Introducción a los Sistemas de Telecomunicación (página 2)

1.8.2 Tipos de Servicios.

Según la Unión Internacional de
Telecomunicaciones, los tipos de servicios de
radiocomunicación que se asignan en las diferentes bandas
se definen como sigue:

Servicios fijos. Son servicios
de radiocomunicación entre puntos fijos
específicos. Por ejemplo, circuitos de alta frecuencia
punto a punto y radioenlaces de microondas.

Servicios móviles.
Servicios de radiocomunicación entre estaciones que pueden
utilizarse cuando están en movimiento, paradas en lugares
no espe- cificados, o bien entre estaciones móviles y
estaciones fijas.

Servicio móvil
aeronáutico. Servicios de
radiocomunicación entre estacio- nes terrestres y
aeronaves o entre aeronaves.

Servicio móvil marítimo.
Servicios de radiocomunicación entre estaciones costeras y
barcos o entre barcos navegando.

Servicio móvil
terrestre. Servicios de
radiocomunicación entre una estación de base y una
estación terrestre móvil, o entre estaciones
móviles terrestres.

Radionavegación. Servicios para
determinar la posición de naves mediante las propiedades
de propagación de las ondas
radioeléctricas.

Radionavegación
aérea. Servicios de
radionavegación para la navegación aérea,
por ejemplo: VOR, Tacan, radiofaros, sistemas de aterrizaje por
ins- trumentos, radioaltímetros, radares de
indicación de obstrucciones, etc.

Radionavegación
marítima. Servicios de
radionavegación para la navega- ción
marítima, por ejemplo: radiofaros costeros, estaciones de
radiolocali- zación, radares a bordo, etc.

Radiolocalización. Servicios para
determinación de la posición de naves con
propósitos diferentes a los de navegación, por
ejemplo: radares terres- tres, radares costeros, sistemas de
seguimiento, etc.

Radiodifusión. Servicios de
radiocomunicación cuyo propósito es la
recepción directa por el público en general. Como
ejemplos pueden citarse la radiodifusión en ondas medias
(AM), frecuencia modulada (FM) y Televisión.

Radioficionados. Servicios de
radiocomunicación llevados a cabo por per- sonas
interesadas en las técnicas radioeléctricas,
únicamente por interés personal y sin
interés comercial alguno.

Espaciales. Servicios de
radiocomunicación entre estaciones o vehículos
espaciales.

Tierra-espacio. Servicios de
radiocomunicación entre estaciones terrestres y estaciones
o vehículos espaciales, por ejemplo, la
comunicación entre una estación terrestre y un
satélite.

Radioastronomía.
Astronomía basada en la recepción de ondas
radioeléctricas de origen cósmico.

Estándares de frecuencia.
Transmisiones de radio de frecuencias específicas y alta
precisión, cuyo propósito es la recepción
con fines científicos, técnicos o de otra
índole.

1.8.3 Gestión del Espectro
Radioeléctrico

El espectro radioeléctrico, es decir, el conjunto
de bandas de frecuencia que pueden utilizar los diversos
servicios de radiocomunicación, constituye un recurso
natural limitado de propiedad nacional, es decir, no puede
utilizarse libremente por cual- quier persona, ya que las
emisiones en una frecuencia y lugar específicos deben ser
únicas. De otra forma interferirían con otros
servicios que funcionaran en la misma región y,
además, serían interferidos por ellos.

El organismo que, a nivel internacional se encarga del
estudio y asignación de las frecuencias en el espectro
electromagnético es la Unión Internacional de
Telecomunicaciones (UIT), con sede en Ginebra, Suiza y de la
que son miembros prácti- camente la totalidad de los
países del mundo. Los aspectos relacionados con el
espectro de frecuencias son tratados en el seno de un
Comité de la UIT, el Comité Consultivo
Internacional de Radiocomunicación (CCIR), designado
actualmente como UIT-R que, a través de sus
Grupos de Estudio, emite estándares, normas y
recomendaciones a escala internacional y que generalmente son
suscritas por los países miembros. La UIT tiene,
además, otro Comité, el CCITT (Comité
Consultivo Internacional de Telefonía y
Telegrafía), ahora designado como UIT-T,
cuya actividad está más orientada a los sistemas no
radioeléctricos. Evidentemente hay pun- tos comunes en las
actividades de ambos Comités.

