Comunicación satelital
Un satélite de comunicaciones es, en esencia, una repetidora muy alta: recibe en una frecuencia, amplifica y retransmite en otra. Lo que cambia todo es la altura, y con ella la cobertura, el retardo y las pérdidas.
01Las órbitas
| Órbita | Altura | Período | Retardo ida y vuelta | Uso |
|---|---|---|---|---|
| LEO | 300 a 2000 km | 90 a 120 min | 5 a 40 ms | Observación de la Tierra, constelaciones de internet, estación espacial. |
| MEO | 2000 a 35 000 km | 2 a 12 h | 50 a 150 ms | Navegación: GPS a 20 200 km, Galileo, GLONASS. |
| GEO | 35 786 km | 24 h | ≈ 480 ms | TV, VSAT, meteorología. Se ve fijo en el cielo. |
A esa altura el período orbital es exactamente un día sidéreo. Un satélite ubicado sobre el ecuador, girando en el mismo sentido que la Tierra, queda quieto respecto del suelo. Esa es la razón por la que una antena de TV satelital se apunta una vez y no se mueve nunca más, y por la que todas las antenas de un barrio miran hacia el mismo punto del cielo.
La contrapartida es el retardo: 36 000 km de subida más 36 000 de bajada, a 300 000 km/s, son unos 240 ms en cada sentido. En una conversación se nota, y en internet satelital geoestacionaria se nota mucho más todavía, porque cada intercambio del protocolo paga ese retardo.
Un GEO ve aproximadamente un tercio de la superficie terrestre. Con tres, separados 120°, se cubre el mundo salvo las regiones polares, donde el satélite queda demasiado bajo sobre el horizonte o directamente no se ve. Para esas latitudes hacen falta órbitas inclinadas o constelaciones LEO.
02Segmento espacial y segmento terreno
- Transpondedores: cada uno recibe una porción de espectro —típicamente 36 MHz—, la traslada en frecuencia y la amplifica. Un satélite lleva decenas.
- Antenas conformadas para iluminar exactamente la región de servicio: la huella.
- Energía: paneles solares y baterías para los eclipses.
- Control de órbita y actitud: propulsores que corrigen la deriva. Cuando se acaba el combustible, termina la vida útil, aunque la electrónica siga sana.
- Estaciones cabecera: antenas grandes que suben el contenido y controlan el satélite.
- Terminales de usuario: la antena parabólica con su LNB, que amplifica con muy poco ruido y baja la señal a una frecuencia intermedia para llevarla por coaxial hasta el receptor.
- VSAT: terminales chicas bidireccionales, para conectar sucursales, cajeros o escuelas rurales.
| Banda | Frecuencia | Antena típica | Características |
|---|---|---|---|
| C | 4 / 6 GHz | 2 a 3 m | Muy poco afectada por la lluvia. Antenas grandes. |
| Ku | 12 / 14 GHz | 60 a 120 cm | La de la TV satelital doméstica. La lluvia intensa ya la afecta. |
| Ka | 20 / 30 GHz | 60 a 90 cm | Mucha capacidad, haces puntuales. Muy sensible a la lluvia. |
A 12 GHz, el coaxial pierde alrededor de 1 dB por metro. Si la señal recibida —que es debilísima— viajara así hasta el receptor, no quedaría nada. Por eso el LNB se monta en el foco de la parabólica: amplifica ahí mismo, con muy poca figura de ruido, y recién después baja la señal a 950–2150 MHz, donde el cable pierde muy poco. Es el mismo criterio que lleva a poner el equipo arriba del mástil en un enlace de microondas.
03El balance del enlace
Es el mismo cálculo de un radioenlace terrestre —ver enlaces a microondas— pero con distancias enormes y con dos figuras propias del ambiente satelital.
Bajada desde un GEO a 38 000 km de distancia oblicua, en 12 GHz:
FSPL = 32,44 + 20·log(12 000 MHz) + 20·log(38 000 km) = 32,44 + 81,58 + 91,60 = 205,6 dB.
Son 205 dB: la potencia se divide por 1020. Si el satélite transmite 100 W con una antena de 30 dBi —una PIRE de 50 dBW— llegan a la antena receptora unos −155 dBW, es decir 10−15,5 W. Que eso se convierta en televisión en un living es consecuencia directa de dos cosas: una parabólica de 40 dBi de ganancia y un LNB con menos de 1 dB de figura de ruido.
- Azimut: hacia dónde mirar en el plano horizontal, medido desde el norte. Depende de la longitud del sitio y de la del satélite.
- Elevación: cuánto levantar la antena. En el sur de Argentina los GEO se ven bajos; cerca del ecuador, casi en el cenit.
- Polarización o «skew»: la rotación del LNB sobre su eje. Mal ajustada, entran las dos polarizaciones mezcladas y aparece interferencia.
- El procedimiento práctico: llevar los tres valores calculados, ajustar con el medidor de señal, y recién ahí ajustar fino de a milímetros, porque con un haz de 2° un pequeño movimiento cuesta varios dB.
