Sistemas de Comunicación A Bordo, Comunicación HF y VHF

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Sistemas de Comunicación A Bordo, Comunicación HF y VHF Carmelo Pineda 1 , Panamá, Panamá, Panamá y Analia Puello 2 Panamá, Panamá, Panamá En el presente proyecto presentaremos nuestra investigación a fondo de los sistemas de comunicación abordo, comunicación HF y comunicación VHF, tocando temas como antecedentes históricos, principios fundamentales de operación, instrumentación, disponibilidad en Panamá y futuro de la tecnología. Nomenclatura HF = alta frecuencia VHF = muy alta frecuencia AM = amplitude modulada BLU = banda lateral única LSB = banda lateral inferior USB = banda lateral superior SSB = single side band SA = servicio aeronáutico ATC = air traffic control 1 Estudiante, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Panamá. 2 Estudiante, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad Tecnológica de Panamá. Universidad Tecnológica de Panamá

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Sistemas de Comunicación A Bordo, Comunicación HF y VHF. Principios de funcionamiento y descripción.

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Sistemas de Comunicacin A Bordo, Comunicacin HF y VHF

Carmelo Pineda[footnoteRef:1], [1: Estudiante, Facultad de Ingeniera Mecnica, Universidad Tecnolgica de Panam.]

Panam, Panam, Panam

yAnalia Puello[footnoteRef:2] [2: Estudiante, Facultad de Ingeniera Mecnica, Universidad Tecnolgica de Panam.]

Panam, Panam, Panam

En el presente proyecto presentaremos nuestra investigacin a fondo de los sistemas de comunicacin abordo, comunicacin HF y comunicacin VHF, tocando temas como antecedentes histricos, principios fundamentales de operacin, instrumentacin, disponibilidad en Panam y futuro de la tecnologa. Nomenclatura

HF= alta frecuenciaVHF= muy alta frecuenciaAM= amplitude moduladaBLU= banda lateral nicaLSB= banda lateral inferiorUSB= banda lateral superiorSSB= single side bandSA= servicio aeronuticoATC= air traffic control

I. Introduccin

Desde su inicio, las radiocomunicaciones utilizaron el cdigo Morse para las comunicaciones de datos. A travs del tiempo, se desarrollaron tcnicas mejoradas para la transmisin de datos tomando en consideracin la variabilidad del medio y el gran incremento de la velocidad a la cual ocurre la transmisin de datos sobre un enlace de radio. Adicionalmente, la aplicacin de las tcnicas de cdigos de correccin de errores y la solicitud de repeticin automtica que ofrecen transferencias de datos libres de error, permiten el uso de las transmisiones de radio en sistemas de comunicaciones de computador a computador. En la actualidad se usa VHF para comunicaciones a distancias cortas, mientras que para largo alcance se utiliza HF.

II. Contenido

Comunicaciones Aeronuticas Las telecomunicaciones aeronuticas, va terrestre o por satlite, principalmente geoestacionarios, proporcionan a la navegacin area las comunicaciones y radioayudas necesarias para la seguridad, regularidad y eficiencia de la navegacin area internacional. El servicio de radiodifusin aeronutica es un servicio de radiodifusin dedicado a la transmisin de informacin relativa a la navegacin area. En particular, el Servicio Aeronutico (SA) es el servicio prestado entre estaciones fijas aeronuticas con estaciones mviles y porttiles en aeronaves en vuelo o que realizan maniobras en aeropuertos, as como entre stas y las estaciones porttiles del personal de los aeropuertos a cargo del control del trfico areo. El Servicio Mvil Aeronutico (SMA) es el servicio mvil entre estaciones aeronuticas y estaciones de aeronaves, o entre estaciones de aeronaves, en el que tambin pueden participar las estaciones del dispositivo de salvamento. El SMA, es decir, el servicio de radiocomunicacin establecido entre una estacin fija aeronutica (operando generalmente en aeropuertos y aerdromos civiles o militares) y una aeronave en vuelo, o entre stas ltimas, se presta mediante las adecuadas estaciones aeronuticas emisoras/receptoras, comunicadas entre s a travs de ondas radioelctricas en distintas bandas de frecuencia, encuadradas dentro del espectro electromagntico. Por comunicaciones Tierra/Aire (T/A) se entienden aquellas que se establecen en ambos sentidos entre las aeronaves y las estaciones o posiciones ubicadas en la superficie de la tierra. Son las que se realizan, por ejemplo, entre la torre de control del aeropuerto y la nave en vuelo o de maniobras por la pista. Para ello se requiere disponer de distintos sistemas de comunicaciones y antenas, tales como las que se muestran en la figura 1.Todos los aviones modernos de pasajeros y militares basan su control durante el despegue, tiempo de vuelo y aterrizaje, en el funcionamiento de diferentes dispositivos que envan y reciben constantemente seales de radio hacia y desde la tierra, as como a un conjunto de satlites con los cuales mantiene tambin comunicacin. Entre esos sofisticados dispositivos de control se encuentra un transmisor que enva ininterrumpidamente a los ordenadores instalados en las torres de control de los aeropuertos (ATC/Air Traffic Control), la posicin del avin, segundo a segundo, en cualquier punto donde ste se encuentre volando.Antecedentes Histricos Antes que existiera la tecnologa SATCOM, los radios HF (o de onda corta) eran los nicos medios para comunicarse con las embarcaciones en el mar. El hecho de que con HF se puede comunicar ms all del horizonte la hace una herramienta indispensable para mensajes a larga distancia. Asimismo, en la poca anterior a los cables transatlnticos, los radios HF eran la nica forma de hablar entre continentes. En la actualidad, estos radios siguen siendo utilizados para compartir la carga total de las comunicaciones de larga distancia. Pero la virtud incomparable del radio HF ha creado tambin algunos desafos. Las transmisiones mundiales de radio son fciles de interceptar y el espectro de HF se ha complicado por seales emanadas de un sinnmero de transmisores individuales ubicados alrededor del mundo. Deben implementarse tcnicas especiales en los radios para sacar provecho del largo alcance de los mismos, mientras que se preserva la claridad del canal y se reduce la interceptacin. La encripcin disminuye la utilizacin no amigable de las seales interceptadas y sofisticados esquemas de codificacin ayudan a combatir la congestin de seales, pero estas tcnicas pueden reducir la salida (comparada con la de un canal en claro). A pesar de esto, los radios HF continan jugando un rol indispensable en las herramientas de un comunicador. Los radios HF de mochila, con varias opciones de antena, pueden cubrir un rango prctico desde "a la vuelta de la esquina" hasta "alrededor del mundo." Aunque algunas comunicaciones de larga distancia se transmiten actualmente va satlite, HF mantiene todava la ventaja de no requerir (o depender) de ninguna infraestructura.La banda VHF fue una seleccin temprana para los radios de mochila utilizados por las tropas de tierra para comunicarse dentro de su rea (aproximadamente ocho kilmetros). Las antenas y los componentes selectivos de sintonizacin de los radios VHF son mucho ms pequeos que su contraparte en HF. Los adelantos en la industria de semiconductores tambin han incrementado la eficiencia de los radios VHF debido a que las bateras son ms pequeas, ms livianas y de mayor duracin que aquellas que se requeran en el pasado. A diferencia de HF, las transmisiones en VHF carecen de la habilidad de saltos ionosfricos y estn limitadas a las comunicaciones de lnea de vista (LOS). Esto reduce la congestin en la emisin de radio en un campo de batalla extendido y limita la vulnerabilidad de interceptacin no amigable. Las amplias capacidades del ancho de banda del canal de los radios VHF incrementan la eficiencia de los esquemas de codificacin y encripcin y permiten una mayor salida de datos que con los radios HF. Mayor ancho de banda y rango limitado hacen a estos radios ideales para comunicaciones de patrulla a patrulla.