Por lo general, las Recomendaciones del CCITT y del CCIR
cubren aspectos rela- cionados con los circuitos internacionales
de comunicaciones, pero en aspectos esenciales, tratan
también de las características relevantes de los
sistemas naciona- les que pueden formar parte de conexiones a
circuitos internacionales. Para la asig- nación de
frecuencias y administración del espectro
radioeléctrico, la UIT conside- ra tres regiones en el
mundo, según se muestra en la figura 1.7. La Región
1 com- prende Europa, Africa y la porción asiática
del antiguo territorio de la Unión Sovié- tica. La
Región 2 incluye a todo el Continente Americano y,
finalmente la Región

3, comprende la parte restante de Asia y
Oceanía.

Si bien las Recomendaciones del CCIR no tienen por
sí mismas fuerza legal en los países miembros de la
UIT, una buena parte de ellas son incorporadas en las legis-
laciones nacionales en materia de telecomunicaciones,
adecuándolas a las caracte- rísticas nacionales y
regionales. Son las Administraciones Nacionales de Teleco-
municaciones las directamente responsables de la gestión y
control del espectro radioeléctrico.

Fig. 1.7. Regiones para la
administración del espectro radioeléctrico
según la Unión Internacional de Telecomunicaciones.
Las regiones sombreadas corresponden a la zona
tropical.

1.8.4 Designación de las
emisiones

En el artículo 8 del Reglamento de
Radiocomunicaciones de la UIT se establece que las emisiones
deben designarse de acuerdo a su clasificación y
ancho de banda necesario. Para una clase dada de
emisiones, el ancho de banda necesario se define como la banda de
frecuencias necesaria para asegurar que es justamente suficiente
para asegurar la transmisión de información con la
calidad específica del tipo de servicio de que se trate
(telefonía, televisión, datos, etc.). El ancho de
banda nece- sario incluye aquellas emisiones necesarias para el
funcionamiento satisfactorio del equipo receptor, por ejemplo,
portadora reducida, banda lateral vestigial, etc.

En la clasificación de la UIT, el ancho de banda
necesario debe expresarse por tres cifras y una letra, que ocupa
la posición del punto decimal y representa la unidad en
que se mide el ancho de banda (Hz, KHz, MHz o GHz), como se
indica en la lista siguiente:

Por ejemplo, una emisión cuyo ancho de banda sea
de 0.002 Hz se designa por

H002, una con ancho de banda de 4.5 MHz, como 4M5,
etc.

1.8.5 Clasificación de las
emisiones.

Esta se da por tres símbolos adicionales,
alfabéticos o numéricos, el primero de los cuales
denota el tipo de modulación de la portadora principal, el
segundo, el tipo de información que modula a dicha
portadora y, el tercero, el tipo de información a
transmitir.

Primer símbolo: Tipo de
modulación de la portadora principal.

Segundo
símbolo: Tipo de señales que
modulan a la portadora principal.

Tercer símbolo: Tipo
de información a transmitir.

El Apéndice 6 del Reglamento de
Radiocomunicaciones sugiere la inclusión de dos
símbolos adicionales a los descritos antes a fin de dar
una descripción más comple- ta de la
emisión. Así, un cuarto símbolo proporciona
detalles de las señal y el quinto, la naturaleza del
multiplexado. Si no se emplea el cuarto símbolo, debe
substituirse por un guión. El significado de dichos
símbolos es el siguiente:

Cuarto símbolo: Detalles de la
señal.

Quinto símbolo: Tipo
de multiplexado.

Algunos ejemplos de empleo de la
nomenclatura anterior son los siguientes:

Sistemas de
Comunicaciones por Cable

Las comunicaciones que emplean como medio de transporte
de información cables metálicos o fibras
ópticas abarcan una inmensa variedad de aplicaciones,
entre las que incluye no sólo la telefonía
tradicional o la televisión por cable, sino aún la
conexión mediante cable de computadoras entre sí,
con redes informáticas o con equipos periféricos y
puede decirse que forman parte de nuestra vida cotidiana. Desde
el punto de vista de ingeniería, cada sistema de
comunicación por cable debe cumplir determinados
requisitos para su correcto funcionamiento, entre los que se
encuentran la impedancia, ancho de banda, atenuación,
aislamiento, etc., muchos de los cuales están definidos en
diversos estándares y recomendaciones. Resultaría
muy extenso y, fuera del alcance de estas notas, entrar en los
detalles de los diver- sos sistemas, por lo que aquí nos
limitaremos a resumir algunos aspectos históricos y las
principales características de los sistemas de cable
empleados en telecomuni- caciones, es decir en comunicaciones a
distancia. Por otra parte, al hablar de siste- mas de
comunicaciones por cable no se entiende únicamente el
medio de transpor- te, que es una línea de
transmisión, sino también los equipos y
sistemas asociados, necesarios para realizar la
comunicación.

