Satelites[1]. Articulo Cientifico

Influencia de la Atenuación Puvliométrica sobre los enlaces de comunicación del satélite Simón Bolívar

Maracaibo; Julio de 2009.

INFLUENCIA DE LA ATENUACIÓN PLUVIOMÉTRICA SOBRE LOS ENLACES DE COMUNICACIÓN DEL SATÉLITE SIMÓN BOLÍVAR

(Influence of attenuation Pluviometric links on the communication satellite”Simón Bolívar”)

Gustavo BohorquesJose DazaLeiguer Ortega

Resumen

El presente artículo científico, tiene como propósito fundamental el estudio de la influencia de diversos factores atmosféricos de atenuación, específicamente el pluviométrico; que influyen en los medios de transmisión entre sistemas satelitales y estaciones terrenas, tomando en consideración las áreas demarcadas por las bandas de frecuencias que permiten la comunicación en los diferentes lugares del territorio Venezolano. Así mismo, se considera la propuesta de diseñar modelos que permitan estimar para un trayecto arbitrario, el valor de la atenuación durante lapsos acumulados de lluvia. Esto permitirá incidir en el desarrollo de nuevas tecnologías referentes al diseño de enlaces satelitales, a los fines de poder contribuir en el punto partida para el desarrollo de esquemas que mejoren los problemas que el fenómeno natural de lluvia trae consigo y que atenta permanentemente contra el buen desempeño del canal de comunicación que ofrece el sistema brindado por el Satélite Simón Bolívar (VENESAT).

Palabras Clave: Estación Terrestre, Atenuación por Lluvia, Satélite, canal decomunicación.

Introducción

La posibilidad que una persona pueda observar un canal de televisión

cuya transmisión se origina en lugares distantes del mundo, comunicarse

telefónicamente desde el automóvil, o bien recibir mensajes en un

localizador; es concebida 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; fenómenos reconocidos

como principales causas que alteran la propagación de la energía

electromagnética interrumpiendo la transmisión en cualquier tipo de

comunicación.

Para tratar de minimizar esta problemática, es importante estudiar el

fenómeno apoyándose en modelos estadísticos de lluvia que permitan

conocer el efecto de ésta en las comunicaciones. Luego de este estudio se

propone diseñar modelos sustentados en análisis meteorológicos o

climáticos; así como también en experimentos donde se pone particular

atención al tipo de perturbaciones que los efectos atmosféricos producen

sobre los medios de transmisión entre sistemas satelitales y estaciones

terrestres.

Con el pasar de los años las tecnologías satelitales han tenido un gran

avance en cuanto al hardware y el software que han permitido un salto en el

desarrollo de nuevas técnicas que permiten la transmisión de datos, videos,

imágenes y voz, de una forma más eficiente y eficaz.

Factores incidentes en el fenómeno de Atenuación Pluviométrica.

Actualmente, la recepción de señales en la mayoría de las veces se ve

afectada por fenómenos atmosféricos como la lluvia, reconocida como una

de las principales causas que alteran la propagación de la energía

electromagnética interrumpiendo la transmisión.

Toda vez que ocurren precipitaciones en las zonas donde se

encuentran instaladas estaciones terrenas; ya sea transmisora o receptora;

las señales portadoras de la señal son atenuadas a la vez que se propagan a

través de la región del aire en donde esté lloviendo. Según Neri Vela (2003),


“la distancia total “d” de las señales que viajan a través del canal depende de

la altura “h” de las nubes con relación al piso y del ángulo de elevación “tal”

de la antena de la estación”; como a continuación se describe:

Los efectos de la lluvia sobre la propagación de las ondas

electromagnéticas han sido estudiados durante muchos años; es por esto

que en la actualidad se conoce con mucha precisión que tanto puede atenuar

una señal; en función de su frecuencia y de la intensidad con la que está

lloviendo representada en milímetros por hora (mm/h).

1121 298 047 cedula licellys

Es importante destacar que las incidencias del factor atmosferico, en

la mayoria de las situaciones representa la mayor adversidad en el campo de

las comunicaciones; siendo estas basadas en comunicaciones opticas,

inalambricas o satelitales. Dentro del marco de esta investigación procederia

a delimitar el contexto referido al sistema de comunicaciones que permite la

transmisión de datos a través de medios satelitales.