04Aplicaciones
TV directa al hogar: un solo satélite alimenta millones de antenas. Es el caso donde la economía cierra mejor, porque el costo no depende de cuántos reciban.
Conectividad donde no llega otra cosa: campos, plataformas, escuelas rurales, respaldo de enlaces críticos, comunicación en emergencias.
GPS y sus equivalentes: el receptor mide el tiempo de vuelo desde varios satélites y triangula. Con cuatro satélites resuelve posición y reloj.
Cientos o miles de satélites bajos, moviéndose rápido, con antenas en tierra que los siguen electrónicamente. La ventaja es el retardo bajo —decenas de milisegundos en lugar de medio segundo—, lo que hace usable la videollamada y los juegos en línea. El costo es la complejidad: hay que reemplazar satélites permanentemente y coordinar traspasos continuos entre ellos.
05En el laboratorio
Con las coordenadas de la escuela y la posición orbital de un satélite en servicio sobre Sudamérica, calcular azimut, elevación y polarización. Verificar el resultado con una aplicación de apuntamiento y, si hay una antena disponible, comprobarlo en el terreno.
Montar una parabólica de TV satelital con su LNB, apuntarla con un medidor de señal y registrar cómo varía el nivel al desplazarla un grado en azimut y en elevación, y al girar el LNB. Documentar la curva: es el diagrama de radiación de la antena, medido con el satélite como fuente.
Con un módulo GPS conectado a un microcontrolador, leer las tramas NMEA y extraer posición, cantidad de satélites y relación señal-ruido de cada uno. Comparar la recepción al aire libre, junto a un edificio y dentro del aula. Es la manera más accesible de trabajar con un enlace satelital real.
Con los datos publicados de un satélite —PIRE sobre la zona— calcular la potencia recibida por una antena de 90 cm y estimar la relación portadora-ruido. Comparar con la lectura que informa el receptor. La coincidencia razonable entre cálculo y medición es el objetivo del ejercicio.
06Errores frecuentes
| Síntoma | Causa habitual |
|---|---|
| Señal bien y calidad mal | Apuntado a un satélite vecino, o polarización mal ajustada: entra energía pero mezclada. |
| Se corta con lluvia | Atenuación en banda Ku o Ka. Con margen escaso, una tormenta tira el enlace. |
| Funcionaba y dejó de andar | La antena se movió por viento, o entró agua en el conector del LNB. |
| Internet satelital «lento» aunque el ancho de banda alcance | Es el retardo, no la velocidad: medio segundo de ida y vuelta afecta a todo protocolo que espere confirmación. |
| No hay señal en ningún lado del cielo | Elevación mal calculada, o la antena está tapada por un árbol o un edificio en la dirección del satélite. |
| Falla breve todos los días a la misma hora | Interferencia solar: dos veces al año, el Sol pasa detrás del satélite y satura al receptor con su ruido. |
07Autoevaluación
¿Por qué un satélite geoestacionario parece quieto?
Porque a 35 786 km sobre el ecuador su período orbital es igual al de rotación de la Tierra: gira al mismo ritmo que el suelo que tiene debajo.
¿Cuánto tarda la señal en ir y volver de un GEO?
Unos 480 ms: alrededor de 240 ms en cada sentido, recorriendo 36 000 km a la velocidad de la luz.
¿Qué ventaja tienen las constelaciones LEO?
El retardo bajo, de decenas de milisegundos, que hace usables las aplicaciones interactivas. A cambio, exigen muchos satélites y traspasos permanentes.
¿Qué hace un transpondedor?
Recibe una porción de espectro, la traslada en frecuencia y la amplifica para retransmitirla hacia la Tierra. Se usan frecuencias distintas de subida y de bajada para que no se realimente.
¿Por qué el LNB va montado en el foco de la antena?
Porque a 12 GHz el coaxial pierde muchísimo. Amplificando con bajo ruido justo en el foco y bajando la frecuencia a 950–2150 MHz, la señal puede recorrer el cable hasta el receptor sin perderse.
Ventajas y desventajas de la banda C frente a la Ku.
La banda C casi no se afecta con la lluvia, pero necesita antenas de 2 a 3 m. La Ku permite antenas de 60 a 120 cm, y por eso llegó a los hogares, pero sufre con las tormentas intensas.
Calcular la pérdida de espacio libre a 36 000 km en 4 GHz.
FSPL = 32,44 + 20·log(4000) + 20·log(36 000) = 32,44 + 72,04 + 91,13 = 195,6 dB.
¿Qué mide la relación G/T?
La calidad del sistema receptor completo: la ganancia de antena menos el ruido del sistema, en dB/K. Sirve para comparar estaciones terrenas independientemente de sus detalles.
¿Qué tres valores se necesitan para apuntar una antena satelital?
Azimut, elevación y polarización. Los tres se calculan a partir de las coordenadas del sitio y de la posición orbital del satélite.
¿Cuántos satélites necesita un receptor GPS y por qué?
Cuatro: tres para resolver las tres coordenadas de posición y uno más para corregir el error de su propio reloj, que no es tan preciso como los relojes atómicos de los satélites.