1.9.1 Aspectos históricos

Puede decirse que los primeros sistemas de
comunicaciones por cable fueron los sistemas telegráficos
que se iniciaron alrededor de 1840 y hasta 1870, fueron los
únicos sistemas de comunicaciones a larga distancia. Al
principio, las líneas telegráficas se
construían paralelas a las líneas ferroviarias y en
su etapa inicial, se utilizaron alambres de hierro o acero, con
el inconveniente de la menor conductivi- dad de estos materiales
respecto a otros como el cobre, así como la facilidad de
corrosión por oxidación con el consecuente
deterioro de las características eléctricas de la
línea. Hay que tener en cuenta que la tecnología de
materiales hace ciento cincuenta años no era, ni
remotamente, la que hoy tenemos a nuestra disposición. En
1861, los Estados Unidos contaban con un sistema de
transmisión telegráfica que unía la costa
atlántica con la del Pacífico.

Sin embargo hay que hacer notar que, con frecuencia al
hablar de telegrafía se asume que se desarrolló en
los Estados Unidos y que su inventor fue Samuel Morse. Por una
parte, Morse patentó el sistema, pero buena parte de sus
inven- ciones, incluido el alfabeto designado con su nombre se
debieron en buena medida a su socio Alfred Vail. Por otra parte
en Europa se desarrollaron sistemas telegráficos en la
misma época, en particular el debido a Charles Wheats-
tone en 1837 y estuvieron un tiempo en funcionamiento,
también alrededor del ferrocarril. El sistema de Morse
resultó ser superior y paulatinamente fue
adoptándose en el mundo.

Desde 1856 se hicieron intentos de utilizar cables
submarinos para comunicaciones de larga distancia. El primero de
ellos entre Dover, Inglaterra y Calais, Francia. Aunque los
primeros intentos no tuvieron éxito, antes de 1860 ya
estaban en funcionamiento cables submarinos para
comunicación telegráfica entre Inglaterra y Francia
e Irlanda. En 1866 consiguió ponerse en funcionamiento el
primer cable trasatlántico entre Inglaterra y los Estados
Unidos. A lo largo de lo restante del siglo XIX ya había
numerosas comunicaciones por cable submarino que unían
todos los continentes como se ilustra en el siguiente mapa de
1901. En la actualidad, continúan en funcionamiento
bastantes sistemas de cable submarino metálico, si bien
los sistemas submarinos de fibra óptica van en aumento y
compiten con los sistemas de satélite.

Con la proliferación de los sistemas
telefónicos alrededor de 1870, rápidamente se
notó que las líneas para telegrafía no eran
adecuadas para telefonía y por esa época se
empezaron a utilizar conductores de cobre. En esto, además
de las características eléctricas de los materiales
de las líneas, hay que tener en cuenta que la
telegrafía es un sistema de comunicaciones de banda
estrecha, y aún podríamos decir muy estrecha. En
esa época la telefonía venía a ser un
sistema de banda ancha, aunque sólo se tratara de
canales de voz con un ancho de banda de unos 3 kHz y en ese ancho
de banda la distorsión sobre la señal, debida a la
atenuación dependiente de la frecuencia, era
notoria.

Fig. 1.13. Tendido de cables
submarinos en 1901

El teléfono tardaría casi cuarenta
años en seguir al telégrafo, ya que se
empezó a usar alrededor de 1870. Una razón para
este retraso es, sin duda, el tipo de señales que se
manejan en uno y otro sistema. En telegrafía las
señales son discretas, es decir se detecta la presencia o
ausencia de corriente en el circuito, de modo que para producir
las señales telegráficas sólo es necesario
un interruptor para transmitir y un dispositivo
electromecánico que responda a la corriente, para recibir.
En telefonía, por otra parte, se manejan señales
continuas y es necesario un transductor que convierta, en el caso
de la voz, la energía acústica en energía
eléctrica de forma que aquí ya no hay sólo
presencia o ausencia de corriente en el circuito, sino una
corriente variable cuya amplitud y frecuencia deben corresponder
a la señal de voz. Cuando esto se consiguió, aunque
de manera rudimentaria, fue posible la transmi- sión de
señales de voz.

