MUNDO DE LAS TELECOMUNICACIONES

Telecomunicaciones

SATELITES

Publicado el 1 de Marzo, 2006, 15:43. en General.
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FUTURO DE LA TELECOMUNICACIONES

Antes de entrar en materia, creemos que es necesario entender una serie de hechos básicos sobre tecnología espacial para luego discutir en detalle los sistemas de navegación por satélite.

Un satélite es transportado a su órbita abordo de un cohete capaz de alcanzar la velocidad suficiente requerida para no verse influenciado por el campo gravitatorio terrestre.

Una vez conseguido esto, es virtualmente posible conseguir cualquier plano o altitud de la órbita mediante la utilización de modernos cohetes. El plano de la órbita se denomina inclinación. Este parámetro se ilustra en la figura:
 

VELOCIDAD DE LA ÓRBITA:

Un satélite puede permanecer en su órbita sólo si su velocidad es lo suficientemente mayor como para vencer la gravedad y menor que la requerida para escapar de la gravedad. La velocidad del satélite es pues como un compromiso entre esos dos factores pero ha de ser absolutamente precisa para la altitud elegida.
 

V=K/(sqrt(r+a)) Km/s

donde:

V=a velocidad de la órbita en kilómetros por segundo.
a=altitud de la órbita sobre la superficie de la tierra, en Km.
r=el radio medio de la tierra, aproximadamente 6371Km.
K=630

Aunque la tierra no es perfecta y su radio puede variar, vamos a tomar que posee un valor de 6371Km. La velocidad de un satélite con altitud de 200 Km necesitará una V=177Km/s.

La velocidad para un satélite con una altitud de 1075km será de V=7.3km/s (satélite TRANSIT).
 

PERIODO DE LA ÓRBITA:

El periodo que posee un satélite viene dado por la siguiente fórmula:
 

P=K(r+a/r)3/2 minutos

donde
 

P=periodo de una órbita en minutos.
a=altitud de la órbita sobre la superficie terrestre.
r=radio medio de la tierra.
K=84.49.
 

El periodo para un satélite cuya altitud es de 200 Km es: P=88.45 minutos.

Comunicación por Satélites 

INTRODUCCION  

A principios de 1960, la American Telephone and Telegraph Company (AT&T) publicó estudios, indicando que unos cuantos satélites poderosos, de diseño avanzado, podian soportar mas tráfico que toda la red AT&T de larga distancia. El costo de estos satélites fue estimado en solo una fracción del costo de las facilidades de microondas terrestres equivalentes. Desafortunadamente, debido a que AT&T era un proveedor de servicios, los reglamentos del gobierno le impedían desarrollar los sistemas de satélites. Corporaciones más pequeñas y menos lucrativas pudieron desarrollar los sistemas de satélites y AT&T continuó invirtiendo billones de dólares cada año en los sistemas de microondas terrestres convencionales. Debido a esto los desarrollos iniciales en la tecnología de satélites tardaron en surgir. 

A través de los años, los precios de la mayoría de los bienes y servicios han aumentado sustancialmente; sin embargo, los servicios de comunicación, por satélite, se han vuelto mas accesibles cada año. En la mayoría de los casos, los sistemas de satélites ofrecen mas flexibilidad que los cables submarinos, cables subterráneos escondidos, radio de microondas en línea de vista, radio de dispersión troposférica, o sistemas de fibra óptica. 

Esencialmente, un satélite es un repetidor de radio en el cielo (transponder). Un sistema de satélite consiste de un transponder, una estación basada en tierra, para controlar el funcionamiento y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción de tráfico de comunicaciones, a través del sistema de satélite. Las transmisiones de satélites se catalogan como bus o carga útil. La de bus incluye mecanismos de control que apoyan la operación de carga útil. La de carga útil es la información del usuario que será transportada a través del sistema. Aunque en los últimos años los nuevos servicios de datos y radioemisión de televisión son mas y más demandados, la transmisión de las señales de teléfono de voz convencional (en forma analógica o digital).  

SATELITES ORBITALES 

Los satélites mencionados, hasta el momento, son llamados satélites orbitales o no síncronos. Los satélites no síncronos giran alrededor de la Tierra en un patrón elíptico o circular de baja altitud. Si el satélite esta girando en la misma dirección de 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 esta 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 retrograda. Consecuentemente, los satélites no síncronos están alejándose continuamente o cayendo a Tierra, y no permanecen estacionarios en relación a ningún punto 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 usar un equipo costoso y complicado para rastreo en las estaciones terrestres. Cada estación terrestre debe localizar el satélite conforme esta 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. 

SATELITES GEOESTACIONARIOS 

Los satélites geoestacionarios o geosíncronos son satélites que giran en un patrón circular, con una velocidad angular igual a la de la Tierra. Consecuentemente permanecen en una posición fija con respecto a un punto específico en la Tierra. Una ventaja obvia es que están disponibles para todas las estaciones de la Tierra, dentro de su sombra, 100% de las veces. La sombra de un satélite incluye 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. Una desventaja obvia es que a bordo, se requieren de dispositivos de propulsión sofisticados y pesados para mantenerlos fijos en una órbita. El tiempo de órbita de un satélite geosíncrono es de 24 h. igual que la Tierra. 

