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LA COMUNICACION VIA SATELITE

1-INTRODUCCION

Los radioaficionados nos hemos caracterizado porque hemos viajado, desde el punto de vista tecnológico, paralelos a lo que la ciencia de la radiocomunicación ha descubierto y probado.

Desde Marconi hasta las comunicaciones espaciales modernas, siempre ha habido colegas que -guardando las escalas-han tenido aparatos similares en sus casas.

Y es ampliamente conocido que muchas firmas comerciales, lanzan sus nuevos productos al mercado de radioaficionados, para así probarlos en el campo y valorar el producto. Esto se aplica no solamente al hardware sino al software.

Uno de estas tecnologías lo constituyen las operaciones vía satélite, y de ello tratara la presente conferencia.

2- LOS MEDIOS DE TRANSMISION

Marconi experimentaba con las comunicaciones vía la ionosfera, la cual fue el principal medio de comunicación hasta los años 60. El conocido UF es formidablemente eficiente: con unos pocos watts se le da la vuelta al mundo. Pero depende de las condiciones ionosféricas, o sea presenta un enlace con múltiples trayectos, lo que ocasiona desvanecimientos o fadings al cancelarse las ondas. El ruido hecho por el hombre es de muy alto nivel (lineas de energía ruidosas, talleres eléctricos, vehículos, etc.) Todo esto hace que solo pase la voz con gran eficiencia, o la telegrafia (cw), pero no los datos de las comunicaciones de paquetes (x25, etc) con aceptables tasas de error. La tasa de error se nos muestra cuando los paquetes no pasan y hay repeticiones.

Además la dependencia de las condiciones ionosféricas hace al UF un medio no confiable. Unos días funciona bien, otros no. Las comunicaciones en 6 mts son espectaculares, pero funcionan esporádicamente y solo trasmiten voz o cw con eficiencia. Las comunicaciones entre países en VHF o UHF funcionan bien, pero necesitan muchos repetidores, por lo que el mantenimiento de la red se hace problemático. Y como los enlaces son muy largos, para disminuir la cantidad de repetidoras, aparece el desvanecimiento y entonces la red sufre en cuanto a su confiabilidad.

Si las grandes potencias pusieron satélites de comunicaciones, los radioaficionados no nos íbamos a quedar atrás.
Así nació el primer OSCAR (Orbiting Satellite Carring Amateur Radio).

Hoy día hay tantos satélites de radioaficionado que hasta se interfieren entre si. Y son capaces de trasmitir datos, imágenes, VOZ, rtty, CW, sstv, etc con esquemas de modulación iguales a los de los equipos profesionales.

3- QUE HACE UN SATELITE DE RADIOAFICIONADOS

Básicamente un satélite para radioaficionados se comporta como un repetidor que está en orbita alrededor de la tierra.

Repite simultáneamente telefonía, cw, datos e imágines. Esto se logra porque el ancho de banda del receptor satelital es muchísimo más ancho que el de un receptor normal. Lo mismo puede decirse del transmisor.
O sea por ejemplo el OSCAR 10, aun activo, uno le envía una señal de SSB en 435 MHz y el la retorna hacia la tierra en 145 MHZ. Pero al mismo tiempo, un telegrafista esta haciendo un qso con otro país, y otro colega en rtty esta enviando un mensaje.

En el campo de las comunicaciones digitales, un satélite actúa como un BBS. O sea uno envía un mensaje a otro colega, el satélite lo almacena y luego cuando es oportuno el otro colega saca el mensaje y lo lee, etc. El satélite puede estar recibiendo y enviando mensajes a la vez, pero uno por uno.

4- ¿COMO FUNCIONA UN SATELITE DE RADOAFICIONADOS?.

El satélite consta de las siguientes partes:

A- Un receptáculo metálico, que alberga todos los equipos y sistemas del satélite Este receptáculo debe detener las partículas que lanza el sol continuamente, así como los rayos X y radiaciones que existen en el espacio. Cuando el sol se superactiva, sus radiaciones o partículas atraviesan el receptáculo, pueden dañar los semiconductores y destrozan el programa de los computadores si se alcanza las celdas de memoria, etc.

