Complutecno: Tecnologías de la Información

CARACTERIZACIÓN DEL CANAL IONOSFÉRICO PARA TRANSMISIONES DE SEÑALES HF

Descripción:

La técnica desarrollada permite conocer la frecuencia óptima para la transmisión de una señal de Alta Frecuencia, HF; (3-30 MHz) entre dos puntos situados en la superficie de la Tierra a través de la ionsfera, así como su ángulo de elevación, su tiempo de retardo y la altura del punto en el que la señal experimenta la reflexión.

Estos datos constituyen la información básica para la comunicación utilizando la ionosfera como medio de propagación. Su utilización como información de entrada en un nuevo Sistema Digital de Comunicación mediante técnicas de Espectro Ensanchado permite ofrecer un complemento seguro y eficaz a las comunicaciones mediante satélites.

Fig. 1: Esquema de la transmisión de señales electromagnéticas vía satélite y mediante rebote ionosférico.

¿Cómo funciona?:

La transmisión de ondas electromagnéticas de alta frecuencia utilizando su reflexión en las capas de la Ionosfera, iniciada por Marconi en 1901, fue relegada a partir de los 60 cuando se desarrolló el uso de satélites. Sin embargo, ha cobrado un nuevo interés al comprobarse que las comunicaciones basadas en satélites son muy vulnerables en caso de conflicto bélico y pueden verse seriamente afectadas por las tormentas magnéticas.

El empleo de ondas HF requiere como dato básico conocer las características de la ionosfera que permitan decidir cuál es la frecuencia de transmisión más recomendable y bajo qué condiciones va a realizarse. Este proceso constituye la caracterización del canal ionosférico y es realizado utilizando técnicas de trazado de rayos con perfiles ionosféricos experimentales que evalúan la densidad de electrones en función de la altura. La técnica se ha desarrollado conjuntamente con la Estación de Sondeos Atmosféricos que el Instituto Nacional de Técnica Aerospacial (INTA) tiene en El Arenosillo (Huelva) y a partir de los datos ionosféricos (ionogramas) obtenidos en ella y en el Observatorio del Ebro (CSIC). Los estudios realizados permiten extender la metodología incluso a enlaces en los que no existe la posibilidad de utilizar perfiles experimentales de densidad electrónica. Además la técnica ha sido analizada para diferentes condiciones de hora local, época del año, y actividad solar.

Los datos que caracterizan el canal (frecuencia óptima de transmisión, ángulo de elevación, tiempo de retardo y altura máxima de reflexión) constituyen la información básica que debe ser introducida en el equipo transmisor de la señal HF. Por ello, la caracterización del canal es la primera parte de una técnica más amplia que se continúa con el diseño y construcción de un equipo digital capaz de transmitir utilizando técnicas de espectro ensanchado. Esta fase está siendo realizada por el Departamento de Electrónica, Informática y Automática de la Universidad de Huelva y la Escuela de Ingeniería La Salle de la Universidad Ramón Llull de Barcelona.

Fig. 2: Transmisión de ondas electromagnéticas mediante rebotes en las capas E y F de la ionosfera.

Ventajas:

El empleo de las comunicaciones HF es una técnica mucho más barata que el uso de satélites y resulta particularmente útil cuando las características de los mensajes priorizan la fiabilidad de la recepción y la confidencialidad de la información frente a su cantidad. Por ello este sistema puede ser muy útil para los Ministerio de Asuntos Exteriores y Defensa, Instituciones como Protección Civil y para las comunicaciones con barcos pesqueros, aviones, zonas de emergencia, etc.

Fig. 3: Ionograma obtenido en la Estación del INTA en El Arenosillo (Huelva).

¿Dónde se ha desarrollado?:

Esta técnica ha sido desarrollada conjuntamente por el grupo de Ionosfera del Departamento de Geofísica y Meteorología de la Universidad Complutense de Madrid y la Estación de Sondeos Atmosféricos del INTA en El Arenosillo (Huelva), y forma parte de los estudios que están siendo desarrollados actualmente junto con el Observatorio del Ebro (CSIC).

Estos trabajos permitirán conocer mejor la variabilidad de la Ionosfera y organizar, si se considera necesario, un Servicio de Predicción Ionosférica en nuestro país. Además, el desarrollo de las técnicas de espectro ensanchado realizado por las Escuelas de Ingeniería señaladas anteriormente, permitirá aumentar la versatilidad y la facilidad de uso de los equipos transmisores, incrementar sus prestaciones y asegurar que los mensajes serán totalmente confidenciales e imposibles de interceptar. El prototipo y las experiencias realizadas en el marco de proyectos ya finalizados han ofrecido resultados prácticos de gran interés.

[más información sobre el departamento y el grupo de investigación]

Y además:

La técnica desarrollada puede ser particularizada para las condiciones concretas (distancia emisor-receptor, horas de transmisión, rango de frecuencias disponible, etc.) que plantee el usuario. En cada caso se realizaría un estudio de la viabilidad ofrecida por las condiciones ionosféricas para esa situación concreta y se ofrecerían las soluciones de equipamiento más adecuadas.