CLASIFICACIONES ORBITALES, ESPACIAMIENTO Y ASIGNACIONES DE FRECUENCIA  

Hay dos clasificaciones principales para los satélites de comunicaciones: hiladores (spinners) y satélites estabilizadores de tres ejes. Los satélites espinar, 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 espacio y espectro de frecuencia limitados, dentro de un arco específico, en una órbita geoestacionaria, aproximadamente a 22,300 millas, arriba del Ecuador. La posición en la ranura depende de la banda de frecuencia de comunicación utilizada. Los satélites trabajando, casi o 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, 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 de 3 a 6º 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 numero 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 mas 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 6/4 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 interferncia de, o interferencia con enlaces de microondas establecidas. 

MODELOS DE ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL 

Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones básicas: una subida, un transponder satelital y una bajada. 

Modelo de subida 
El principal componente dentro de la sección de subida satelital, es el transmisor de estación terrena. Un típico transmisor de la estación terrena consiste de un modulador de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algún medio para limitar la banda del último espectro de salida (por ejemplo, un filtro pasa-bandas de salida). El modulador de IF se convierte la IF convierte las señales de banda base de entrada a una frecuencia intermedia modulada en FM, en PSK o en QAM. El convertidor (mezclador y filtro pasa-bandas) convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada. El HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para propagar la señal al transponder del satélite. Los HPA comúnmente usados son klystons y tubos de onda progresiva. 

Transponder 
Un típico transponder satelital consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un traslador de frecuencias, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida. Este transponder es un repetidor de RF a RF. Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base, semejantes a los que se usan en los repetidores de microondas. 

Modelo de bajada 
Un receptor de estación terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un convertidor de RF a IF. Nuevamente, el BPF limita la potencia del ruido de entrada al LNA. El LNA es un dispositivo altamente sensible, con poco ruido, tal como un amplificador de diodo túnel o un amplificador paramétrico. El convertidor de RF a IF es una combinación de filtro mezclador /pasa-bandas que convierte la señal de RF recibida a una frecuencia de IF. 

Enlaces cruzados 
Ocasionalmente, hay aplicaciones en donde es necesario comunicarse entre satélites. Esto se realiza usando enlaces cruzados entre satélites o enlaces intersatelitales (ISL). Una desventaja de usar un ISL es que el transmisor y receptor son enviados ambos al espacio. Consecuentemente la potencia de salida del transmisor y la sensibilidad de entrada del receptor se limitan. 

4. Inmarsat y otros sistemas de satélites.

4.1. Introducción.

La primera serie de satélites usados por INMARSAT, comenzando en 1982, fue posible gracias a la intervención de varias fuentes como COMSAT (Programa MARISAT), ESA (Programa MARECS) e INTELSAT (Programa ISV-MCP).

MARISAT y MARECS fueron los precursores de los servicios de demostración y el MCP posibilitó comunicaciones marítimas mediante la incorporación de un módulo especial para esa función en la serie INTELSAT V-A (modificación de la serie V), dicho módulo era similar al ofrecido por MARISAT.


4.2. COSPAS-SARSAT.

4.2.1. Introducción.

Los satélites de INMARSAT III cuentan con un sistema SAR (Búsqueda y Rescate) a bordo, el sistema COSPAS-SARSAT es actualmente el máximo exponente en lo que a búsqueda y rescate vía satélite se refiere.

4.2.2. El sistema.

COSPAS-SARSAT es un sistema internacional de búsqueda y rescate consistente en una constelación de satélites con cobertura global dispuestos en órbita polar (entre 800 y 1000 Km de altitud) y en una red de estaciones terrestres que envían señales de alerta o informaciones de localización a las autoridades encargadas de las labores de rescate ya sea por tierra, mar o aire.

Nace de la unión SARSAT (Search And Rescue Satellite-Aided Tracking) y su homólogo soviético COSPAS (acrónimo ruso de Sistema Espacial para la Búsqueda de Buques en Peligro).

Este programa conjunto está esponsorado por Canadá (pionera en 1982), Francia, Estados Unidos y el propio COSPAS soviético.

4.2.3. Participantes.

Hay 28 países y organizaciones participantes en el funcionamiento del sistema, entre ellos están las 4 partes del acuerdo COSPAS-SARSAT (Canadá, Francia, Rusia y Estados Unidos), 14 proveedores de segmentos terrestres, 8 países usuarios y 2 organizaciones participantes, los países adicionales están en proceso de integración.

Las organizaciones son the International Maritime Organization (IMO), the International Civil Aviation Organization (ICAO), the International Telecommunication Union (ITU), the International Chamber of Shipping (ICS), the International Radio Maritime Committee (CIRM) and the International Federation of Air Line Pilots Associations (IFALPA).

4.2.4. Funcionamiento.

Actuando como repetidores de comunicaciones, los satélites COSPAS-SARSAT reciben señales de alerta emitidas por:

  • Radiobalizas marítimas de emergencia e indicadoras de posición (EPIRBs).

