TECNOLOGIAS DE
TELECOMUNICACIONES
Presentación del facilitador
Ing. David Benavides, MAE Msc. (resumen)
Preparación formal:
Ingeniero en Sistemas Computacionales
Magister en Administración de Empresas con mención en Sistemas de Información Gerencial
Magister en Docencia y Gerencia en Educación Superior
Diplomado en Pedagogías Innovadoras
Cursos y seminarios técnicos de especialización nacionales e internacionales Experiencia docente y académica:
Docente en las carreras de Ingeniería en Sistemas e Ingeniería en Networking desde 2003 hasta el 2016 en la UG
Subdirector, tutor de tesis, miembro de la Comisión Académica, miembro del Consejo Consultivo, Coordinador de Seguimiento a Graduados
Docente de cursos especiales en la UPS en 2008
Cursos de educación continua en empresas de capacitación
Docente en Ecotec desde 2017 en la Facultad de Ingeniería en Sistemas y Telecomunicaciones Experiencia profesional:
Gerente de Sistemas en una empresa multinacional de servicios basados en telefonía y telecomunicaciones, desde el 2005 hasta la actualidad.
Desarrollo de Contenido
Objetivo General
La asignatura de Tecnologías de Telecomunicaciones está enfocada en lograr
desarrollar en los estudiantes la capacidad de identificar, diferenciar, analizar y
utilizar las diferentes tecnologías que operan sobre las telecomunicaciones
utilizando nuevas tecnologías.
Unidades
• Unidad I. Introducción a las telecomunicaciones
• Unidad II. Sistemas de radiocomunicaciones
• Unidad III. Comunicaciones por satélite
• Unidad IV. Espectro electromagnético
• Unidad V. Servicios móviles
• Unidad VI. Reglamentación en radiocomunicaciones
Unidad III. Comunicaciones por
satélite
Un satélite es un cuerpo que gira alrededor de otro cuerpo (denominado “principal” o “primario”) de masa preponderante y cuyo movimiento está principalmente determinado, de modo permanente, por la fuerza de atracción de este último. Es decir, es un cuerpo que orbita alrededor de otro.
Satélites
Componentes de los satélites
Los componentes de los satélites de comunicaciones están divididos en dos grandes grupos, de acuerdo a sus funciones principales:
Componentes de funcionamiento del satélite (plataforma):
Destinados a mantener al satélite operativo y en órbita.
Componentes de radiocomunicaciones (carga útil):
Destinados a prestar algún servicio de radiocomunicación. Comprende el subsistema de antenas y comunicaciones.
Componentes de los satélites
Subsistema Función
Antenas y
comunicaciones
Recibir las señales de radiofrecuencia, procesarlas, amplificarlas y/o
cambiarlas de frecuencia, para entregarlas a las antenas y retransmitirlas.
Energía eléctrica Suministrar electricidad con los niveles adecuados de voltaje y corriente.
Control térmico Regular la temperatura de los componentes del satélite.
Posición y orientación Determinar la posición y orientación del satélite, estabilizar y orientar antenas y células solares.
Propulsión Proporcionar incrementos de velocidad y pares para corregir la posición y la orientación.
Telemetría, seguimiento y temando
Intercambiar información con el centro de control en la Tierra para
monitorizar y conservar en funcionamiento del satélite y controlarlo de forma remota.
Estructural Alojar todos los equipos y proporcionar robustez y rigidez al satélite.
Sistemas de satélites
Un sistema de satélites es un sistema espacial que comprende uno o varios satélites artificiales de la Tierra. Así mismo, una red de satélite es un sistema de satélites, o una parte del mismo, que consta de un solo satélite y de las estaciones terrenas asociadas.
Un enlace por satélite es un enlace radioeléctrico entre una estación terrena transmisora y una estación terrena receptora por medio de un satélite. Respecto del satélite y el sentido de transmisión, existen dos tipos de enlaces:
Enlace ascendente (Uplink, UL):
sentido Tierra – espacio
Enlace descendente (Downlik, DL):
sentido espacio - Tierra
Órbitas satelitales
La órbita es la trayectoria que describe, con relación a un sistema de referencia especificado, en centro de gravedad de un satélite o de otro objeto espacial, por la acción principal de fuerzas naturales, fundamentalmente las de gravitación.
Así mismo, se define “período orbital” o “de revolución de un satélite” como el intervalo de tiempo que transcurre entre dos pasos consecutivos de un satélite por un punto característico de su órbita.
Clasificación de las órbitas
Según el centro (cuerpo primario) de la órbita: galactocéntrica (galaxia), heliocéntrica (Sol), geocéntrica (Tierra), areocéntrica (Marte), lunar (Luna).
Según su excentricidad: circular (cerrada), elíptica (cerrada), parabólica (abierta), hiperbólica (abierta), radial (abierta o cerrada).
Según su inclinación: inclinada (por ejemplo, órbita polar, inclinada 90° respecto del plano ecuatorial), no inclinada (por ejemplo, órbita ecuatorial, en el plano del ecuador terrestre).