También en el caso del teléfono, su
invención se atribuye por lo general a Alexander Graham
Bell, aunque éste fue sólo uno de los inventores
que tuvo la fortuna de presentarse a la oficina de patentes diez
minutos antes que otro inventor de un sis- tema similar, Elisha
Gray. En cualquier caso, la invención del teléfono
puede atribuirse con cierta justicia a Antonio Meucci, en Italia,
en 1849 y a Philip Reis en Alemania que en 1861, diez años
antes que Bell, desarrolló el primer teléfono con
posibilidad de transmisión de unos 90 metros usando como
micrófono una mem- brana animal excitada por un contacto
eléctrico para producir sonidos, la recepción se
lograba con un inductor galvánico oscilando de la misma
forma que la membrana.

El teléfono rápidamente ganó
popularidad a partir de la segunda mitad de la década de
1870 y fue evolucionando considerablemente gracias a la contribu-
ción de numerosos inventores. La conexión entre
abonados, inicialmente manual, fue dando paso a los sistemas
automáticos, si bien hasta no hace muchos años las
conversaciones de larga distancia, nacionales o internacionales
había que hacerlas a través de operadora. Para
finales de la década de 1980, es posible la
comunicación nacional e internacional mediante marcado
directo del número del abonado, excepto en algunos
países en vías de desarrollo o bajo sistemas
totalitarios en que toda comunicación al exterior debe
pasar necesariamente por un sistema de control.

1.9.2 Características generales de los
sistemas de cable

Los sistemas de cable ofrecen ventajas y desventajas
respecto a los sistemas radioeléctricos de comunicaciones.
Entre las ventajas se tiene que la energía electromag-
nética está confinada por el cable con lo que los
problemas de interferencia se reducen considerablemente y es
posible tener dos sistemas paralelos de cable que utilizan el
mismo espectro de frecuencias sin interferirse, lo que no es
posible con sistemas radioeléctricos en que la
energía no está confinada estrictamente a un
espacio físico determinado. Cabe aclarar aquí que
el término cable se utiliza aquí de forma
genérica, tanto para una línea de uno o dos hilos
como para un cable coaxial, pero no para designar otros medios de
transporte confinado de la energía
electromagnética, como las guías de onda o las
fibras ópticas.

Los sistemas de cable, por otra parte, requieren de una
infraestructura física compleja y costosa, bien sea que se
instalen en postes o se canalicen de forma subterránea. El
tendido de sistemas de cable con frecuencia requiere de
negociaciones con los propietarios de los terrenos por los que
debe pasar, lo que no ocurre con los sistemas
radioeléctricos. En cualquier caso, cada tipo de sistema
encuentra un vasto campo de aplicaciones y no puede hablarse
estrictamente de que uno sea mejor que otro.

Una característica importante de los cables es su
atenuación en función de la frecuencia.
Esto es consecuencia de su resistencia intrínseca y del
efecto pelicular (véase capítulo 3). Esto obliga a
emplear técnicas de ecualización, de modo que la
atenuación sea uniforme en toda la banda de frecuencias
que transporte el cable. En el caso particular de la
telefonía esta ecualización se consigue mediante la
inserción de bobinas cada 800 m aproximadamente y esta
técnica se designa como pupinización, en
honor de su inventor, Michel Pupin. También es necesario
introducir am- plificadores de línea para
compensar la atenuación.

1.9.3 Tipos de cables

Para el caso que aquí nos ocupa, desde el punto
de vista de una introducción a los sistemas de
comunicaciones por cable, podemos clasificar los cables
metálicos en dos tipos:

Cable telefónico de
pares. En telefonía, la conexión
entre la central y el abonado se realiza mediante dos hilos
conductores, es decir un par. Puesto que el número de
abonados a una central es considerable, la instalación de
estas líneas en postes no resulta práctico, por que
se emplean cables de pares múltiples o multipar, como los
ilustrados en la figura 1.15.

Fig. 1.15. Dos tipos de cables
multipar.

Estos cables conectan la central con cajas localizadas
en el vecindario de los abonados y, de estas cajas se hace la
distribución a los abonados mediante líneas
individuales. Este tipo de cables, en forma de manguera puede
contener hasta de varios miles de pares.

Cables coaxiales. Estos cables tienen
anchos de banda considerablemente mayores que las líneas
de pares, hasta del orden de 1 GHz, como es el caso de las
líneas utilizadas en los sistemas de televisión por
cable. Un cable coaxial es cilíndrico, con un conductor en
el centro, rodeado por un conductor externo y separados por un
dieléctrico que puede ser sólido, de aire, u otro
gas.

