar un nuevo proyecto de localización mundial por medio de tecnología satelital. En 1978 se lanza el primero de un total de 24 satélites de órbita media (MEO) de la constelación llamada NAVSTAR GPS. La idea era tener a estos satélites como puntos de referencia para calcular posiciones latitud, longitud y altitud. Aunque al principio este sistema fue sólo para propósitos de estrategia militar, posteriormente esta tecnología se brindó a la población civil en forma gratuita, pero con algunas "limitantes"la aproximación. En la actualidad, con la disminución en el tamaño y en el precio de los receptores GPS, se contribuye a que esta tecnología esté al alcance de todos. Los receptores GPS utilizan a estos satélites como puntos de referencias para calcular la latitud, longitud, altitud, con aproximaciones en el orden de metros, inclusive centímetros, velocidad y tiempo exacto.

GPS (Global Positioning System) es un sistema mundial de localización constituido por una constelación de satélites, cada uno de ellos dotado con relojes atómicos, computadoras, emisores y receptores de radio y por estaciones terrenas que monitorean constantemente a cada uno de los satélites. Cada satélite transmite su posición y el tiempo exacto cada 1000 veces por segundo a la tierra, donde cada milisegundo un receptor computarizado puede calcular a qué distancia se encuentra de un satélite en particular que se encuentra a la vista, multiplicando la velocidad de la luz por el tiempo transcurrido de la señal del satélite al receptor GPS. Al combinar las señales de varios satélites, el receptor puede establecer con "exactitud" su propia posición, altitud e inclusive la velocidad. La idea básica de la determinación de la posición se basa en la triangulación de los satélites. Para "triangular" un receptor GPS calcula la distancia en base al tiempo de travesía de la señal a través de las capas de la atmósfera, conociendo de antemano la velocidad de la luz. Para calcular el tiempo de travesía, los receptores GPS necesitan calcular los tiempos en ambos relojes, el del receptor y el del satélite de una manera muy precisa. Además de la distancia, se necesita saber dónde están los satélites en el espacio. Las altas órbitas y el minuciosos monitoreo son el secreto. Finalmente se debe corregir cualquier retardo que experimenta la señal al viajar a través de la atmósfera. Características de NAVSTAR GPS Cualquier sistema satelital como NAVSTAR está constituido por tres segmentos: • • •

Segmento espacial, Segmento de control, y Segmento del usuario

El segmento espacial NAVSTAR GPS está constituido por una constelación de 24 satélites localizados a 20,200 kms de la superficie de la tierra. La tabla (xx), describe la constelación NAVSTAR GPS y la constelación de satélites GLONASS (Global Navigation Satellite System) del Gobierno Ruso. Estos dos sistemas tanto el ruso como el estadounidense son similares en operación y en características de los satélites. Los satélites son una parte esencial ya que estos son los que emiten constantemente las señales hacia los receptores GPS, cubriendo todo el globo terrestre. El segmento de control consiste de cinco estaciones de monitoreo localizadas en Hawaii, Kwajalein, Isla Ascencion, Diego Garcia y Colorado Springs; tres estaciones terrenas en Isla Ascencion, Diego Garcia y Kwajalein, y una Estación Maestra de Control (MCS) localizada en la base aérea de Falcón Colorado, la cual mantiene los satélites en posición orbital y su respectiva regulación de tiempo de cada satélite. Las estaciones de monitoreo rastrean todos los satélites que se encuentran a la vista, acumulando la información monitoreada. Esta información es procesada en la MCS para determinar las órbitas de los satélites y para actualizar cada mensaje de

navegación de cada satélite. Una vez actualizada esta información es transmitida a cada satélite desde las estaciones terrenas.

Figura 21. Modelo GPS. El segmento del usuario consiste de receptores GPS que proporcionan casi instantáneamente la posición, altitud, velocidad y tiempo preciso al usuario desde cualquier parte del mundo las 24 horas del día. Estos receptores calculan la posición por medio de señales simultáneas desde tres o más satélites que estén a la vista del receptor GPS. Los receptores varían en precios, tamaños y precisión, desde los más sencillos como los que se usan para la localización de vehículos o los más sofisticados, como los que encuentran en los tableros de los aviones. Cuando se requiera comprar algún receptor GPS se recomienda que tenga un número adecuado de canales. Los receptores de un sólo canal buscan su posición por medio de señales emitidas constantemente hacia el espacio buscando las señales de los satélites. Tan pronto como éstos sean localizados, el receptor proporciona cálculos de localización y la precisión es determinada por la rapidez conque el receptor pueda encontrar las señales de los satélites. Existen algunos receptores que cuentan con 5 canales, de los cuales 4 rastrean satélites para tener una constante localización por aquello de que algún canal sea bloqueado. Existen receptores aún más sofisticados que cuentan con 12 canales.