Según la sincronía del período de rotación del satélite respecto del cuerpo primario: síncrona, subsíncrona, supersíncrona.
Según el sentido de rotación: prógrada, retrógrada.
Según la altitud del satélite: bajas, medias, altas, etc.
Órbita geoestacionaria
Una órbita geosíncrona es una órbita geocéntrica que tiene el mismo período orbital que el período de rotación sideral de la Tierra (23h; 56m; 4,01s). Una órbita geoestacionaria es una órbita geosíncrona que es además circular y ecuatorial.
Por lo tanto, mantiene su posición relativa respecto a la superficie de la Tierra. Su radio aproximado es de 35.788 m sobre el nivel del mar.
Aplicaciones de los satélites artificiales
Radioenlaces entre estaciones fijas o móviles, a través de repetidores situados en una órbita alrededor de la Tierra.
Servicio fijo por satélite entre múltiples puntos fijos.
Servicio móvil por satélite entre estaciones de base fija y terminales móviles.
Servicios de radiodifusión por satélite, de tipo punto a zona.
Servicios de meteorología por satélite.
Servicio de exploración de la Tierra por satélite.
Servicios de investigación del espacio exterior desde telescopios espaciales.
Servicios de localización y navegación por satélite.
Servicios de telemando y telemedida (mediante terminales VSAT).
Servicios de radioaficionados por satélite.
Etc.
Número de satélites artificiales.
Según la Orbital Debris Program Office de la NASA, en el año 2016 se alcanzó la cifra de 17817 objetos, de cuales 6.354 objetos pertenecían a la Comunidad de Estados Independientes (antigua Unión Soviética), seguida de Estados Unidos con 5.699 y de China con 3.782.
El satélite artificial más grande actualmente en órbita terrestre es la Estación Espacial Internacional. Algunos satélites, los llamados micro, nano o picosatélites, pueden ser tan pequeños como 10 cm de diámetro y pesar poco más 0.1 kg. El satélite operativo más antiguo es el Vanguard 1, puesto en órbita el 17 de Marzo de 1958, y también fue el primer objeto artificial que utilizó la energía solar.
Coberturas satelitales
La zona de cobertura de una estación espacial o satélite se define como la zona asociada a dicha estación para un servicio dado y una frecuencia específica, en el interior de la cual y en unas condiciones técnicas determinadas, se puede establecer una comunicación con otra u otras estaciones terrenas, tanto si se trata de transmisión, recepción o ambas a la vez.
Se distinguen los siguientes tipos de zonas de cobertura:
En ausencia de interferencia: limitada únicamente por el ruido natural o artificial
Nominal: definida al establecer un plan de frecuencias, basada en los transmisores previstos en el plan.
Real: determinada por los ruidos e interferencias existentes en la práctica.
Ventajas de los satélites
Gran cobertura, alcance del 100% de la población con pocos satélites.
Independencia de fronteras o barreras físicas.
Estabilidad de funcionamiento.
Modo de propagación: espacio libre. Márgenes de desvanecimiento reducidos.
Tantas funcionalidades posibles como servicios de radiocomunicación existen.
Sustitución o complemento de las comunicaciones terrenas, inalámbricas o cableadas.
Gran ancho de banda para cualquier tipo de comunicaciones.
Unidad IV. Espectro electromagnético
Espectro electromagnético
Conjunto de frecuencias en las que se produce radiación electromagnética. Es decir, es el conjunto de todas las frecuencias posibles de las ondas electromagnéticas.
Espectro electromagnético y materia
Cada segmento del espectro electromagnético en general (y del espectro radioeléctrico en particular) se comporta de forma diferente en su propagación por el medio de transmisión. Existen multitud de aspectos a considerar para establecer diferentes clasificaciones del espectro electromagnético y para utilizar las diferentes frecuencias para distintos propósitos. Entre los elementos a tener en cuenta se encuentran:
Atenuación con la frecuencia: a menor frecuencia menos atenuación de la señal, y por tanto, mayor alcance o cobertura.
Afectación de la climatología: factores como lluvia, nieve, niebla, calor, etc., no afectan por igual a las diferentes frecuencias del espectro.
Comportamiento frente a obstáculos: importante para cubrir grandes distancias y para ubicar repetidores.
Esta capacidad disminuye al aumentar la frecuencia.
Capacidad de penetración: fundamental para la cobertura en interiores, varía con la frecuencia.
Espectro electromagnético y materia
Coste de los equipos: en general, a frecuencias más altas, mayor es el coste de los equipos de emisión, recepción y tratamiento de la señal.
Capacidad de transmisión: el ancho de banda es fundamental en comunicaciones. A frecuencias bajas hay menos espectro disponible para compartir y además las tasas de transmisión son muy bajas.
Comportamiento frente a las capas atmosféricas: las distintas frecuencias no se comportan igual en ionósfera o en la tropósfera, e incluso hay ondas que se propagan por la superficie terrestre. Existen así diversos modos de propagación de las ondas.