En banda base, una línea de pares sólo
puede transportar una señal o canal de voz. Sin embargo,
mediante técnicas de multiplexado que se tratan en el
capítulo 5, es posible transportar por una de estas
líneas hasta 12 o 24 canales. En cables coaxia- les, esta
capacidad aumenta hasta más de 1200 canales
telefónicos, cada uno de 3.4 kHz de ancho de banda, o
hasta unos 50 o más canales de televisión
analógica de 8 MHz de ancho de banda cada uno.

Fig. 1.16. Cables coaxiales con
dieléctrico sólido

Los sistemas de cable pueden usarse para interconectar
centros de comunicacio- nes, por ejemplo, centrales
telefónicas, o bien pueden usarse para conectar a un gran
número de usuarios. En cualquier caso, las señales
se inyectan en un extremo del cable con el nivel de potencia y
tipo de modulación adecuados y se transportan por uno o
varios cables principales designados como troncales. De
estas troncales se extraen las señales para su
distribución a los usuarios o abonados del sistema,
mediante circuitos de distribución. Es claro que los
amplificadores de línea deben compensar también las
atenuaciones o pérdidas introducidas por los
distribuidores.

Comunicaciones
por Satélite

Desde los inicios de la llamada "era espacial", con la
puesta en órbita del primer satélite artificial, el
Sputnik I en 1957, hace ya prácticamente medio
siglo, los avances han sido impresionantes y sus aplicaciones
abarcan tanto aspectos civiles como científicos y
militares. Los satélites de comunicaciones tienen varias
caracte- rísticas importantes. Una, su considerable ancho
de banda y, otra, la posibilidad de cobertura global. Hay que
mencionar que el tema de comunicaciones por satélite es
muy amplio y no es posible abarcarlo en esta introducción
a los sistemas de telecomunicación, por lo que aquí
nos limitaremos únicamente a dar una visión
panorámica, necesariamente superficial.

1.10.1 La órbita
geoestacionaria

En la actualidad, prácticamente todos los
satélites de comunicaciones se sitúan en la
órbita geoestacionaria, de modo que el
satélite aparece como un punto fijo en el firmamento. Para
que un satélite aparezca como un punto fijo sobre la
superficie terrestre es necesario que se sitúe en una
órbita circular sobre el ecuador y que su período
de traslación sea exactamente igual al de rotación
de la tierra, es decir de un día sideral.

El período de un satélite en órbita
elíptica terrestre está dado por:

Para la órbita circular geoestacionaria es
necesario que el período de traslación del
satélite sea igual al de rotación de la tierra, es
decir, 23h, 56 min, 4.09 s, a una altura de 35803 km en el plano
ecuatorial. En otros planos, a esta altura, el satélite
puede designarse como geosíncrono, pero no
aparecerá estacionario sino que la trayectoria que se
apreciará desde la superficie terrestre será des-
cribiendo figuras en forma de ocho. Una estación terrestre
puede trabajar con un satélite en órbita
geoestacionaria o con varios si su antena tiene haces
múltiples, sin necesidad de sistemas de seguimiento o de
conmutación.

Aunque los orígenes de la idea de las
comunicaciones satélite por satélite es obscura,
tradicionalmente se atribuye a Arthur C. Clarke, conocido
escritor de ficción científica, la
proposición de un sistema de satélites en
órbita geoestacionaria, para conseguir cobertura mundial.
Se pueden configurar tres posiciones para conseguir una cobertura
casi total de la tierra con satélites geoestacionarios, a
excepción de las regiones polares. Intelsat,
organismo en el que participan más de cien países
es, desde su fundación en 1964, el mayor operador de
servicios de comunicaciones por satélite, con una
considerable flota de satélites situados en órbita
geoestacionaria, con separación de 120º entre ellos y
localizados sobre los océanos Atlántico,
Pacífico e Indico.

La órbita geoestacionaria es única en el
sentido de que su radio es independiente de la masa del
satélite, por lo que todos los satélites
geoestacionarios de comunica- ciones tienen que situarse en ella
en posiciones asignadas a cada país, que se coor- dinan
internacionalmente por la UIT. Las antenas terrestres para
comunicación con estos satélites no requieren de
sistemas de seguimiento y se mantienen fijas perma- nen- temente
apuntando al satélite. Las comunicaciones, en principio,
pueden man- tenerse de forma continua durante las veinticuatro
horas.

