Nº19 / Noviembre 2014 / REVISTA DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA ESPACIAL
De la misma manera que las comunicaciones terrestres, las comunicaciones satelitales requieren de frecuencias portadoras con el objeto de separar sus transmisiones y evitar interferencias. Sin embargo, como las ondas electromagnéticas se ven afectadas por la materia según su frecuencia, no todo el espectro electromagnético puede pasar a través de la atmósfera de la Tierra, por lo que solamente una parte de este espectro es útil para las comunicaciones satelitales.
¿Qué frecuencias sí pueden atravesar la atmósfera?
Obviamente, la luz visible sí puede, ya que podemos ver a las estrellas en la noche, por lo menos cuando no hay nubes. Sin embargo, la radiación ultravioleta y de frecuencia más alta es absorbida principalmente por diferentes componentes de la atmósfera, como se muestra en la siguiente gráfica:
Por Carlos Duarte
FRECUENCIAS DE COMUNICACIÓN SATELITAL
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De hecho, hay sólo dos ventanas principales del espectro electromagnético que están abiertas al espacio. Una de ellas es el espectro visible como se mencionó anteriormente, y la otra es el espectro de radio. Sin embargo, no todo el espectro radioeléctrico es utilizable para la comunicación espacial. La ventana disponible abarca de 30 MHz a 30 GHz aproximadamente.
Por debajo de 30 MHz, la ionosfera, localizada a una altitud entre los 100 a los 500 Km, absorbe y refleja las señales. Por encima de 30 GHz, la atmósfera inferior o troposfera, situada por debajo de los 10 Km, absorbe las señales de radio a causa de oxígeno y vapor de agua. Incluso entre 20 y 30 GHz, hay algunas bandas de absorción que deben ser evitadas.
El espectro radioeléctrico satelital nos proporciona numerosas bandas que son utilizadas en diferentes aplicaciones. El uso de estas bandas está regulado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT por sus siglas en inglés), la autoridad mundial en materia de comunicaciones.
En lo que sigue, desglosaremos las diferentes bandas utilizadas en las comunicaciones satelitales:
Banda VHF
136 - 138 MHz
En el pasado, esta banda ha sido utilizada ampliamente por muchos satélites. En la actualidad, la mayor actividad está restringida a 137-138 MHz y es usada por satélites meteorológicos que transmiten datos e imágenes de baja resolución, así como por enlaces de bajada de satélites de comunicaciones móviles de baja velocidad como Orbcomm.
144 - 146 MHz
Esta banda es una de las más populares para comunicar satélites amateurs. La mayoría de los enlaces se realizan en la parte alta de la banda (145 - 146 MHz)
148 - 150 MHz
Esta banda se utiliza para los enlaces de subida de los satélites que tienen enlaces de bajada en la banda 137 - 138 MHz.
149.95 - 150.05 MHz
Esta banda es utilizada por satélites que proporcionan servicios de posicionamiento y señales de tiempo y frecuencia. Antes de que existiera el GPS, esta banda era utilizada por constelaciones de satélites rusos y americanos que proporcionaban información de posición utilizando el efecto Doppler. Muchos de los satélites que transmiten en esta banda, también transmiten señales en 400 MHz.
240 - 270 MHz
Reservada para las comunicaciones satelitales militares. Esta banda está comprendida dentro una banda más amplia (225 - 380 MHz) dedicada a la aviación militar.
Banda UHF
399.9 - 403 MHz
Esta banda se utiliza para la navegación, posicionamiento, estándares de tiempo y frecuencia y para satélites meteorológicos. Alrededor de los 400 MHz se encuentra una banda complementaria para los satélites que transmiten a 150 MHz.
432 - 438 MHz
En esta banda es utilizada por satélites amateurs y por algunos satélites de observación de la tierra.
460 - 470 MHz
Esta banda se utiliza para satélites meteorológicos y ambientales e incluye frecuencias de subida para sensores de datos remotos.
Banda L (1-2GHz)
1.2 - 1.8 GHz
Este rango de frecuencias se utiliza para una variedad amplia de satélites y contiene muchas particiones. El rango incluye el GPS y otros GNSS (Sistemas Satelitales de Navegación Global) como el GLONASS ruso, el Galileo de la Unión Europea y el Beidou Chino. También se usa en sistemas de búsqueda y rescate como el SARSAT/COSPAS que están abordo de satélites meteorológicos americanos y rusos. También incluye una banda de comunicación móvil por satélite.