Características de las constelaciones NAVSTAR y GLONASS Característica NAVSTAR GPS Compañía Impulsora

Número satélites

Departamento Defensa de (NAVSTAR SystemsLtd) de 24 en orbitales

6

GLONASS de Gobierno Ruso EUA

planos 24 en 6 planos orbitales

Tipo de órbita

Media (20,200 km); Media (19,200 km) en 6 inclinación 63 grados; planos orbitales; período de 12 hrs. inclinación 64.8 grados; período de 11 hrs 15 min.

Frecuencias

Banda L (L1=1.57542, Banda L (L1=1.609 GHz, L2=1.2276 GHz) L2=1.251 GHz)

Método acceso

de CDMA Esparcido)

(Espectro CDMA Esparcido)

Vida útil aprox. 7.5 años

(Espectro

7.5 años

Tabla 4.Características de los sistemas de satélites NAVSTAR y GLONASS

Tipos de servicios de NAVSTAR GPS. Existen dos niveles de servicio, el primero conocido como Servicio Estándar de Localización (SPS, Standard Positioning Service), que es un servicio de determinación de la posición y tiempo que está disponible a todos los usuarios, las veinticuatro horas del día y sin cargo directo. Intencionalmente la defensa americana introduce un error para que la exactitud de este servicio no sea muy bueno. SPS provee una probabilidad de error predecible de 100 mts horizontalmente y de 156 mts verticalmente y con 340 nanosegundos en tiempo. Por otro lado el Servicio Preciso de Localización (PPS, Precise Positioning Service) es un servicio de determinación de la posición y tiempo con alta precisión utilizado para usos militares y para otros usos del Gobierno de los Estados Unidos. Para usos civiles que no son del Gobierno Federal, ya sea domésticos y extranjeros pueden ser considerados solicitando un permiso especial. Este servicio provee una precisión predecible de 22 mts horizontalmente y 27.7 mts verticalmente y 200 nanosegundos en tiempo. Este

servicio no está disponible a los usuarios civiles, ya que los mensajes están encriptados. Con el fin de optimizar la precisión de GPS, se desarrolló una técnica conocida como GPS Diferencial (DGPS). La precisión en GPS va a depender de varios factores: el primer factor son las señales que emiten los satélites dirigidas al usuario civil, éstas vienen con un error implícito conocido como disponibilidad selectiva. Otro factor es la desviación de los relojes; los relojes que traen internamente los receptores GPS por supuesto no son atómicos como los que traen los satélites. La desviación de ambos relojes provoca que el tiempo de travesía de la señal no sea calculado de manera precisa, sumándole a esto la velocidad de la luz , la cual se usa para efectuar los cálculos, es sólo una constante (aproximadamente 2.9979x108 m/s) pero en el vacío. Otro factor importante son las condiciones de radio-propagación de la ionosfera. Otro factor de error son las multitrayectorias de la señal, lo que hace que ésta al ser reflejada por un objeto sólido el tiempo de travesía sea inexacto. Estos y otros factores de error provocan que los cálculos que realiza el receptor GPS sean de poca aproximación. DGPS es un método para eliminar errores en un receptor GPS, para hacer la salida más precisa. La idea principal de DGPS se basa en el hecho de que los satélites están a una altura considerable, por lo que si tomamos dos objetos separados uno del otro 200 kms, el tiempo de travesía de un satélite en particular a cada objeto tienen virtualmente los mismos errores, mas sin embargo la posición de los objetos son totalmente diferentes. DGPS trabaja ayudándose con estaciones terrenas de referencia, éstas pertenecen a la Guardia Costera de los Estados Unidos y a agencias internacionales que establecen sus estaciones en cualquier lugar, especialmente alrededor de puertos y ríos navegables. La Estación de Referencia (con sus coordenadas geográficas exactas, ya conocidas), en vez de calcular otra vez su posición, calcula el tiempo de travesía (Tc) para c/u de los satélites que tiene a la vista y los compara con los tiempos de travesía para cada satélite (Ts). La diferencia entre Tc y Ts se le conoce como Error de Corrección (EC). Entonces, la Estación de Referencia transmite a c/u de los receptores GPS en tierra esos Errores de Corrección para que los utilicen para corregir sus respectivas medidas. Con DGPS se pueden determinar posiciones con un alto grado de aproximación en el orden de metros, inclusive centímetros; es importante aclarar que estos receptores deben de estar equipados con DGPS; muchos de los nuevos receptores GPS están siendo diseñados para aceptar correcciones, y algunos están equipados con radio receptores en su interior. Las aplicaciones de GPS son muy diversas, éstas se pueden clasificar en cinco categorías: localización, navegación, rastreo, cartografía y tiempo exacto. En aplicaciones de localización (determinar una posición) las más empleadas son para la localización de vehículos. Dado el alto índice de robos de vehículos, algunas compañías fabricantes de automóviles y compañías aseguradoras han empezado a instalar este tipo de aparatos en lugares ocultos