  • Transmisiones aéreas de localización de emergencia (ELTs).

  • Radiobalizas de localización personal (PLBs).

Los satélites retransmiten las señales de alerta a estaciones terrestres denominadas LUTs (Local User Terminal) donde se procesa y determina la localización geográfica del accidente, esta información se envía al Centro de Control de Misiones (MCC) que se encarga de transmitir la posición y otras informaciones pertinentes al Centro de Coordinación de Rescates más apropiados (RCC).

La velocidad y precisión de estas comunicaciones incrementa significativamente las posibilidades de supervivencia de las víctimas del accidente en cuestión.

Hay 14 MCCs operativos situados en 14 paises y 6 MCCs bajo test en 6 paises, respecto a las LUTs cabe destacar la existencia de 29 operativas distribuidas en 17 países y 4 bajo test en 4 países.

4.2.5. Los satélites.

La configuración del sistema comprende cuatro satélites, dos COSPAS y dos SARSAT.

Los satélites soviéticos están situados en órbita polar a 1000 Km. de altitud y están equipados con instrumental SAR (Búsqueda y Rescate) a 121.5 y 406 MHz.

Los Estados Unidos contribuyen con dos satélites meteorológicos NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) situados a 850 Km. de altitud en órbita polar y equipados con instrumental SAR a 121.5 y 406 MHz apoyados por Canadá y Francia.

Cada satélite da una vuelta completa a la Tierra en 100 minutos aproximádamente a una velocidad de 7Km por segundo.

Los satélites obtienen imágenes del planeta barriendo zonas con un haz de 4000 Km de ancho.

4.2.6. Resultados.

Desde Septiembre de 1982 hasta Junio de 1995 el sistema COSPAS-SARSAT contribuyó al rescate de 5541 personas en 1800 sucesos SAR:

  • Accidentes aéreos: 1624 personas en 755 sucesos SAR.

  • Accidentes marítimos: 3633 personas en 922 sucesos SAR.

  • Accidentes terrestres: 284 personas en 123 sucesos SAR.

El sistema de 406 MHz fue utilizado en 500 de estos incidentes (2193 personas rescatadas), el sistema de 121.5 MHz se utilizó en el resto de los casos.

4.2.7. Nuevos desarrollos.

El concilio COSPAS-SARSAT está considerando el desarrollo del sistema GEOSAR con satélites de búsqueda y rescate en órbita geoestacionaria que incrementaría el potencial de los ya existentes en órbita polar.

Se ha desarrollado un D&E (Demostración y Evaluación) de GEOSAR .


4.3. GPS.

Inmarsat pretende crear un sistema de navegación (GNSS, Global Navigation Satellite System) totalmente independiente del sistema GPS (EE.UU.) y GLONASS (Rusia), y por tanto, constituiría una alternativa (civil) a ellos.

De hecho, el contratista de Inmarsat, ITT, ha señalado que un sistema global de navegación civil espacial puede ser desarrollado por menos de un millardo de dólares, una pequeña cantidad comparada con el coste del sistema GPS (6-10 millardos de dólares).

Los pasos a seguir hasta constituir la GNSS son los siguientes:

  1. En los satélites Inmarsat-3 se incluye un transpondedor separado que gestiona las señales GPS, aumentando la integrabilidad de este sistema. Lo complementa.

  2. Los 12 satélites del proyecto 21 de Inmarsat (Inmarsat-P, ICO) incluirán antenas separadas, transpondedores y relojes atómicos así como otro instrumental necesario para proveer una amplia gama de servicios de navegación, pero no llegará a sustituir al GPS.

  3. En un tercer paso, se constituirá la GNSS independiente de GPS.

Veamos el primer paso dado por Inmarsat para establecer una GNSS propia a partir de los satélites de Inmarsat 3. Concretamente, la tercera generación de Inmarsat se encarga de la integridad del sistema GPS mediante la técnica GIC (GPS Integrity Channel) , está basada en una red terrena que monitoriza los satélites y transmite a los usuarios los resultados, para lo que el uso de satélites geoestacionarios y los satélites de INMARSAT serán los encargados de llevarla a cabo.

Los satélites de INMARSAT III operarán a la misma frecuencia que la señal C/A (código que permite un posicionamiento rápido del receptor pero con precisión media SPS) del GPS (1575.42 MHz) con una secuencia directa pseudoaleatoria con modulación de espectro ensanchado de la misa familia de GPS que llevará la información de integridad además de la de navegación, se comportarán como repetidores con lo que se simplificarán los circuitos del satélite y la información de integridad podrá ser actualizada en tiempo real.

Las estaciones terrenas de enlace con el satélite serán las mismas que proporcionan los servicios de comunicaciones móviles y son operadas por asociaciones que integran INMARSAT (como Comsat) que será responsable de los satélites.

Requisitos del repetidor del satélite:

Los requisitos del repetidor del satélite son tres:

  • PIRE de 28 dBW en el haz de cobertura global para que la potencia de la señal recibida sea semejante a la señal de los satélites GPS.

  • Ancho de banda nominal del repetidor de 2 MHz para poder transmitir la señal de espectro ensanchado modulada con código C/A a la frecuencia de 1.023 MHz.