Espectro electromagnético y materia
Capas de la atmósfera Subcapas de la ionósfera
Espectro electromagnético y materia
Según su frecuencia, pueden distinguirse diferentes modos de propagación o tipos de onda:
Onda de superficie: para frecuencias inferiores a 30MHz, con largos alcances y gran estabilidad de las señales. Las características del suelo influyen de forma notable en la propagación.
Onda ionósfera: para frecuencias comprendidas entre 3 y 30 MHz. La propagación se produce por reflexión de las ondas en la ionósfera (capa ionizada de la atmósfera). Grandes alcances, pero cierto grado de inestabilidad en las señales.
Onda espacial: para frecuencias superiores a 30 MHz. La propagación se realiza a través de las capas bajas de la atmósfera terrestre (tropósfera) y eventualmente puede tomar parte del suelo.
Onda de dispersión troposférica: la propagación se basa en reflexiones ocasionadas por discontinuidades debidas a variaciones turbulentas de las constantes físicas de la tropósfera (concretamente del índice de refracción, provocando una reflexión dispersiva).
Las ondas electromagnéticas, convenientemente tratadas y moduladas, pueden emplearse para la transmisión de información. Su propagación por medios no guiados da lugar a las radiocomunicaciones.
Espectro electromagnético y materia
División del espectro electromagnético
No todas las ondas electromagnéticas tienen el mismo comportamiento en el medio de propagación ni la misma forma de interacción con la materia. Por ello, el espectro radioeléctrico se divide en segmentos o bandas de frecuencia.
La clasificación más típica del espectro electromagnético establece las siguientes categorías de radiación electromagnética:
Ondas subradio
Ondas radioeléctricas
Microondas
Rayos T
Rayos infrarrojos
Luz visible
Rayos ultravioletas
Rayos X
Rayos Gamma
Rayos cósmicos
Nomenclaturas de bandas de frecuencia
En la recomendación UIT-R V.421-7 se establecen unas directrices generales para la nomenclatura de las diferentes bandas de frecuencia en que se divide en espectro electromagnético:
Extensión: la banda N se extiende en el rango 0,3 x 10N< f <= 3 x 10N
Nomenclatura: cada banda tiene una nomenclatura en función de su frecuencia y una abreviatura en función de su longitud de onda.
*UIT-R constituyen una serie de normas técnicas internacionales desarrolladas por el Sector de Radiocomunicaciones (ex CCIR) de la UIT
Nomenclaturas de bandas de frecuencia
Nomenclaturas de las bandas de frecuencia según UIT-R
Ondas radioeléctricas
El espectro radioeléctrico es la parte del espectro electromagnético utilizada principalmente para radiocomunicaciones. Sus características de propagación en la Tierra así como la posibilidad de atravesar la atmósfera para comunicaciones espaciales, hacen esta banda especialmente idónea para múltiples propósitos de transmisión de información.
Además, las frecuencias radioeléctricas también tienen otros usos diferentes a las
radiocomunicaciones, denominados genéricamente “aplicaciones ICM”
Luz visible
Se denomina “espectro visible” a la región del espectro electromagnético que el ojo humano, o el de muchos otros animales, es capaz de percibir. La radiación electromagnética en este rango es denominada “luz visible” o
“luz”, y se manifiesta al ser humano en un conjunto continuo de colores y tonalidades.
El espectro visible se encuentra entre radiación infrarroja y la radiación ultravioleta, que reciben sus nombres precisamente por encontrarse sus frecuencias por debajo del rojo o por encima del violeta respectivamente.
Rayos X
La energía de los rayos X, en general, se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos γ producidos naturalmente. Su longitud de onda está aproximadamente entre 10-11 y 10-8 m, correspondiente a frecuencias entre el rango aproximado de 3 x 10 16 a 3 x 10 19 Hz.
Rayos gamma
La radiación γ es un tipo de radiación electromagnética (por tanto, formada por fotones), producida generalmente por procesos subatómicos como la aniquilación de un par – positrón-electrón (desexcitación de un nucleón de un nivel o estado excitado a otro de menos energía) o por elementos isótopos radiactivos.
Rayos cósmicos
Es un tipo de radiación del espacio exterior formada por partículas subatómicas que impactan contra la atmósfera terrestre a una energía muy elevada e interactúan con su campo magnético. Estos rayos contribuyen a un 10% de la radiación media recibida por un ser humano. Los rayos cósmicos están formados por partículas cargadas. Un 90% son protones, un 9% partículas α (núcleos de helio) y el 1% restante partículas más pesadas (electrones).
Radiación y atmósfera
La atmósfera terrestre se comporta de forma diferente con los distintos tipos de radiación. Una buena parte del espectro electromagnético no es capaz de atravesar la atmósfera, ya que se producen diversos fenómenos físicos que conllevan la absorción, filtración o distorsión de la radiación.