B- Las antenas para trasmitir y recibir. El satélite debe estar en rotación sobre su eje principal, para evitar que se mantenga dando tumbos. Cualquier desviación del movimiento sobre su eje principal, provocara un esfuerzo y el satélite se mantiene muy estable. (como cuando Uds. sostiene en su mano una rueda que rota a alta velocidad y tratan de cambiar el eje de rotación). Se necesitan antenas que muestren varios lóbulos laterales, con poca perdida respecto del principal, para que el satélite si no esta apuntando directamente sobre un país, sea iluminado por uno de estos lóbulos no principales de la antena. La ganancia de las antenas del OSCAR 10 y el 13 (que cayó) son del orden de los 9-10 dBi. Como el satélite rota continuamente, es obvio que la dolarización cambia de vertical a horizontal constantemente y sabemos que si la de la antena receptora es diferente a la de la transmisora la señal decae drásticamente. Por ello se utiliza la dolarización circular, que es una en la que la dolarización rota continuamente en un sentido. Así no tiene importancia que las antenas roten. Las antenas yagi satelitales de la estación terrestre muestran elementos horizontales y verticales, acoplados 90 grados fuera de fase. Es como poner en el mismo BOOM dos antenas.
La dolarización rota derecha o izquierda. Pero si nos ilumina un lóbulo lateral de la antena satelital, el sentido de rotación cambia. Por ello hay un suiche que hace que la rotación de nuestras antenas sea mano derecha o mano izquierda; el operador debe entonces buscar la maxima señal o el mínimo error si se trata de un enlace digital.

C- LOS EQUIPOS DE RADIO DEL SATELITE

Los equipos de radio funcionan sobre toda una banda, o sea son de banda ancha. Veamos como operara el satélite P3D que se pondrá en orbita próximamente;

Enlace hacia Arriba (tierra-satélite o uplink)
Banda Modo Digital Modo Analógico Centro
2 mts 145.8-145.84(40 Khz) 145.840-145.990(150 Khz) 145.915Mhz
70 oms 435.3-435.55(250 Khz) 435.550-435.800(250KHz) 435.675Mhz
23 oms 1269.0-1269.25(250Khz) 1269.25-1 269.5(250Khz) 1269.375Mhz Hacia Abajo (down link)
Banda Modo Digital Modo Analógico Centro

2 mts 145.955-145.99(40 Khz) 145.805-145.955(150 Khz) 145.880Mhz
70 oms 435.900-436.200(300 Khz) 435.475-435.725(250KHz) 435.600Mhz
23 oms 1269.0-1269.25(250Khz) 1269.25-1269.5(250Khz) 1269.375Mhz


Obsérvese el gran ancho de banda del receptor satelital y el del transmisor. Hay muchas bandas más que reproducimos en los anexos.

El satélite invierte la modulación, en el sentido que si uno envía ssb, banda inferior, el satélite retransmitirá la señal en banda superior. Para establecer un qso, debe uno saber en que modulación se envía usb o lsb, de lo contrarío los otros colegas no entenderán nada.

Las modulaciones utilizadas por los satélites digitales varían grandemente;
Ejemplos:

Satélite Hacia Arriba Hacia Abajo Ancho de Banda
UO-22 FSK FSK 9600 bps
10-26 Manchester BPSK 1200y9600 bps

En la practica, existen sub-bandas establecidas para operar las distintas modalidades de un satélite multiuso o sea hay una parte para 0W, otra para rtty y otra para ssb. Desde luego, los colegas cumplen a medias estas recomendaciones.

Las potencias de los transmisores varían grandemente de satélite a satélite. Veamos ejemplos:
Satélite Potencia del Transmisor
Serie JS japonesa 5.3 watts (fuente:sat.handbook)
Serie RS rusa 5 PEP,12 watts etc

La documentación adjunta muestra distintos ejemplos sobre las características de los satélites.

D-PRESUPUESTO DEL ENLACE

Bajo este nombre se establece que potencia ha de tener la estación terrestre, que ganancia han de tener sus antenas emisoras y receptoras, para poder establecer un qso norrnal con el satélite.

Enlace hacia arriba:

Veamos un ejemplo, relativo al OSCAR 10 y 13 (del Handbook de satélite)
Nivel de umbral del Rx del satélite - 136.7 dBm
Nivel normal señal al WC del satélite -121.7 dBm
Ganancia antenalbc satélite 9.0 dBi
Señal que debe llegar a la Ant. Del Sat. - 130.7 dBm
Perdida de Espacio Libre 177.57 dB
Perdida por Ionosfera+Troposcaffer 0.73 dB
Perdida por Dolarización 1.5 dB
TOTAL PERDIDA PROPAGACION -179.8 dB

Potencia necesaria ERP del Tx..: 179.8-130.7... .49.1 (113m
Ganancia Ant del Tx 16.0 dBi.
Perdida cables coaxiales 3.0 dB
Perdida por conectores 2.0 dB
Potencia det Tx: 49.1-16+3+2= 38.1 dBm (8.ldBw)
Potencia en watts del Transmisor: Aprox 8 waffs

Enlace hacia abajo
Umbral WC terrestre -137.76 dBm
Señal de entrada de operación del WC -122.9 dBm.
Perdida Propagación:-168.07-0.33-l.5-5 -174.9 dB.
Potencia Efectiva Tx y antena sat 40.9 dBm
Perdida cables y conectores 2+1.5 dB 3.5 dB
Ganancia antena recepción (-122.9+40.9-3.5) 14.6 dBi
Gananciadeun preamp bajo ruido: 10db
Ganancia necesaria teórica con preamp 4.6 dbi o 6.75 dBd
La perdida de espacio libre depende de la frecuencia, así como la perdida de los cables y conectores. Por otra parte considérese que este presupuesto es con componentes nuevos, recién instalados. Después de unos cuantos inviernos, la perdid~' aumenta en lo que se refiere a cables, la antena se deteriora, etc.