  • Estabilidad de las características de retardo de grupo del sistema de modo que pueda ser calibrado para su uso en navegación.

Los satélites INMARSAT III poseen un enlace de banda C a banda L y otro de banda C a banda C de baja potencia, la comparación de los retardos producidos en los dos enlaces se usa para compensar el retardo de propagación ionosférica en el enlace de subida.

Al usar INMARSAT III como repetidor se produce un desplazamiento Doppler adicional debido al enlace de la estación terrena con el satélite, para que la señal recibida sea compatible con la señal GPS se debe compensar en tiempo real el enlace de subida al satélite adelantando la señal de reloj una cantidad igual al retardo del enlace de subida y se desplaza ligeramente la frecuencia de la portadora, este método de generar una señal de reloj virtual en el satélite se denomina Generación de Señal en Bucle Cerrado.

Presentación

Los satélites de radioaficionado son una de las áreas de la radioafición que en México menos se practica. La creencia a que operar satélites es complejo y caro no es necesariamente cierta: hay satélites que podemos trabajar sin tener que estudiar el tema por meses ni contar con equipo sofisticado.

Aunque parezca difícil de creer en la mayoría de nuestros cuartos de radio existen los equipos necesarios para iniciarse en este campo de la radioexperimentación.

La presente es una lista de preguntas básicas sobre la operación satelital con sus correspondientes respuestas. Su nivel es elemental e introductorio y es muy probable que quién desee operar algún satélite deba de consultar otras fuentes, mismas que se citan al final del documento. 73s de XE1KK.

1. ¿Que es un satélite?

En su concepción más sencilla, y quizá simplista, los satélites de radioaficionados son repetidoras voladoras. Su principal diferencia con sus equivalentes terrestres el que vuelan y el que al volar se mueven.

2. ¿Como funciona un satélite?

Un radioaficionado "A" emite una señal que es recibida por el satélite. El satélite la amplifica y la retransmite inmediatamente. El radioaficionado "B" la recibe y le contesta. Así inicia un comunicado por satélite.

3. ¿Como "se mueven" los satélites?

Los actuales satélites con los que podemos experimentar los radioaficionados tienen dos tipos de órbita: circular y elíptica.

Los satélites con órbitas circulares se mantienen mas o menos a la misma distancia de la tierra pero su posición respecto a la superficie varia cada momento. Es la mas común y conocida de las órbitas. Por su parte los satélites de órbitas elípticas, tiene la característica que pueden permanecen más tiempo viendo un mismo lugar de la tierra y su órbitas son mucho más largas.

4. ¿Que cobertura tiene un satelite de orbita baja?

Al igual que en la repetidoras tradicionales a mayor altitud mayor cobertura. Los satélites de órbita baja se encuentran entre 400 y 1400 Km. de altura así que el área que pueden cubrir equivale a toda la República en los más bajos o una área equivalente a México, sur de Estados Unidos, Centro América, parte del Caribe y norte de Colombia en los de mayor altura.

Esta área o sombra del satélite permite que cualquier estación que se encuentre dentro de ella pueda, en principio, contactar otras estaciones que estén dentro de esa sombra. La duración del satélite en esa posición en muy breve ya que se mueven a gran velocidad. La sombra mantiene su diámetro pero también se está moviendo.

5. ¿Cuantas veces pasa un satélite sobre nosotros?

Un satélite de orbita baja pasa por arriba de un determinado punto, entre 4 y 6 veces al día. La duración de cada pase varia dependiendo de la órbita pero en promedio podemos decir que entre 10 y 18 minutos están disponibles para que los operemos. Tenemos pues más de una hora diaria para usarlo.

Si consideramos que hay más de 15 satélites de órbita baja nos daremos cuenta que hay más tiempo de satélites que tiempo para hacer radio.

6. ¿Como funcionan los satélites de órbita elíptica?

Los satélites de órbita elíptica tienen otras características. Su órbita tiene dos puntos claves: el más cercano se le conoce como perigeo y el más lejano como apogeo. En su apogeo casi toda una cara de la tierra esta disponible para comunicar ya que en el caso de algunos satélites como el OSCAR 13 llega a estar a 38,000 Km. de distancia.

Estos satélites equivalen en cierta manera a 20 metros en HF: hay buen DX y siempre hay estaciones llamando CQ. A diferencia de los satélites de órbita baja casi no se nota el efecto dopler, que es el movimiento de frecuencia que se origina por la velocidad a la que se mueve el satélite. Algo similar como cuando escuchamos una ambulancia o un auto a gran velocidad: el tono de la sirena o el motor es distinto antes y después de que pasan frente a nosotros.

7. ¿Como se donde está el satélite?, ¿cuando pasará?

La predicción de las órbitas satelitales se hace por lo general con ayuda de una computadora personal. No es la única opción pero hoy por hoy es la más fácil. Hay diversos y entre ellos destacan el InstanTrack y el QuickTrack. El primero mi favorito y lo vende AMSAT (ver pregunta # 18).