1.10.2 Cobertura

Una posible clasificación de los satélites
de comunicacio- nes es en términos de su cobertura. En
términos generales puede hablarse de cobertura regional o
hemisféri- ca y depende de la configuración de las
antenas a bordo del satélite, como se ilustra en la figura
1.17 para el caso de cobertura regional.

En este caso la antena a bordo del satélite, que
cumple las funciones de receptora y transmisora, debe mantenerse
absolutamente rígida, ya que cualquier desviación
de ésta, considerando la distancia entre la tierra y el
satélite, haría que el satélite dejara de
apuntar a la zona deseada.

Fig. 1.17. Cobertura de un
satélite.

En el caso de cobertura hemisférica el ancho del
haz de la antena debe iluminar toda la porción visible de
la tierra, con lo que el ángulo de abertura del haz debe
ser de unos 18º. Las regiones polares en un radio de unos
5º quedan fuera de la cober- tura del
satélite.

Una vez que el vehículo espacial alcanza su
posición en la órbita geoestacionaria, su
posición debe mantenerse fija, a fin de que su antena o
antenas, altamente direccionales apunten siempre en la
dirección deseada. Sobre el satélite actúan
diferentes fuerzas tales como el gradiente gravitacional, es
decir, la diferencia en la atrac- ción gravitacional
causado por la diferencia de distancia del centro de masa de la
tierra a las diversas partes del vehículo, el campo
magnético terrestre, la presión de la
radiación solar y el movimiento no compensado de los
motores inerciales, en- granajes y palancas. Aunque dichas
fuerzas sean pequeñas, actúan de forma conti- nua
sobre el vehículo y es necesario compensarlas o
corregirlas.

La forma más simple de estabilización es
giroscópica, en que el vehículo completo gira
alrededor de su eje vertical como una peonza a una velocidad de
30 a 100 rpm. Esto hace que el satélite se comporte como
un volante giroscópico con elevado momento de inercia que
le proporciona rigidez en la posición. Sin embargo esto
obliga a que las antenas tengan rotación opuesta
(despun), es decir, localizadas en una plataforma de,
relativamente, baja inercia, de modo que el efecto total sea que
la antena apunte su haz de forma estacionaria hacia la
tierra.

Un satélite no estabilizado
giroscópicamente y apuntando a una región fija en
la tierra como se ilustra en la figura, tiene tres tipos de
movimiento, similares a los de un barco navegando:
desviación, cabeceo y rotación. La
desviación sería en este caso en el plano
horizontal, semejante a las desviaciones de la proa de un barco
respecto a una dirección fija. El cabeceo sería en
este caso en el plano vertical, similar al cabeceo de un barco
cuando la proa y la popa suben y bajan mientras navega.
Finalmente, la rotación seria lateral, perpendicular a la
dirección de apun- tamiento, como en el caso de un barco
sujeto a oleaje lateral que se inclinara de babor a
estribor.

Los satélites estabilizados en tres ejes tienen
pequeños volantes giratorios, llama- dos volantes de
reacción o de momento, que giran para mantener al
satélite en la posición deseada respecto a la
tierra y al sol. Si los sensores del satélite detectan
desviaciones respecto a la posición correcta, los volantes
de reacción aumentan o reducen su velocidad para regresar
al satélite a la posición correcta. Algunos
vehí- culos utilizan también pequeños
impulsores de propulsión, para proporcionar empujes suaves
y corregir así los desvíos de posición.
Tanto este sistema como el de estabilización
giroscópica tienen ventajas y desventajas. En la
actualidad los satéli- tes de comunicaciones tienden
más a ser del tipo de estabilización por tres ejes
que giroscópica. Una ventaja de los satélites
estabilizados por tres ejes es que pueden desplegar paneles
solares de gran tamaño, por ejemplo de hasta 20 metros de
longi- tud, una vez que se encuentran en su posición
orbital y generar más energía que los
satélites cilíndricos giratorios.

1.10.3 Suministro de energía

La fuente primaria de energía en los
satélites de comunicaciones son las celdas solares de
silicio. Estas pueden estar fijas al cuerpo del vehículo
espacial o monta- das de forma que puedan orientarse
continuamente para capturar la máxima energía del
sol.