Este presupuesto debe hacerse antes de intentar hacer una estación satelital.

En la practica, las antenas de satélite deben tener gran ganancia en recepción, debe usarse siempre un preamplificador de bajo ruido, y el transmisor no debe tener una potencia inferior a los 10 watts.
Mi estación tiene una antena KLM de 40 elementos en UHF (20+20) elementos para una ganancia de unos 16 dBi y la antena emisora tiene 14 elementos (7+7) elementos para una ganancia de uno 12 dBd. El preamplificador de bajo ruido de UHF tiene una ganancia de unos 18 dB y una figura de ruido de ~ (según el fabricante). La antena de 40 elementos permite establecer comunicación con el satélite sin necesidad del preamplificador.


5-ORBITAS

Cuando a un objeto se le amarra una cuerda y se hace girar, se siente una tuerza que trata de alejar el objeto del centro de rotación. Esa fuerza centrifuga se equilibra con la tuerza con que la tierra atrae al satélite, que roía alrededor de la misma. En consecuencia el satélite se mantiene rotando alrededor del planeta y no pierde altura ni velocidad, porque se pone suficientemente alejado de la atmósfera terrestre.

A-Definiciones

Apogeo: es cuando el satélite se encuentra mas alejado de la tierra Peilgeo: es cuando el satélite se encuentra mas cerca de la tierra.
Altura: es la altura desde el satélite a la superficie de la tierra.
Inclinación: es el Angulo que se forma entre el plano del ecuador y el plano de la orbita del satélite.
Huella: es la zona que un satélite ilumina en la tierra con sus señales, con suficiente energía como para establecer un enlace operacional.
Orbita:se refiere al tipo de orbita según veremos a continuación.

B-Tipo de orbitas

Las orbitas pueden ser geoestacionañas, en donde un satélite parece estar estacionario en el cielo. Esta orbita existe siempre y cuando el satélite se encuentre a unos 36000 kmts de altura. Este es el caso de los satélites comerciales. También pueden ser elípticas, en donde el satélite se acerca a la tierra, y luego se aleja, tal el caso de los satélites de radioaficionado. Finalmente tenemos los satélites de orbita circular, de altura mas o menos uniforme, que se trasladan a gran velocidad sobre la tierra.
C-Orbitas Utilizadas por los radioaficionados.

Un satélite geoestacionario no podría ser sufragado por radioaficionados porque:
su costo de mantenimiento seria inmenso.
El sol y la luna no dejan de atraer al satélite ni un instante. Una veces están en oposición; en otras están alineados. Lo importante de este efecto consiste en que el satélite estaría continuamente saliéndose de orbita sería necesario tener un control central que se esmerara de estar manteniendo el satélite en orbita. El gasto de combustible es apreciable, y no pueden sufragarse ni este ni los costosos motores para mantener la orbita.

Un satélite de orbita elíptica es flexible en cuanto a su trayectoria, y se puede auto ajustar. Provee comunicación durante horas cuando se encuentra en el apogeo, porque rota lentamente. Su gran altura se aprovecha porque en ese momento ilumina una buena porción de la tierra. El apogeo ocurre a unos 36000 o 38000 kmts de altura, pero el perígeo ocurre a unos 3000 kmts de altura, por lo que ofrece comunicaciones a estaciones de poca potencia y sensibilidad.
Pero durante el perígeo, el satélite se mueve rápidamente. Es necesaño controlar la posición de las antenas a cada momento. Por el efecto doppler, que mencionaremos en breve, también es necesario ajustar la frecuencia constantemente.