Los programas no solo indican y grafican cuando el satélite pasará sino que dan otros datos importantes como la elevación o altitud sobre el horizonte y el azimut o posición respecto a los cuatro puntos cardinales.

8. ¿Cual es la mejor elevación?

La elevación optima, que es de 90 grados, solo se da cuando el satélite pasa exactamente sobre nosotros. Pero esto no quiere decir que con otras elevaciones no se pueda trabajar, Praticamente cualquier elevación superior a 2 o 3 grados es suficiente si nuestro horizonte lo forman montañas lejanas o montes cercanos pero no muy altos.

9. ¿Y en base a que información el programa hace estos cálculos?.

Los programas de computadora para seguimiento de satélite se actualizan con una serie de datos sobre los satélites mejor conocidos como elementos Keplerianos que por lo general uno consigue fácilmente de los BBSes de packet o de alguna revista sobre el tema.

Existen dos tipos de formatos: NASA o de dos líneas y AMSAT que es mas fácil de entender a los humanos y por lo mismo son mas largos. Para efectos de una computadora da igual cual utilices.

10. ¿Cuantos satélites hay?

A la fecha hay más o menos 20 satélites de radioaficionados disponibles de una u otra forma. Digo mas o menos ya que de vez en cuando alguno queda apagado por falla o mantenimiento.

11. ¿Que tipo de actividad encuentro en los satélites?

Hay satélites para todos los gustos. Muchos de los modos de operación que encontramos en las bandas tradicionales también están disponibles en los satélites: banda lateral, telegrafía, teletipo, televisión de barrido lento, FM y packet de diversos tipos.

En los satélites se hace DX tan bueno como en 20 metros, hay plie-ups y DXpediciones que trabajan en split. Hay diplomas aunque no hay concursos.

Hay espacio para los que les gusta conversar y hacer nuevos amigos. Para el experimentador y en constructor de equipos y antenas, este es un mundo muy amplio. En pocas palabras: lo que hoy nos gusta del radio casi seguro lo encontramos también vía satélite.

12. ¿Como puedo trabajar un satélite?

Dependiendo de las caracteristicas de los satélites será la manera de trabajarlos. Para efectos didacticos podemos dividirlos en cuatro:

A) Satélites de órbita baja para voz o analógicos.

Son los mas fáciles de trabajar y casi todos nos iniciamos en ellos. El sistema por el que operan es el de retransmitir entre 50 y 100 kHz de una banda, en lugar de una sola frecuencia como lo hace un repetidora, a 50 o 100 kHz de otra banda con todo lo que se encuentre en ella, sea CW o banda lateral. Esto se conoce como "transponder".

Entre los satélites de este tipo destacan los rusos RS-10/11 y RS-12/13 y el satélite japonés FUJI OSCAR 20 No se requiere de equipo sofisticado para trabajarlos, quizá solo de un poco de paciencia

B) Satélites de órbita baja digitales.

Son satélites de órbita circular que operan principalmente packet en sus distintas modalidades. Son el equivalentes a BBSes de packet voladores. A la fecha hay más de 10 satélites digitales operando.

Los satélites tradicionales de este tipo, conocidos como pacsats, son el UO-14, AMSAT OSCAR 16, el DOVE OSCAR 17, el Webersat o WO-18 y el satélite argentino LUSAT o LO-19.

Los satélites UO-22 y KITSAT OSCAR 23 también son BBS voladores pero trabajan a 9600 bps y tienen entre sus curiosidades cámaras que toman fotos de la tierra y las retransmiten vía packet.

Una nueva generación de satélites digitales fue lanzada recientemente: el ITAMSAT-A, KITSAT-B, EYESAT-A y POSAT-1. Algunos ya están disponibles para todos, otros siguen en pruebas. El UNAMSAT. primer satélite mexinaco de este tipo muy pronto estará en órbita.

C) Satélites de órbita elíptica.

Son como ya dijimos en donde se llevan a cabo las comunicaciones intercontinentales y algunos modos como SSTV y RTTY, así como otro tipo de experimentos propios del mundo de los satélites.

Entre ellos destacan el OSCAR 10, OSCAR 13 y el ARSENE. El primero ya está cumpliendo su ciclo de vida y el último no funciono. Muy pronto habrá nuevos satélites de este tipo: la llamada FASE 3-D.

D) Satélites tripulados.

Por último las naves espaciales: el MIR ruso y el Space Shuttle norteamericano que como ustedes bien saben traen equipos de dos metros y hacen contacto con radioaficionados en la tierra tanto en voz como en packet. El MIR es relativamente fácil de trabajar en packet dado que los cosmonautas permanecen en el espacio por mucho tiempo.

13 ¿Que equipo necesito para trabajar un satélite?

Cual es el equipo necesario para trabajar satélites es siempre una difícil pregunta. A continuación se presenta una tabla con los equipos MINIMOS necesarios para que con un poco de paciencia y tenacidad se pueda trabajar algún satélite.

