Entrevista al Ing. Naudy Arteaga

Enlaces Satelitales

La posibilidad que una persona pueda ver un canal de televisión cuya transmisión se origina en otra parte del mundo, comunicarse telefónicamente desde el automóvil, o bien recibir mensajes en un radiolocalizador, es posible por la acción de los satélites que permiten amplificar las señales recibidas de la tierra para retransmitirlas por medio de ondas electromagnéticas.

Sin embargo, esta recepción algunas veces se ve afectada por fenómenos atmosféricos como la lluvia, la temperatura ambiental, la presión atmosférica, la humedad absoluta, el viento, entre otros. Estos parámetros son las principales causas que alteran la propagación de la energía electromagnética interrumpiendo la transmisión.

Para buscar una solución a esta problemática, es importante estudiar cada fenómeno apoyándose en modelos estadísticos de lluvia, humedad, y temperatura que permiten conocer el efecto de ésta en las comunicaciones. Los modelos se basan en análisis meteorológicos, climáticos o climáticos, así como también en experimentos donde se pone particular atención al tipo de perturbaciones que estos efectos producen sobre los medios de transmisión entre sistemas satelitales y estaciones terrestres.

            Estas perturbaciones deben ser previamente estudiadas antes de elegir los equipos a utilizar en el sistema. La robustez de los equipos va a depender directamente de los parámetros atmosféricos ya nombrados.

            No se debe olvidar que estos sistemas de comunicación, necesitan un constante mantenimiento para que los equipos y todo el sistema se encuentre siempre en perfecto estado consiguiendo con esto un trabajo totalmente pulcro y libre de fallas.

Pérdida en los Enlaces Satelitales Debido a las Lluvias

Aún la tecnología de comunicaciones satelitales más confiable puede, a veces ser superada por las fuerzas de la naturaleza. Este es un fenómeno conocido como pérdida por lluvia / disminución pluvial (RF) o atenuación por lluvia. RF (Rain Fade) es uno de los fenómenos más comunes y frecuentemente más incomprendidos, que afectan a las señales satelitales. Cuanto más se aprenda acerca de las causas de la RF, mayor será la oportunidad de disminuir el impacto en un sistema satelital.

Las causas:

Cualquier operador de red de un sistema de comunicación satelital que use un sistema Ku-Band (12/14 GHz o más altas frecuencias) puede enfrentar los efectos de RF en algún momento. Pero para entender porqué se produce este debilitamiento en las transmisiones de banda Ku, primero se debe entender las causas de RF. Dos de las causas principales se detallan a continuación.

· Absorción: Parte de toda la energía generada cuando una onda de radio golpea una pequeña gota de lluvia. La gota es transformada en energía calórica y absorbida por esta.

· Dispersión: Un medio de transmisión no uniforme (las gotas de lluvia en la atmósfera) hace que la energía se disperse de su dirección de trayecto inicial. La dispersión puede ser causada por refracción o difracción.

- Refracción: Es el índice de refracción de las pequeñas gotas de agua encontradas por la onda de radio.

- Difracción: La dirección de la onda de radio también cambia al mismo tiempo en que se propaga alrededor del obstáculo en su camino (la gota de agua).

Estas diferentes reacciones finalmente tienen el mismo efecto, causan que el sistema satelital pierda parte del nivel de señal normal. Éstas pérdidas de señal por lluvia ocurren normalmente durante lluvias intensas (predominantemente las del tipo convectivo y estratiforme) y la mayoría de veces solo en porciones de la transmisión se experimentará ésta atenuación.

El impacto de la tasa pluvial:

La tasa pluvial es el factor más común usado para determinar RF. RF parece tener una correlación muy estrecha con el volumen de las gotas de lluvia (expresado en longitud de onda cúbica) a lo largo de la trayectoria de propagación. Esto se opone a al malentendido común que el grado de atenuación es proporcional a la cantidad o tamaño individual de las gotas de lluvia que caen cerca del sitio receptor. Descubrir exactamente el factor específico que lleva a esta pérdida es esencial para predecir con precisión el problema. Modelos pueden ser desarrollados a partir de estos datos para graficar los efectos de RF con base a un sitio individual o regional. A partir de esta información, se puede determinar el tamaño correcto de la antena que será instalada con el fin de contrarrestar los efectos de RF. Esto no significa, sin embargo, que comprar la antena más grande resolverá el todos los problemas relativos a la lluvia. Hay un punto (usualmente bajo extremas condiciones de lluvia intensa durante cortos períodos de tiempo) donde virtualmente el 100% de la señal del satélite es absorbida por la lluvia y no hay aumento de tamaño de antena que pueda mejorar la disponibilidad.