Canales de Comunicación Satelital


Un sistema de comunicaciones via satelite, se encuentra conformado

básicamente por estaciones terrenas y el satélite en sí. El objetivo de este

sistema es permitir que las estaciones terrenas, se comuniquen entre sí

utilizando al satélite como una estación repetidora cuando la distancia que

separa a las estaciones terrenas es tan grande que no permite la

comunicación directa.

A nivel geográfico, este tipo de comunicación demarca regiones que

permitan establecer las frecuencias de transmisión en cada uno de los

lugares del mundo.

Bandas de frecuencias.

En general, los sistemas fijos y los comerciales, emplean

transpondedores en los satélites utilizando las siguientes bandas:

Banda C: enlace ascendente a 6 GHz y descendente a 4 GHz. Esta

banda se usa extensivamente en Asia, África y Latinoamérica.

Banda Ku: enlace ascendente a 14 GHz y descendente a 11/12 GHz.

Se utiliza principalmente en Europa y Norteamérica.

Banda Ka: enlace ascendente a 30 GHz y descendente a 20 GHz.

Como la anterior, se utiliza, principalmente en Europa y Norteamérica.

La preferencia de uso de una banda u otra por regiones, se debe a la

atenuación causada por los hidrometeoros, este termino se refiere a aquellas

particulas acuosas que quedan suspendidas en la atmosfera al suscitarse

fenómenos puvliométricos.

De las tres bandas, la que presenta menor atenuación por la lluvia, es

la banda C, esto debido a que está situada en las frecuencias más bajas de

las tres. Las dos bandas restantes presentan mayor atenuación por estos


factores, sobre todo la banda Ka, puesto que el tamaño de las gotas de agua

es similar a la longitud de onda a estas frecuencias.

Por ello, la banda C es la más adecuada para comunicaciones de

datos que requieran fiabilidad en zonas tropicales. Sin embargo, las

frecuencias utilizadas en esta banda son muy cercanas a las usadas en

algunos sistemas de microondas terrestres, lo que puede causar

interferencias cuando equipos de este tipo se encuentren en las proximidades

de la estación.

Los satélites comerciales funcionan en tres bandas de frecuencias,

llamadas C, Ku y Ka. La gran mayoría de emisiones de televisión por satélite

se realizan en la banda Ku, ya que esta permite un flujo moderado de

frecuencia y la potencia de transmisión proporciona mayor calidad en la

difusión de las imágenes.

Ban

da

Frecuencia ascendente

(GHz)

Frecuencia descendente

(GHz)Problemas

C 5,925 - 6,425 3,7 - 4,2Interferencia

Terrestre

Ku 14,0 - 14,5 11,7 - 12,2 Lluvia

Ka 27,5 - 30,5 17,7 - 21,7 Lluvia


No es conveniente poner muy próximos en la órbita geoestacionaria

dos satélites que funcionen en la misma banda de frecuencias, ya que

pueden interferirse. En la banda C la distancia mínima es de dos grados, en

la Ku y la Ka de un grado. Esto limita en la práctica el número total de

satélites que puede haber en toda la órbita geoestacionaria a 180 en la

banda C y a 360 en las bandas Ku y Ka. La distribución de bandas y espacio

en la órbita geoestacionaria se realiza mediante acuerdos internacionales.

La elevada direccionalidad de las altas frecuencias hace posible

concentrar las emisiones por satélite a regiones geográficas muy concretas,

hasta de unos pocos cientos de kilómetros. Esto permite evitar la recepción

en zonas no deseadas y reducir la potencia de emisión necesaria, o bien

concentrar el haz para así aumentar la potencia recibida por el receptor,

reduciendo al mismo tiempo el tamaño de la antena parabólica necesaria.

En la actualidad, este tipo de comunicación puede imaginarse como si

tuviésemos un enorme repetidor de microondas en el cielo. Está constituido

por uno o más dispositivos receptor-transmisores, cada uno de los cuales

escucha una parte del espectro, amplificando la señal de entrada y

retransmitiendo a otra frecuencia para evitar los efectos de interferencia.

Satélites Geoestacionarios, del sistema de Comunicación VSAT.

Los sistemas VSAT, utilizan satélites situados en la órbita

geoestacionaria, GEO, puesto que son los más adecuados para prestar

servicio a terminales fijos, debido a que la posición del satélite permanece

inmóvil respecto de la Tierra. Sin embargo, los satélites MEO y LEO se

desplazan a gran velocidad, por lo que son visibles durante poco tiempo, lo


que complica el posicionamiento de la antena parabólica. Además, como

para mantener el enlace utilizando satélites en órbitas bajas es necesario

mantener al menos dos satélites a la vista, el sistema debería ser capaz de

realizar traspasos.