                        EQUIPO MINIMO NECESARIO PARA TRABAJAR SATELITES

                   EQUIPO PARA EL

SATELITE  MODO    UPLINK  DOWNLINK   ANTENAS   AMP/PREAMP    TNC    TIPO

----------------------------------------------------------------------------

RS-10/11   A      2m/SSB   10m/SBB      omni    no/no         no   Analógico

DO-17                        2m/FM      omni    no/no     1200 AFSK  Digital

AO-16     JD      2m/FM  70cms/SSB      omni    no/no     1200 PSK   Digital

KO-23     JD      2m/FM  70cms/SSB      omni    no/no     9600 FSK   Digital

AO-13      B  70cms/SSB     2m/SSB     yagis    si/si         no    Elíptico

MIR/STS           2m/FM     2m/FM       omni    no/no     1200 AFSK   Tripul

----------------------------------------------------------------------------

14. ¿Que es el "modo" en los satélites?

El término modo de los satélites es uno de los que hacen parecer complicada esta área de la radioexperimentación. 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    Uplink                  Downlink

            ----------------------------------------------------

        A       2 metros (145 MHz)      10 metros (29 MHz)

        B       70 cm. (435 MHz)        2 metros  (145 MHz)

        J       2 metros (145 MHz)      70 cm. (435 MHz)

        K       15 metros (21.2 MHz)    10 metros (29 MHz)

        L       23 cm. (1.2 GHz)        70 cm. (435 MHz)

        S       70 cm. (435 MHz)        13 cm. (2.4 GHz)

        T       15 metros (21.2 MHz)    2 metros (145 MHz)

            ----------------------------------------------------

15. ¿Cuando hay modos de dos letras?

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.

16. ¿Cual es la potencia que requiero para trabajar satélites?

Los satélites no requieren de grandes potencias, por el contrario mucho de ellos se bloquean o bajan su potencia de downlink como aviso de que se están protegiendo. Si se tiene antenas direccionales un amplificador de 100 watts esta en el límite máximo de lo decente.

17. ¿Cuales son los mas fáciles de escuchar/trabajar y sus frecuencias?

Satélite        Descripción     Uplink MHz              Downlink MHz

----------------------------------------------------------------------------

MIR             FM y packet     145.550                        145.550

----------------------------------------------------------------------------

STS             FM              144.910                 145.550

                                144.930

                                144.950*

                                144.970

                                144.990

                Packet          144.490                 145.550

----------------------------------------------------------------------------

RS-10/11        DX              145.890 USB             29.390 USB

                Modo A          145.860 a 145.900       29.360 a 29.400

                Robot           145.820                 29.403 

                Beacon                                  29.357 y 29.403

----------------------------------------------------------------------------

RS-12/13        DX              21.240 USB              29.440 USB

                Modo K          21.210 a 21.250         29.410 a 29.450

                Robot           21.129 CW               29.454 CW

                Beacon                                  29.408 y 29.454

----------------------------------------------------------------------------

UO-11           FM y packet                             145.825

----------------------------------------------------------------------------

DO-17           FM y packet                             145.825

----------------------------------------------------------------------------

AO-27           Modo J - FM     145.850 +/- .010        436.800 +/- .010

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La relación entre uplink y downlink puede variar por el efecto dopler.

Algunos de estos satélites trabajan otros modos y tienen otros beacons, aquí solo se mencionan los principales.

El UO-11 y el DO-17 eventualmente emiten mensajes en voz digitalizada.

18. ¿Donde puedo encontrar más información?

  En organizaciones:   AMSAT, Box 27, Washington, D.C. 20044, USA

                       ARRL,

225 Main St., Newington, CT 06111-1494
. USA

225 Main St., Newington, CT 06111-1494
. USA

225 Main St., Newington, CT 06111-1494
. USA

225 Main St., Newington, CT 06111-1494
. USA

                       R. Myers Comm.,

Box 17108 Fountain Hills AZ 85269-7108

Box 17108 Fountain Hills AZ 85269-7108

Box 17108 Fountain Hills AZ 85269-7108

Box 17108 Fountain Hills AZ 85269-7108

  En libros:           The Satellite Experimenters Handbook (ARRL)

                       The ARRL Satellite Antology (ARRL)

                       Having Fun Getting Started on the Oscar and

                        Weather Satellites! (R. Myers Communications)

  Revistas del tema:   The AMSAT Journal (AMSAT)

                       Oscar Satellite Report (R. Myers Communications)

                       Satellite Operator (R. Myers Communications)

 Revistas de radio:    CQ Radio Amateur, QST, World Radio, 73 Amateur Radio

 En-linea:             Internet, Compuserve, etc.

 En packet:            Los mensajes bajo AMSAT y KEPS

Dispositivos de microondas

 La ingeniería de microondas/milimétricas tiene que ver con todos aquellos dispositivos, componentes y sistemas que trabajen en el rango frecuencial de 300 MHz a 300 GHz. Debido a tan amplio margen de frecuencias, tales componentes encuentran aplicación en diversos sistemas de comunicación. Ejemplo típico es un enlace de Radiocomunicaciones terrestre a 6 GHz en el cual detrás de las antenas emisora y receptora, hay toda una circuitería capaz de generar, distribuir, modular, amplificar, mezclar, filtrar y detectar la señal. Otros ejemplos lo constituyen los sistemas de comunicación por satélite, los sistemas radar y los sistemas de comunicación móviles, muy en boga en nuestros días.