Durante los equinoccios de primavera y otoño, en
que la desviación del eje terrestre es menor que en los
solsticios, los satélites geoestacionarios quedan
eclipsados por la tierra, alrededor de 70 minutos por día,
dependiendo de la inclinación de la órbita y del
número de días anteriores o posteriores al
equinoccio. Para mantener el funcionamiento durante esos
períodos, es necesario utilizar baterías. El peso
de las baterías es importante y constituye un serio
compromiso entre la potencia, el peso y el rendimiento. Los
satélites actuales de comunicaciones pueden consumir hasta
varios kw a pleno funcionamiento, por lo que las baterías
no pueden proporcionar toda la potencia necesaria durante los
eclipses. En esos intervalos las baterías suministran la
energía necesaria a los circuitos de mayor prioridad a
bordo del satélite, dejando de funcionar los de menor
prioridad.

1.10.4 El sistema de comunicaciones

Un satélite de comunicaciones es,
básicamente, un repetidor o retransmisor que, en el caso
del satélite se designa como transpondedor y que
en su configuración más simple puede representarse
esquemáticamente mediante la figura 1.18 y cuya ar-
quitectura es, prácticamente, la misma de los
retransmisores empleados en sistemas radioeléctricos
terrestres de comunicaciones. En el caso de comunicaciones por
satélite se habla de dos segmentos: ascendente y
descendente. El primero corresponde a la señal transmitida
desde tierra hacia el satélite y el segundo a la
señal transmitida del satélite a la
tierra.

La señal ascendente, procedente de la tierra y en
una determinada banda de fre- cuencias, es amplificada y
trasladada a otra banda de frecuencias, para ser de nuevo
amplificada hasta un nivel suficiente para su transmisión
hacia tierra.

La razón de utilizar dos bandas de frecuencias
diferentes para la señal de entrada y la de salida es la
misma que en el caso terrestre y es evitar la
retroalimentación que causaría que el sistema
oscilara o quedara interferido haciendo inútil la
comunica- ción.

Fig. 1.18. Diagrama esquemático
simplificado de la porción de radio de un satélite
de comunicaciones.

En las comunicaciones por satélite, la frecuencia
del enlace ascendente es superior a la del enlace descendente. La
razón de esto es que, en las bandas de frecuencias
empleadas en las comunicaciones por satélite, casi todas
superiores a 3 GHz, la atenuación por distancia es
considerable y mayor cuanto mayor sea la frecuencia,
además de otros efectos que contribuyen a la
atenuación como la atenuación por hidrometeoros, en
particular la lluvia y la absorción por gases
atmosféricos vapor de agua. La potencia del transmisor a
bordo del satélite está limitada principalmen- te
por la fuente de energía, además de otros factores
como el peso y el volumen del amplificador de potencia, en tanto
que la potencia transmitida desde tierra puede ser tan alta como
sea necesario para llegar al satélite con un nivel
adecuado. Como consecuencia de lo anterior, es preferible que la
frecuencia del enlace ascendente sea mayor que la del
descendente, al que la atenuación será algo menor.
Las bandas de frecuencias asignadas a los servicios de
comunicaciones por satélite están defi- nidas por
el Reglamento de Radiocomunicaciones de la Unión
Internacional de Comunicaciones (UIT) y como ejemplo, a
continuación se muestran las frecuencias utilizadas para
servicios fijos de comunicaciones por satélite.

Hay algunas otras bandas, relativamente estrechas,
asignadas también a los servi- cios fijos de
comunicaciones por satélite, en particular, alrededor de
2.6, 3.6 y 6.6 GHz, así como bandas anchas por encima de
30 GHz, si bien estas bandas son poco usadas
actualmente.

Adicionalmente hay otras bandas asignadas para sistemas
móviles comunicaciones y reservadas para satélites
que no están en órbitas geoestacionarias, entre se
en- cuentran algunas para comunicaciones marítimas,
aéreas y terrestres.

El número de transpondedores a bordo de
éste, determina el ancho de banda y depende de la
aplicación a que se destine el satélite.
Así, algunos satélites, de los lanzados en 2005, el
Galaxy tiene 15 transpondedores y el AMC-12, de la empresa SES
Americom tiene 72, de los cuales el consorcio Astra utiliza 33
(Astra 4A). Cada transpondedor tiene un ancho de banda de 36 MHz,
capaz de transportar un canal de televisión
analógica y hasta de cinco a diez de televisión
digital, o varios miles de canales de voz o datos. La
modulación utilizada en los transpondedores es en
frecuencia (FM) para las señales analógicas, o bien
QPSK y 8PSK para las digitales. El ancho de banda de los
transpondedores no es necesariamente el mismo y algunos de
éstos pueden tener anchos de banda hasta de más de
100 MHz.