Como reducir el efecto de las perturbaciones en los enlaces satelitales

El enlace satelital es un canal de comunicación en donde se utiliza un satélite de comunicaciones para regenerar y retransmitir una señal en cualquier parte del mundo.

Existen muchos factores que pueden afectar la calidad de nuestro canal, a esta son conocida como perturbaciones, las cuales solo se pueden reducir con métodos matemáticos.

Atenuación por lluvia

En los canales de comunicación satelital se debe manejar márgenes confiables de perdida por atenuación causada por la lluvia, ya que afecta factores económicos y técnicos para los operadores de telecomunicaciones. Es por eso que es necesario un cálculo lo mas fidedigno de los desvanecimientos causados por la lluvia por medio de un modelo de predicción de atenuación que pueda estimar dichas pérdidas y lograr enlaces con calidad de servicio y disponibilidades deseadas.

Para reducir los niveles de atenuación por lluvia en los enlaces satelitales, se utiliza el modelo DAH, el cual fue llamado por su creador Dissanayake y se basa por un estudio en el área donde se quiere implementar, este estudio es una relación del nivel de las lluvias con el modelo de intensidad de lluvia al 0,01% de nivel de probabilidad. Arrojando así una serie de datos que al graficar predicen si es de gran potencial colocar un enlace.

Atenuación por absorción atmosférica

Cuando las frecuencias de transmisión son lo suficiente altas, las ondas electromagnéticas interactúan con las moléculas de los gases atmosférico. Estas interacciones reducen la potencia de la señal conforme atraviesan la atmosfera. Según los estudios, la atenuación total acumulada depende de la longitud exacta del trayecto de la señal a través de las capas atmosféricas responsables de esta absorción. Es decir, que depende de Angulo de elevación de la estación terrena, de la altitud a la que está sobre el nivel de mar, la temperatura y la densidad del vapor de agua, existirá esta atenuación.

Para estimar esta dicha absorción atmosférica se debe utilizar esta fórmula, en donde q es el Angulo de elevación de la antena terrestre y L es la atenuación obtenida en cualquiera de los casos.

El efecto Faraday

Esta perturbación que se hace presente en algunos casos en los enlaces satelitales se debe a la desviación indeseable de la dirección del campo eléctrico de una señal de microondas cuya polaridad es lineal. El giro del vector de campo eléctrico, conocido como rotación de Faraday, ocurre cuando la señal atraviesa las capas de la ionosfera, que están cargadas eléctricamente debido a la radicación solar. Mientras la ionosfera esta mas cargada eléctricamente, la rotación de Faraday será mayor.

Este efecto se puede corregir con equipos de rastreo de polarización en la antena, si se usa polarización lineal. Otra alternativa es emplear polarización circular para transmitir las señales, una con circular derecha y otra con circular izquierda reutilización de frecuencia.

Perturbaciones debido al sol 

Estas se traducen en dos efectos:

· Distorsión de la curvatura de la orbita elíptica, acortándola a través del eje Tierra-Sol

· Distorsión de la curvatura de la orbita producidas por un giro del movimiento angular o de la normal de la órbita. Esto supone un incremento de 0.9° en una órbita que comienza con inclinación cero. La corrección de este efecto supón a menudo el consumo de gran cantidad de combustible por parte del satélite

Perturbación debido a la no esfericidad de la tierra

La tierra al no ser completamente esférica causa una serie de perturbaciones que afectan la calidad del satélite, este tipo de perturbaciones no se reducen debido a que son causadas por la naturaleza.

Los efectos producidos se distinguen como:

· El achatamiento de los polos que afecta a la normal de la órbita en donde se maneja el satélite

· El achatamiento de los polos también cambia ligeramente la trayectoria de la orbita geoestacionaria

· La no circularidad del ecuador causa una variación en la longitud del satélite

Entrevista al Ing. José Quero

La siguiente entrevista fue realizada a uno de los expertos más reconocidos del mundo de las telecomunicaciones, como lo es el ingeniero José Rafael Quero.

En ella, respondió una serie de preguntas las cuales fueron previamente realizadas para dar solución a dudas que se presentan en las comunicaciones por satélites.

 1.      ¿Para usted, cuáles son los principales factores que perturban los enlaces satelitales?

La lluvia y la frecuencia de transmisión afectan directamente la calidad de los medios de transmisión satelitales, cuan mayor sea la intensidad de lluvia representa una mayor atenuación para los medios de transmisión, y a medida que se aumenta la frecuencia la señal se ve afectada en mayor cantidad.