La tecnología de semiconductores, que proporciona dispositivos activos que operan en el rango de las microondas, junto con la invención de líneas de transmisión planares; ha permitido la realización de tales funciones por circuitos híbridos de microondas.

En estos circuitos, sobre un determinado sustrato se definen las líneas de transmisión necesarias. Elementos pasivos (condensadores, resistencias) y activos (transistores, diodos) son posteriormente incorporados al circuito mediante el uso de pastas adhesivas y técnicas de soldadura. De ahí el nombre de tecnología híbrida de circuitos integrados (HMIC: "Hibrid Microwave Integrated Circuit"). Recientemente, la tecnología monolítica de circuitos de microondas (MMIC), permite el diseño de circuitos/subsistemas capaces de realizar, muchas de las funciones mencionadas anteriormente, en un sólo "chip". Por las ventajas que ofrece ésta tecnología, su aplicación en el diseño de amplificadores para receptores ópticos, constituye un campo activo de investigación y desarrollo.

El diseño de circuitos de microondas en ambas tecnologías, ha exigido un modelado preciso de los diferentes elementos que forman el circuito. De especial importancia son los dispositivos activos (MESFET, HEMT, HBT); pues conocer su comportamiento tanto en pequeña señal como en gran señal (régimen no lineal), es imprescindible para poder predecir la respuesta de un determinado circuito que haga uso de él. El análisis, modelado y simulación de éstos dispositivos, constituye otra de las áreas de trabajo


Materiales en comunicaciones

La utilización de nuevos materiales con altas prestaciones es uno de los pilares del avance espectacular de las tecnologías de la información y comunicaciones. El desarrollo de aplicaciones basadas en sus propiedades requiere un profundo conocimiento previo de éstas. En particular, el descubrimiento de superconductividad en óxidos cerámicos multimetálicos a temperaturas superiores a 77 K (superconductores de alta temperatura, SAT) puede permitir del desarrollo práctico de algunas aplicaciones de la superconductividad económicamente inviables con los superconductores clásicos. Sin embargo, la gran complejidad de los SAT y su naturaleza granular dificultan la puesta en marcha de aplicaciones de los mismos de forma inmediata, a pesar del gran esfuerzo investigador que en este campo se está realizando en los países avanzados. En concreto, en nuestro grupo se ha trabajado en la caracterización experimental y modelado fenomenológico de las propiedades electromagnéticas de superconductores de alta temperatura crítica, incidiendo especialmente en las implicaciones de la granularidad, y en el desarrollo de aplicaciones de los mismos en magnetometría y en cintas para el transporte de corriente sin pérdidas. Por otra parte, en relación con las aplicaciones de la superconductividad clásica, se ha trabajado en la implementación en España de los patrones primarios de tensión (efecto Josephson) y resistencia (efecto Hall cuántico), en colaboración con grupos nacionales y extranjeros especializados en metrología eléctrica básica. Por último, también se ha colaborado con otros grupos de investigación en la caracterización electromagnética de materiales de interés tecnológico, como imanes permanentes o aceros estructurales

 

TRANSMISIÓN SIN CABLES

 

INTRODUCCIÓN

Cuando se piensa en comunicación de datos generalmente se piensa en comunicación a través de cable, debido a que la mayoría de nosotros tratamos con este tipo de tecnología en nuestro día a día. Haciendo a un lado las complicadas redes cableadas también tenemos la llamada COMUNICACIÓN INALÁMBRICA muy comúnmente a nuestro alrededor.

La Comunicación de data inalámbrica en la forma de microondas y enlaces de satélites son usados para transferir voz y data a larga distancia. Los canales inalámbricos son utilizados para la comunicación digital cuando no es económicamente conveniente la conexión de dos puntos vía cable; además son ampliamente utilizados para interconectar redes locales (LANS) con sus homologas redes de área amplia (WANS) sobre distancias moderadas y obstáculos como autopistas, lagos, edificios y ríos. Los enlaces vía satélite permiten no solo rebasar obstáculos físicos sino que son capaces de comunicar continentes enteros, barcos, rebasando distancia sumamente grandes.

Los sistemas de satélites y de microondas utilizan frecuencias que están en el rango de los MHz y GHz, usualmente utilizan diferentes frecuencias para evitar interferencias pero comparten algunas bandas de frecuencias.

  COMUNICACIÓN VÍA MICROONDAS

Básicamente un enlace vía microondas consiste en tres componentes fundamentales: El Transmisor, El receptor y El Canal Aéreo. El Transmisor es el responsable de modular una señal digital a la frecuencia utilizada para transmitir, El Canal Aéreo representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de esperarse el receptor es el encargado de capturar la señal transmitida y llevarla de nuevo a señal digital.

El factor limitante de la propagación de la señal en enlaces microondas es la distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, además esta distancia debe ser libre de obstáculos. Otro aspecto que se debe señalar es que en estos enlaces, el camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura mínima sobre los obstáculos en la vía, para compensar este efecto se utilizan torres para ajustar dichas alturas.