dentro de los automóviles. También muchos de los taxis y camiones de carga utilizan GPS en sus vehículos para que estos sean localizados desde sus oficinas. La navegación (obtener una posición a partir de la anterior) es una aplicación que requiere de mucha precisión, razón por la cual las compañías de aviación utilizan GPS para guiar a las aeronaves en climas inhóspitos así como para despegar y aterrizar este tipo de vehículos. El rastreo también es otra aplicación muy importante, por ejemplo algunas compañías de flotillas de vehículos utilizan un programa de computadora provisto con un mapa de una ciudad o de una región, para rastrear todos sus vehículos. Algunas universidades y centros de investigación les ponen unos diminutos receptores GPS a animales en peligro de extinción o aves para conocer y estudiar sus trayectorias. La cartografía es otra aplicación de mucha importancia dentro de las aplicaciones de GPS, al determinar con precisión la posición de ríos, bosques, montañas, carreteras y otros puntos es posible la elaboración de mapas muy precisos; con la ayuda de otras técnicas como la fotogrametría, topografía y planimetría es posible la elaboración de sistemas de información geográfica. El tiempo exacto que nos brinda el sistema GPS, es utilizado por las cadenas nacionales de televisión para sincronizar las transmisiones a nivel nacional y para sincronizar los comerciales y programas. La puesta en órbita de satélites es otra aplicación que requiere de una finísima precisión debido a que se necesita poner un satélite en una posición exacta en un tiempo exacto, y evitar así posibles colisiones. Las aplicaciones de tipo militar también son muy bastas, fue el principal motivo por lo que GPS se concibió. En la pasada guerra del golfo pérsico conocida como la tormenta del desierto, fue una prueba de fuego para el Departamento de Defensa de Estados Unidos para probar sus sistemas de localización. El sistema GPS se utiliza en la milicia para determinar la distribución adecuada de tropas en tierra, aviones, barcos, submarinos, tanques, etc., también para guiar misiles para la destrucción de objetivos. Los misiles Patriot que usaron las tropas estadounidenses para la destrucción de los misiles de Irak, es un claro ejemplo de la utilización al máximo de GPS. Existen muchas aplicaciones más benéficas de la utilización de este sistema de localización; con GPS es posible guiar ambulancias, bomberos, policía o grupos de rescate para que estos lleguen en cuestión de minutos al sitio donde está la emergencia. Con GPS es posible que personas invidentes puedan guiase dentro de una ciudad, apoyándose en una detallada base de datos dentro del receptor. Otras áreas de aplicación de la tecnología GPS es la agricultura, minería, arqueología, construcción, exploración, cinematografía, pesca deportiva, entre otras. En la actualidad existen otros sistemas satelitales que ofrecen el servicio de localización, como Inmarsat, AMSC (American Mobile Satellite Corp.), y

OmniTRACS de Qualcomm, basándose en GPS y apoyándose en satélites geoestacionarios (GEOs) y sus respectivas estaciones terrenas de monitoreo. Los usos principales son el rastreo de flotillas de vehículos. Con el lanzamiento de los satélites de órbita baja (LEO) y su puesta en operación en los próximos años, como por ejemplo Iridium, GlobalStar, Orbcomm, ODYSSEY, entre otros, habrá más opciones para aplicaciones en el área de la determinación de la posición. El futuro de esta tecnología es muy prometedor, todos de alguna manera nos vamos a ver beneficiados por las bondades del sistema mundial de localización.