Por otro lado, los satélites GEO tienen un tiempo de vida mayor que

el de los que funcionan en órbitas más bajas. Esto se debe a que la vida de

un satélite, que oscila entre los 5 y los 15 años, depende de la duración del

combustible necesario para mantenerlo en la órbita correcta (el consumo es

mayor cuanto menor es la altura de la órbita).

Imagen de un satélite geoestacionario.

Este tipo de satélites, tiene dos ventajas importantes para las

comunicaciones: permite el uso de antenas fijas, pues su orientación no

cambia y asegura el contacto permanente con el satélite y mantiene la línea

de vista en las transmisiones de datos.

Sistema de Comunicaciones vía Satélite “Simón Bolívar”

El segmento espacial del nuevo y soberano sistema de

comunicaciones vía satélite de Venezuela, está conformado por el satélite

“Simón Bolívar”; el cual opera desde una órbita geoestacionaria (GEO). El

mismo cuenta con 02 estaciones terrenas localizadas en nuestro país: a)

Bamari (Estado Guárico), ubicada en la Base Aérea “Capitán Manuel Ríos”,


en la localidad El Sombrero; esta funciona como la estación principal de

control de las operaciones del satélite; b) Luepa (Estado Bolívar), localizada

en el Fuerte Manikuya; esta estación se encarga de la telemetría con el

satélite, y será la estación de respaldo del sistema, en caso de ocurrir alguna

falla crítica en la estación Bamari.

Es de hacer notar, que de acuerdo a los anuncios realizados por la

actual ministra para el Poder Popular de las Telecomunicaciones y la

Informática, Licda. Socorro Hernández; el sistema contará con miles de

receptores VSAT (Very Small Aperture Terminal) distribuidos a lo largo de

todo el territorio nacional. La figura tal representa la arquitectura básica del

sistema de comunicaciones vía satélite “Simón Bolívar”.

Características del Satélite “Simón Bolívar”

El satélite “Simón Bolívar” es de estabilización de “3 ejes”, y sus

dimensiones son: longitud (2,36 m), ancho (2,10 m), altura (3,6 m). Una vez

extendido los dos (02) brazos de los paneles solares (12,16 m de longitud

cada uno), su ancho es de aproximadamente 26 m. El peso de la carga útil


es de 5.100 kg, y se estima que su tiempo de vida útil será de quince (15)

años.

Desde el punto de vista estructural, además de los paneles solares,

cuya principal función es proveer la energía eléctrica necesaria para la

operación del satélite en el espacio, el “Simón Bolívar” está conformado por:

• Plataforma: que consta del módulo de propulsión (contiene los tanques

propelente) y los módulos de servicio (baterías y subsistemas, tales como

potencia eléctrica, telemetría y tele comando, control de temperatura,

control de la posición orbital, entre otros.).

• Carga Útil: que corresponde al sistema de telecomunicaciones

propiamente dicho del satélite, contentivo de los transpondedores

(antenas, amplificadores, moduladores, multiplexores, etc.).

• Soporte la Antena de Telemetría y Tele comando: contiene los

alimentadores para las antenas de la banda C, así como para las antenas

de telemetría y tele comando.

El satélite “Simón Bolívar” operará en las bandas C, Ku y Ka, con un

ancho de banda total de aproximadamente 1,4 GHz (1.400 MHz). En la

banda C se cuenta con 14 transpondedores, con ancho de banda de 36 MHz

cada uno, para un ancho de banda total de 504 MHz. Los servicios a ser

prestados en la banda C son básicamente radio y TV.

Por su parte, en la banda Ku los transpondedores son 12, con ancho

de banda de 54 MHz cada uno, y un ancho de banda total de 648 MHz. En la

banda Ku los servicios a ser prestados son telefonía, radio, TV, Internet,

datos a alta velocidad, control de procesos, entre otros.

Finalmente, en la banda Ku se cuenta con 2 transpondedores, con

ancho de banda de 120 MHz cada uno, para un ancho total de 240 MHz. Su


primera aplicación está orientada a la transmisión de datos. La Figura que se

presenta a continuación muestra la cobertura esperada por el satélite “Simón

Bolívar”,

en las bandas C, Ku y Ka. La banda C cubrirá el Caribe, Centroamérica y

Sudamérica (sin los extremos sur de Argentina y Chile). La banda Ku cubrirá

el Caribe, Venezuela, Bolivia, Paraguay y Chile. La banda Ka cubrirá

solamente a Venezuela.