  ANTENAS Y TORRES DE MICROONDAS

La distancia cubierta por enlaces microondas puede ser incrementada por el uso de repetidoras, las cuales amplifican y redireccionan la señal, es importante destacar que los obstáculos de la señal pueden ser salvados a través de reflectores pasivos. Las siguientes figuras muestran como trabaja un repetidor y como se ven los reflectores pasivos.

 

La señal de microondas transmitidas es distorsionada y atenuada mientras viaja desde el transmisor hasta el receptor, estas atenuaciones y distorsiones son causadas por una perdida de poder dependiente a la distancia, reflexión y refracción debido a obstáculos y superficies reflectoras, y a pérdidas atmosféricas.

La siguiente es una lista de frecuencias utilizadas por los sistemas de microondas:

Common Carrier         Operational Fixed

2.110                           2.130 GHz

1.850                           1.990 GHz

2.160                           2.180 GHz

2.130                           2.150 GHz

3.700                           4.200 GHz

2.180                           2.200 GHz

5.925                           6.425 GHz

2.500                           2.690 GHz

10.7                             11.700 GHz

6.575                           6.875 GHz

12.2                             12.700 GHz

Debido al uso de las frecuencias antes mencionadas algunas de las ventajas son:

         Antenas relativamente pequeñas son efectivas.

         A estas frecuencias las ondas de radio se comportan como ondas de luz, por ello la señal puede ser enfocada utilizando antenas parabólicas y antenas de embudo, además pueden ser reflejadas con reflectores pasivos.

         Ora ventaja es el ancho de banda, que va de 2 a 24 GHz.

Como todo en la vida, el uso de estas frecuencias también posee desventajas:

Las frecuencias son susceptibles a un fenómeno llamado Disminución de Multicamino (Multipath Fafing), lo que causa profundas disminuciones en el poder de las señales recibidas.

A estas frecuencias las perdidas ambientales se transforman en un factor importante, la absorción de poder causada por la lluvia puede afectar dramáticamente el Performance del canal.

  COMUNICACIÓN POR SATÉLITE

Básicamente, los enlaces satelitales son iguales a los de microondas excepto que uno de los extremos de la conexión se encuentra en el espacio, como se había mencionado un factor limitante para la comunicación microondas es que tiene que existir una línea recta entre los dos puntos pero como la tierra es esférica esta línea se ve limitada en tamaño entonces, colocando sea el receptor o el transmisor en el espacio se cubre un área más grande de superficie.

El siguiente gráfico muestra un diagrama sencillo de un enlace vía satélite, nótese que los términos UPLINK y DOWNLINK aparecen en la figura, el primero se refiere al enlace de la tierra al satélite y la segunda del satélite a la tierra.

Las comunicaciones vía satélite poseen numerosas ventajas sobre las comunicaciones terrestres, la siguiente es una lista de algunas de estas ventajas:

         El costo de un satélite es independiente a la distancia que valla a cubrir.

         La comunicación entre dos estaciones terrestres no necesita de un gran número de repetidoras puesto que solo se utiliza un satélite.

         Las poblaciones pueden ser cubiertas con una sola señal de satélite, sin tener que preocuparse en gran medida del problema de los obstáculos.

         Grandes cantidades de ancho de bandas están disponibles en los circuitos satelitales generando mayores velocidades en la transmisión de voz, data y vídeo sin hacer uso de un costoso enlace telefónico.

Estas ventajas poseen sus contrapartes, alguna de ellas son:

         El retardo entre el UPLINK y el DOWNLINK esta alrededor de un cuarto de segundo, o de medio segundo para una señal de eco.

         La absorción por la lluvia es proporcional a la frecuencia de la onda.

         Conexiones satelitales multiplexadas imponen un retardo que afectan las comunicaciones de voz, por lo cual son generalmente evitadas.

Los satélites de comunicación están frecuentemente ubicados en lo que llamamos Orbitas Geosincronizadas, lo que significa que el satélite circulará la tierra a la misma velocidad en que esta rota lo que lo hace parecer inmóvil desde la tierra. Un a ventaja de esto es que el satélite siempre esta a la disposición para su uso. Un satélite para estar en este tipo de órbitas debe ser posicionado a 13.937,5 Kms. de altura, con lo que es posible cubrir a toda la tierra utilizando solo tres satélites como lo muestra la figura.

Un satélite no puede retransmitir una señal a la misma frecuencia a la que es recibida, si esto ocurriese el satélite interferiría con la señal de la estación terrestre, por esto el satélite tiene que convertir la señal recibida de una frecuencia a otra antes de retransmitirla, para hacer esto lo hacemos con algo llamado "Transponders". La siguiente imagen muestra como es el proceso.

Al igual que los enlaces de microondas las señales transmitidas vía satélites son también degradadas por la distancia y las condiciones atmosféricas.

Otro punto que cabe destacar es que existen satélites que se encargan de regenerar la señal recibida antes de retransmitirla, pero estos solo pueden ser utilizados para señales digitales, mientras que los satélites que no lo hacen pueden trabajar con ambos tipos de señales (Análogas y Digitales).

por: WILLTELECOM