Radiodifusión por satélite. Se cumplieron 100 años de que Guillermo Marconi transmitiera la primera señal de radio por los aires de Inglaterra. Su invento, la radio, ha jugado un papel importante en la vida de varias generaciones a partir de la entrada comercial en el siglo XX de esta tecnología inalámbrica. La amplitud modulada (AM) y la frecuencia modulada (FM) han entrado a millones de hogares alrededor del mundo dando entretenimiento a familias enteras. Estas dos bandas, propensas al ruido e interferencia, tienen un alcance limitado y se requiere de estaciones repetidoras para ampliar la distancia de cobertura de las señales. Ahora, imagínese escuchar música ininterrumpidamente, sin ruido, sin interferencias, con calidad de CD (compact disc, disco compacto) y con la posibilidad de escoger entre más de 50 géneros de música sin mensajes comerciales. Imagínese también que las señales de radio provienen del espacio a 36,000 kilómetros de la tierra. Así es, llegó la radio por satélite y viene a revolucionar la industria del radio como lo hicieron en su momento la AM y FM. La radio por satélite es una idea que tiene cerca de 10 años. En 1992 la FCC (Federal Communications Commission) de los Estados Unidos (EUA) asignó una banda de frecuencias en la banda "S" (2,310-2,360 MHz) para difusión por satélite a todo el país del servicio de radio digital (DARS, Digital Audio Radio Service) y solo cuatro compañías aplicaron para una licencia de radiodifusión en esta banda. Sin embargo, no fue hasta que en 1997 la FCC otorgó licencias a sólo dos de esas compañías, Satellite CD Radio (ahora Sirius Satellite Radio) y American Mobile Radio (ahora XM Satellite Radio). Después del éxito de DTH (Direct to Home, televisión directa al hogar), se espera que éste nuevo servicio conocido como DSR (Digital Satellite Radio), tenga una gran aceptación. Las compañías de DTH (e.g. Directv & Sky), ofrecen también muchos canales de audio digital con calidad de CD, pero se necesita una pequeña antena parabólica y un receptor DTH. Pero el problema de DTH radica en su antena, ya que ésta es fija y directiva, obligando al usuario a permanecer en un sólo lugar.

DSR, es un sistema de radio recepción por satélite cuya antena es omnidireccional, es decir, en movimiento se puede capturar las señales del satélite. Su nicho de mercado serán los conductores de algún vehículo, aunque también existen receptores para el hogar y radio receptores portátiles. Los receptores DSR están provistos de tres bandas, AM/FM y SAT. DSR provee a los usuarios la recepción de canales de música continua seleccionada por diversos géneros y sin comerciales. Los géneros musicales van desde rock, jazz, clásica, country, pop, música folklórica, 60s, 70, 80s y música latina, solo por mencionar algunos. Pero también ofrecerán noticias, deportes, conciertos, educación y cultura. El DSR funciona de la siguiente manera: Una estación de radio transmite desde tierra al satélite ráfagas continuas de información que contienen básicamente la programación (muchos canales de audio). La información es recibida por los satélites, amplificada y retransmitida de vuelta hacia la tierra. Los automóviles provistos de una pequeña antena conectada a un radio receptor satelital, serán capaces de decodificar la señal de radio. Los componentes clave del servicio de DSR, independientemente de la compañía que lo ofrezca, son: • • •

Los satélites (segmento espacial): radian las señales hacia la tierra. Los repetidores en tierra (segmento terrestre): repiten la señal principalmente en áreas urbanas, donde estás pueden ser bloqueadas por edificios o puentes. Los radio receptores (segmento del usuario): tienen varias modalidades, estéreos para vehículos, radio receptores portátiles y estéreos para hogar u oficina.

El espectro de frecuencias de DSR En contra de crueles oposiciones de los difusores convencionales, la FCC (Federal Communications Commission) de los EUA formalmente asignó la banda de 2,310-2,360 MHz para el servicio conocido como DARS (Digital Audio Radio Services) o DARS por satélite o simplemente DSR (Digital Satellite Radio). DARS también comprende difusión digital en las bandas actuales terrestres de AM y FM. Cuatro compañías aplicaron para obtener licencias de DARS en los EUA, entre ellas, Satellite CD Radio Inc., Digital Satellite Broadcasting Corp., American Mobile Radio Corp., y Primosphere, esta última, una compañía formada por managers de varios grupos de rock como Bruce Hornsby y Deff Leppard. Sólo dos compañías sobrevivieron, Satellite CD Radio y American Mobile Radio, hoy Sirius Satellite Radio y XM Satellite Radio, respectivamente. WorldSpace, una compañía que ofrece el servicio de DSR a nivel mundial, opera en la banda "L" internacional de difusión de radio (1,452-1,492 MHz). La FCC aparentemente no permitirá a WorldSpace difundir su señal en