La cantidad de transpondedores a bordo del
satélite hace necesaria una gestión adecuada de los
mismos, por lo que además de éstos se tienen
circuitos para la canalización adecuada de las
señales a bordo del satélite. Además, en un
momento dado es posible que no todos los transpondedores
están ocupados con tráfico y mantenerlos encendidos
representa un consumo innecesario de potencia. Otro as- pecto a
considerar en el diseño del satélite es la
previsión de que alguno o algunos de los transpondedores
pueden fallar, por lo que es necesario contar con transpon-
dedores de reserva para estos casos, de modo que el
tráfico pueda canalizarse del transpondedor averiado a uno
de reserva o a otro que no esté siendo utilizado o que
maneje tráfico de menor prioridad. El sistema es,
básicamente, muy similar al em- pleado en los radioenlaces
terrestres de microondas.

1.10.5 Potencia radiada por el
satélite

Como se verá en el capítulo 10, la
potencia radiada está dada por el producto de la potencia
de entrada a la antena, multiplicada por la ganancia de la
antena. La potencia de entrada a la antena es la suministrada por
el amplificador final del trans- pondedor, de tal manera que la
potencia radiada debe ser suficiente para recibir en tierra una
señal de buena calidad, o dicho más correctamente,
con una relación señal a ruido elevada.

Los amplificadores de potencia en el satélite
suelen utilizar en su mayoría tubos de onda progresiva
(TWT), estos TWT son válvulas de vacío capaces de
funcionar a frecuencias de microondas. En los inicios de las
comunicaciones por satélite estos dispositivos
podían proporcionar potencias del orden de 6 a 10 w y,
actualmente los desarrollos realizados permiten obtener potencias
hasta del orden de 100 w, dependiendo de la frecuencia, de modo
que la potencia suministrada a la antena, dependiendo del
satélite, puede situarse en ese rango. Para conseguir
radiar una potencia elevada es necesario utilizar antenas muy
directivas, de ganancia elevada, del orden de 40 dB o más
en la banda Ku. Una ganancia de 40 dB significa que la potencia
radiada en la dirección deseada será 104 o diez mil
veces la potencia su- ministrada a la antena, de modo que si
ésta es de sólo 10 w, hacia la tierra se radia-
rá el equivalente a 10×104 = 100000 watts
(véanse capítulos 2 y 10 para una expli-
cación más amplia de este tema) y, con eso se
consigue en tierra una recepción
satisfactoria.

En los primeros satélites, la cobertura era
hemisférica mediante un solo haz radiado por la antena,
sin embargo el desarrollo de éstas ha hecho posible la
radiación en varios haces y aún la
conformación de éstos de acuerdo a la forma de la
región geográfica que se cubre con la señal.
Así por ejemplo un satélite como Hispasat
radia varios haces, uno dirigido a la Península
Ibérica, otro a las Islas Canarias y otros hacia el
continente americano.

1.10.6 Vida útil

Actualmente la vida útil de los satélites
más recientes se estima superior a los 15 años. En
la vida útil influyen, además de las posibles
averías, una serie de factores como el deterioro de las
celdas solares y, de manera importante, el agotamiento del
combustible necesario para mantener la posición del
satélite de forma precisa. Cuando el combustible se agota,
el satélite ya no puede corregir la deriva causada por los
campos gravitatorios de la tierra, el sol, la luna y otros
cuerpos en órbita así como la presión de la
radiación solar y queda en tales condiciones,
inútil para las comunicaciones.

Según se mencionó, la órbita
geoestacionaria es única y esta a unos 36000 km de la
superficie terrestre, de modo que todos los satélites de
comunicaciones tienen que situarse en esa órbita. En otras
palabras, la órbita geoestacionaria equivale a un
estacionamiento con un número limitado de plazas y
constituye por tanto un recur- so limitado. Actualmente hay miles
de objetos en dicha órbita, la mayor parte "ba- sura
espacial" que incluye tanto satélites inoperativos como
restos de cohetes. Te- niendo que los viajes espaciales
tripulados, con excepción del Proyecto Apolo a la luna a
finales de la década de 1960 y años siguientes, no
alcanzan órbitas superio- res a unos centenares de
kilómetros de la tierra, los satélites de
comunicaciones, hasta ahora y en el futuro previsible, no pueden
ni recuperarse ni repararse en órbi ta, de modo que
constituyen literalmente basura.

Autor:

Pablo Turmero