1.67 - 1.71 GHz
Esta es una de las bandas principales para los enlaces de bajada utilizadas por satélites meteorológicos de alta resolución.
Banda S (2-4 GHz)
2.025 - 2.3 GHz
Esta banda se usa para operaciones espaciales de investigación, incluyendo enlaces al "espacio profundo" más allá de la órbita de la tierra. Esto incluye el plan de la "Banda S-Unificada" (USB), utilizado por muchas navas espaciales y que fue usado por las misiones lunares Apolo. También incluye enlaces militares espaciales incluyendo el Programa de Defensa de Satélites Meteorológicos de Estados Unidos (DMSP). Muchos satélites de percepción remota usan frecuencias de bajada en esta banda.
2.5 - 2.67 GHz
Utilizado por comunicaciones de difusión y punto a punto, aunque para aplicaciones de difusión se usa en algunos países asiáticos y de medio oriente.
Banda C (4-8 GHz)
La banda C es útil para muchos servicios de satélite, en particular para la distribución de televisión a los sistemas de televisión por cable y estaciones de TV. Sin embargo requiere tamaños de platos significativamente más grandes que la banda Ku - a veces por un factor de tres.
3.4 - 4.2 GHz
Utilizada para servicios de comunicaciones fijas por satélites (FSS) y difusión (BSS), especialmente para señales de televisión.
5.9 - 6.4 GHz
Utilizada para los enlaces de subida de la banda anterior.
Banda X (8-12 GHz)
Se usa principalmente para investigación espacial, operaciones de espacio profundo, y satélites ambientales y militares.
Banda Ku (12-18 GHz)
La banda Ku es una de las más versátiles del espectro de microondas ya que proporciona servicios de banda ancha por satélite a través de platos pequeños (1 metro o menos de diámetro) y de comunicaciones de datos de dos vías. Cualquier servicio de video, de datos o de voz se puede proporcionar en la banda Ku, y hay muchos satélites que proporcionan cobertura de banda Ku en muchas partes del mundo. Los servicios en banda Ku son muy confiables, y aunque la lluvia produce mayores pérdidas que la banda C, esta pérdida se puede compensar a través de tecnología, por lo que la disponibilidad resultante en banda Ku es aceptable para la mayoría de las aplicaciones.
10.7 - 11.7 GHz
Servicios satelitales fijos (FSS)
11.7 - 12.2 GHz
Frecuencias de bajada de los Servicios de Difusión por Satélite (BSS). Esta banda se utiliza para las señales de televisión.
14.5 - 14.8 GHz
Frecuencias de subida, para la banda Ku anterior.
17.3 - 18.1 GHz
Banda alterna Ku para BSS
Banda K (18 a 27 GHz)
Banda Ka (27-40 GHz)
Esta banda se está usando cada vez más para una multitud de servicios fijos, radiodifusión y observación de la tierra, debido a que proporciona mayor ancho de banda que las bandas de menor frecuencia. Una desventaja de esta banda es la absorción debida al vapor de agua y la lluvia, por lo que no es muy útil para las regiones tropicales. Un ejemplo de aplicación de la banda Ka es el proyecto O3B que pretende llevar comunicaciones de banda ancha de baja latencia a regiones cercanas al ecuador de la tierra.
Algunos bandas como la Ku y la Ka no son compartidas con los servicios en tierra. Esto es muy conveniente, ya que significa que los platos para estas bandas se pueden instalar en cualquier lugar, mientras que los platos para una banda que es compartida con servicios terrestres, tienen que estar ubicados cuidadosamente para evitar interferencias con estaciones terrestres de microondas.
Hasta aquí hemos hecho una revisión exhaustiva de las diferentes bandas del espectro radioeléctrico utilizadas para la comunicación por satélite. Como es de esperarse el espectro está cada vez más congestionado por la operación de un número creciente de satélites de comunicaciones. Esto constituye un reto tecnológico que se enfrenta con ingeniosas tecnologías como por ejemplo el reuso de frecuencias de los satélites geoestacionarios a través de arreglos de antenas que dan servicio a regiones limitadas en la superficie de tierra, y otros métodos, pero esto será tema de un próximo artículo.