Los satélites de baja altura, denominados LEO (Low Earth Orbit) rotan a apenas unos 800-1000 kmts de altura. En consecuencia ponen una señal considerable en tierra, y las estaciones no tienen que ser ni sensibles ni potentes. Pero en cambio provocan que las antenas terrestres deben seguir al satélite a cada momento (cada minuto o poco mas) y el efecto doppler, en 435 Mhz, alcanza con facilidad los 12 KHZ.
La orbita de estos satélites es de diseño cuidadoso. Se trata de una orbita que ilumine toda la tierra desde un solo satélite, al termino cada unas 12 horas. O sea el satélite digital coreano KO-25, pasa por este país dos veces al día, y su señal dura unos 30 minutos máximo. Hay pasadas de tan solo 3 minutos, etc. Pero sirve el propósito de llevar los mensajes digitados de un operador a otro dentro de unas doce horas Los rusos fueron quienes utilizaron esta orbita mas frecuentemente, por ello se denomina "molniya". Tiene el inconveniente que debe atravesar los cinturones de radiación Val Allen dos veces al día. Esto puede provocar fallas en los equipos y en los programas, tal como se menciono al principio de este trabajo.

Es preferible explicar todo sobre orbitas con ejemplos en pantallas, por lo que tomaremos y ejecutaremos un programa para observar todo ello.

6-SATELITES TÍPICOS

Existe una gran variedad de satélites. Podríamos agruparlos así:

A-SATELITES MULTIUSO
Estos satélites proveen comunicaciones múltiples: ssb, CW, rtty, fm, imágenes, paquetes, etc. Ejemplos: los OSCAR de EEUU, Oscar 10, 13 y el P3D que lanzara esa misma nación. Estos satélites son los más deseables por su flexibilidad..

B-SATELITES DIGITALES
Estos satélites son un BBS, con un ramdisk de 4 megabits ,etc. Funcionan a 1200 y 9600 bps. Pero también toman fotografias. Ejemplo los coreanos KO-23, KO-25, UOSAT del Reino Unido todos los cuales funcionan a 9600 bps. También existen satélites de 1200 bps tal como el LUSAT de Argentina, Itamsat de Italia, etc

C-SATELITES PARA FONIA Y CW
Aquí tenemos la familia RS de Radio Sputnik, que ofrecen servicios de ssb y CW.
Lo mismo tenemos con los potentes satélites JAS japoneses, en donde se ofrece el modo digital y el analógico según un cierto horario.


7-COMO ES UNA ESTACION TIPICA SATELITAL

Una estación tipica satelital se parece a una de HF, en lo que se refiere al presupuesto asignado. La estación de lujo tiene un sistema de direccionamiento automático que sigue al satélite. Por lo que no es necesario distraerse en esa tarea. Si utiliza el modo digital, automáticamente pone en frecuencia el transoeptor, y continuamente le ajusta su frecuencia para compensar el efecto doppler tan pronto un satélite elegido previamente, o un grupo de ellos aparece en el horizonte.. O sea uno pone un mensaje a un colega de Australia y se desentiende de la estación. Cuando es oportuno, el operador digital lista simplemente los mensajes que le han sido dirigidos o puede leer lo que han puesto otros colegas.

En fonia y 0W, es incomodo que la computadora fije la frecuencia. El transoeptor, si uno ajusta la frecuencia del receptor para escuchar mejor automáticamente compensa el cambio que se hace en el transmisor.

Si el presupuesto es mínimo, la estación es manual, y solo tiene alcance para los satélites de baja orbit~ Operara sin dificultad alguna los satélites serie JAS, RS y otros mas.

El satélite P3D norteamericano promete que Serra tan potente, que no Serra necesario el utilizar equipos potentes y receptores sensibles. Una lamina que incluimos da cuenta de las potencias de sus equipos.

Mostramos en pantalla varias constituciones de satélites típicos

8-FUTURO DEL SATELITE

No creo que los satélites desplacen al eficiente HF. Menos si se trata de CW por HF. Pero quien quiera tener comunicados en cualquier época del año en fonia, cw, etc verá al mundo satelital como su solución.
No pienso igual respecto del mundo digital. Si uno quiere tener un qso formal y tranquilo, mejor usa los satélites. Para un qso(en vivo desde luego, sino, no seria un qso)podrá usar la serie JS, los RS (poco eficientes) y el nuevo P3D. Si utiliza las técnicas de los BBS, no tiene objeto confiar en el HF, en donde un mensaje puede demorar mucho mas de 24 horas en el mejor de los casos. Via satélite, la demora máxima es doce horas. Si uno planea de antemano el satélite en uso, la demora es aun menor.

En el mundo de las imágenes, no tiene caso usar el HF. Los satélites son el medio idóneo.

Como reto, la radioafición digital explota velocidades de 1200 bps y poco los 9600. Actualmente los satélites en uso ofrecen velocidades de 38400 bps, para transmitir imágenes. Y ya se habla de 5l2 kbps.
Dentro de unos pocos años, abran tantos satélites, que los colegas pensaran dos veces si adquirir un tradicional HF o un equipo satelital.

73´s

Armando Bonilla
TI2AEB
Miembro de AMSAT NA 26900

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