los Estados Unidos (no está asignada esta banda en EUA) pero WorldSpace asegura que con una antena especial, los usuarios en los Estados Unidos, Europa o Rusia podrán agarrar la señal en los radio receptores. El sistema WorldSpace está autorizado por cuatro gobiernos (La FCC de EUA para AfriStar 1, el gobierno de Ghana para AfriStar A, el gobierno de Trinidad y Tobago para CaribStar 1 y el gobierno de Australia para AsiaStar 1). Además, numerosos países han enviado formalmente a la ITU cartas de asociación con las licencias de satélite ya descritas. Estas cartas de asociación formalmente establecen las bases legales para transmitir un haz de satélite a un país en particular. Parámetros del sistema Banda de frecuencia órbita de los satélites Cobertura Precio mensual del servicio Disponibilidad del servicio

XM Radio Banda "S" Geoestacionaria Sólo EUA $ 10 USD Desde 2001

Sirius Banda "S" Helíptica Sólo EUA $ 13 USD Desde 2002

WorldSpace Banda "L" Geoestacionaria Casi mundial Sin costo Desde 1999

Tabla 5.Comparativa de los tres sistemas DSR.

Según cifras de The Camel Group las ganancias en el sector de radio digital por satélite suenan prometedora. Sólo en el 2001 se obtuvieron ganancias (en los EUA) en el orden de 1,000 millones de dólares por concepto de subscripciones del servicio y por ventas de radio receptores. Creciendo estas ganancias año con año. Se espera que la radio digital por satélite tenga la misma aceptación que tuvo la televisión directa al hogar y que la competitividad logre que el servicio se abarate y que la regulación nos permita tener este maravilloso servicio en nuestro país. El sistema DSR transformará la industria del radio, como lo hizo la FM hace más de 40 años y estos tres sistemas darán de que hablar. Tanto Sirius como XM ofrecen el servicio sólo en los Estados Unidos, por el problema de las bandas de frecuencia [ver recuadro]. Su servicio se enfoca más a música en diversos géneros, noticias, deportes y entretenimiento en idioma inglés. WorldSpace por su parte, pretende cubrir el 80% del planeta (como lo está haciendo hoy en día en África y Asia) logrando alcanzar una audiencia de 4,600 millones de personas. La programación de WorldSpace, con contenido educativo en varios idiomas, suena interesante sobre todo para llevarlo a las comunidades aisladas del planeta, para así reducir la brecha digital. Marconi nunca se hubiera imaginado que su invento tomará estas dimensiones.

CONCLUSION.

Como hemos podido analizar en este trabajo hemos comprendido todos los aspectos referentes a las diferentes maneras y métodos utilizados para la transmisión de comunicación a gran escala utilizando técnicas complejas para el envío de la información pero a la vez son técnicas que pueden estar a la mano o disponibles si somos usuarios de alguna de ellas. Lo importante es comprender los aspectos que engloban estas plataformas con la intención de que sean útiles para un futuro con la posibilidad de obtener un trabajo o realizar oficios en el campo de las telecomunicaciones. Nosotros como prontos ingenieros debemos tener en cuenta toda la información posible en lo que respecta a las telecomunicaciones y manejarla para un futuro uso como herramienta de trabajo.

BIBLIOGRAFÍA. Ingeniería Electrónica, J. González Bernardo, Editorial Paraninfo. Madrid 1983. Paginas WEB. http://hosting.udlap.mx/profesores/luisg.guerrero/Cursos/IE445/Apuntesie445/c apitulo5home.htm. http://www.eveliux.com/mx/sistema-mundial-de-localizacion-por-satelitegps.php http://www.wharton.universia.net/index.cfm?fa=viewarticle&id=866

http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/6702934/Sistema-de-Radar.html http://es.wikipedia.org/wiki/Radar http://elradar.50webs.com/aplicaciones.htm http://comunicacionesvsat.wordpress.com/2010/11/04/comunicacionessatelitales/