CONSIDERACIONES FINALES

Tomando en consideración lo información obtenida en diferentes

estudios dirigidos al área de radioatenuación troposferica en las diferentes

localidades de nuestro país; se puede establecer de manera indirecta el

comportamiento pluviométrico de las zona donde se encuentran ubicadas las

estaciónes terrenas; en este caso considero las investigaciones realizadas

en los estados Guárico y Bolívar.

De igual modo se permite inferir la influencia de la intensidad de lluvia

y en caso específico la precipitación en los medios de transmisión, ya que se

plantea afimar de acuerdo a las investigaciones realizadas; la condición que

a mayor intensidad de lluvia se obtiene una mayor atenuación en la señal,

hecho que se permite comprobar revisando las tablas de información

meteorológica en las estaciones de meteorología en dichos estados.

Esto podría confirmar lo establecido en el estudio de las variables que

se plantean para el desarrollo de la investigación; ya que se muestra la


dependencia de la lluvia y la frecuencia de transmisión que afectan

directamente la calidad de los medios de transmisión satelitales, es decir,

que mayor 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.

En el mismo orden de ideas, esta investigación permite deducir los

efectos de atenuación por lluvia en los diferentes estados donde se

encuentran instaladas o se instalarán estaciones terrenas; con la finalidad de

brindar alternativas que contribuyan a mejorar el rendimiento del intercambio

de datos e información en los medios de transmisión entre sistemas

satelitales y estaciones terrestres ante condiciones climáticas adversas.

Entre tanto se propone diseñar modelos estadisticos o deterministas

que permitan establecer el canal de propagacion adecuado para disminuir las

desventajas que se presentan en la transmisión de señales bajo efectos

atmosféricos. De igual modo se podría abordar el análisis y calculo de los

enlaces de comunicación establecidos por los sistemas VSAT; por medio de

la evaluacion de algoritmos para optiomizar el plan de asignacion de

frecuencias en el transpondedor del satelite Simón Bolívar, contra las

perturbaciones producidas por el efecto atmosférico lluvia.

Siendo el ambiente natural para la investigación y desarrollo de la

ciencia y tecnología en todas las áreas, las instituciones universitarias y los

centros de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica

(I+D+i) de nuestro país; a partir de este estudio deben insertarse en los

planes estratégicos que el Estado venezolano emprenderá en materia de

tecnología espacial.

Son muchos los escenarios y las estrategias que el sector académico

y de investigación en Venezuela puede y debe trazarse para garantizar la

inclusión en los mencionados planes estratégicos. Por ejemplo:


Promover la interconexión de las instituciones universitarias y centros

I+D+i, al nuevo sistema de comunicaciones vía satélite de Venezuela.

Investigación y desarrollo en tecnologías satelitales (hardware,

software y sistemas), modelado del canal de propagación,

optimización de redes, gestión de redes, aplicaciones y servicios.

Masificación de la oferta de trabajos de pregrado, tesis de maestría,

tesis de doctorado, etc., en el área.

Promover la participación de las instituciones universitarias y centros

I+D+i, al nuevo sistema de comunicaciones vía satélite de Venezuela,

en el proyecto del segundo satélite venezolano.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Aldibbiat, N., Z. Ghassemlloy and McLaughlin, (2004) R. Multipath dispersion

in optical wireless network Employing dh-pim.

http://www.shu.ac.uk/belarus.pdf Amaya, A. (2002). Sistema Óptico

Inalámbrico (Opticall Wireless) como enlace de Última Mila. Universidad Dr.

Rafael Belloso Chacín.

Carlson, Robert y Paciorek, Slawomit (2001). Environmental qualification and

field test results for the Sonabeam 155 and 622.

Ingvar Henne Per Thorvaldsen (2000) Planning of Line-Of-Sight Radio Relay

Systems.


Rodolfo Neri Vela. Comunicaciones por Satélite. Cengage Learning Editores,

2003. 544 páginas.

Rosado Carlos (1999) Comunicación por Satélites. Editorial Limusa S.A.

Satelites[1]. Articulo Cientifico

Documents

Transcript of Satelites[1]. Articulo Cientifico