Otro elemento crítico, son los amplificadores de bajo ruido (LNA) presentes tanto en el satélite (para el enlace ascendente) como en las estaciones terrenas (para el enlace descendente). La importancia de los mismos, radica en el hecho de que debido a las grandes distancias, las señales recibidas son muy débiles. Debido a las potencias extremadamente pequeñas de las señales recibidas, normalmente se coloca un LNA situado en el punto de alimentación de la antena. Siendo el amplificador de bajo ruido el primer elemento que entra en contacto con dichas señales, es necesario que posea un ruido interno mucho menor que la señal recibida, esto, para que no se degrade la calidad de la señal.

  

2.      ¿Estos factores influyen en los equipos?

Los principales factores que podrían perturbar un enlace satelital específicamente en las antenas y equipos son: el viento, las vibraciones, el polvo acumulado en los platos, el deterioro en los equipos, y sobre todo la temperatura.

Para los equipos, la lluvia no afecta de manera relevante debido a que la mayoría de dispositivos utilizados en los enlaces satelitales son muy robustos. El calor, las altas temperaturas es la variable que se debe tomar en cuenta cuando hablamos de daños a los equipos.

 3.    ¿Como se ven afectados las señales en la recepción?

Las  perturbaciones en los enlaces satelitales afectan a la transmisión ya que introducen ruido a la señal. Es en la relación señal a ruido del enlace en donde se observa el daño causado.

Se debe recordar que la señal en la recepción debe ser siempre mayor que el ruido. Como se dijo antes, es necesario que el primer elemento que reciba la señal posea un ruido interno mucho menor que la señal recibida, mientras menos ruido tenga la señal mayor será su calidad.

 4.    ¿Cuáles son las medidas que se deberían tomar para prevenir estas perturbaciones?

  

       -    Se deben realizar constantemente y sin falta el mantenimiento necesario de los equipos.

                  -   Observar cada detalle para prevenir los fallos.
        -    Estudiar los equipos a fondo.
         -    No olvidar la vida útil de los dispositivos que se usen.

Ejemplo de perdida en los Enlaces Satelitales causados por la temperatura ambiental

A continuación se explicara de forma breve como influye el ruido térmico en la transmisión de una señal satelital desde un punto de la tierra a otro. Para ello se tomaron como ejemplo dos universidades ubicadas en diferentes estados de Venezuela. Como se desea ejemplificar la consecuencia de la temperatura del ambiente, se tomaron los estados de Mérida y Zulia.

En el estado Zulia caracterizado por poseer un clima caluroso, se tomo la ubicación de la Universidad del Zulia (LUZ), como segundo punto la Universidad Nacional Experimental Politécnica de las Fuerzas Armadas (UNEFA) ubicada en Mérida.

Coordenadas:

Maracaibo: 10°40'20.25''N 71°38'11.57''O

Mérida: 7°47'6.90''N 72°13'1.47''O

La temperatura promedio del estado Zulia es de 32°C, este estado se caracteriza por su alta temperatura y además por ser un lugar en el cual las ocurrencias de lluvias son pocas. A diferencia el estado Mérida tiene una temperatura promedio de 18°C y en algunos días del año esta temperatura tiende a bajar un poco más. Como es un estado completamente frio se caracteriza por su gran humedad y pluviosidad.

Explicado todo esto y retomando el caso, si se tiene un enlace satelital entre estos dos estados, cada sede planteada anteriormente debe tener en cuenta varios aspectos. En el caso de la universidad LUZ la cual se encuentra ubicada en un estado caluroso se debe colocar la antena de recepción y transmisión en una distancia significativa del suelo manteniendo la vista directa con el satélite, esto, debido al calor que irradia la superficie terrestre, ya que este introduce ruido al sistema atenuando parte de la información. Otro aspecto importante que se ve en esta sede es que debido al calor la posibilidad de sismos aumenta, provocando movimientos en las bases de las antenas. Esto puede hacer que los equipos se desajusten y con el tiempo se vea afectada la estructura de la estación terrena. Gracias a que las precipitaciones son pocas no tienen problemas con pérdida de señal por absorción, pero igual tienen que utilizar equipos robustos para luchar con el ruido térmico. Es importante que el ruido sea mucho menor a la señal recibida.

Debido a esto es de suma importancia el mantenimiento de los equipos, ya que en el caso de desajustes por movimientos con el viento se producen vibraciones que afectaran la recepción de la señal.

Ya explicadas las previsiones que se deben tomar para el enlace con la Universidad LUZ es importante explicar que en el caso del estado Mérida las características del clima son muy diferentes a las del estado Zulia. En esta ciudad las posibilidades de lluvias son mayores por lo cual la posibilidad de ver el fenómeno de absorción es mayor. Se debe tener claro que las perturbaciones ocasionadas por el clima no se pueden corregir, ya que es algo que son originadas por la naturaleza, pero si se puede contar con equipos de muy buena calidad, que posean bloques de amplificación óptimos, para así poder recuperar la señal que se pierde debido a la humedad del clima.

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