Sistemas de Comunicacin A Bordo Adems de las comunicaciones entre aeronaves, o entre stas y tierra, dentro de poco ser habitual poder usar nuestros telfonos mviles dentro de los aviones, algo que hasta hace muy poco prohiban las compaas areas. Todas las compaas avisan de que se apaguen los mviles y otros aparatos electrnicos, al menos durante las maniobras de despegue y aterrizaje, permitiendo el uso de los equipos electrnicos una vez que el avin ha alcanzado una cierta altura, ms bien cuando se ha alejado unos kilmetros del aeropuerto. La razn de ello es que pueden causar alguna interferencia en los sistemas embarcados y poner en peligro la aeronave, aunque en el caso de los telfonos mviles ms bien es que stos, al estar situados en altura pueden tener a la vista varias estaciones base y la red no es capaz de discriminar a cual se debe conectar, causando problemas de gestin y operacin, lo que se trata de resolver con la inclusin de sistemas apropiados que, por una parte, conectan a los telfonos de los pasajeros y, por otra, a la red celular mvil, por ejemplo, va satlite. Los telfonos de los pasajeros se conectan a una red celular embarcada (estacin base de emisin-recepcin area), utilizando Wi-Fi o una conexin celular en la banda de 1.800 MHz, que a su vez se comunica con tierra va satlite para evitar que los telfonos se conecten a las redes mviles de los pases sobrevolados a fin de no interferir con el funcionamiento normal de las redes mviles terrestres. Este mecanismo permite tambin mantener la potencia de transmisin a un nivel bastante bajo, ya que la distancia a la antena (hilos radiantes a lo largo de la cabina) es muy reducida, para garantizar la seguridad de los equipos de control y navegacin del avin. En diversos pases, desde hace ya algn tiempo se ha autorizado a empresas expertas en la materia, como OnAir y AeroMobile, a realizar pruebas para conocer la efectividad de la nueva iniciativa y corregir los posibles fallos de su funcionamiento. Desde 2008, en algunos pases miembros de la UE ya se puede hablar por mvil en pleno vuelo, adems, Air France y British Airways permiten enviar SMS, e incluso utilizar Internet a bordo en algunas rutas, mientras que Iberia est preparando varios de sus aviones para poder ofrecer el servicio de comunicacin mvil en breveYa que no son los operadores tradicionales los que ofrecen el servicio a bordo, los operadores de servicios MCA han de garantizar que no se interrumpe al pasar de un espacio areo a otro, tienen que llegar a acuerdos con las diferentes aerolneas para la instalacin de sus dispositivos y tendrn que colocar en los aviones equipamientos especiales para facilitar la comunicacin va satlite y, luego, firmar acuerdos de itinerancia con Telefnica, Vodafone, Orange y Yoigo en el caso de Espaa, que sern las que cargarn los gastos del servicio a sus respectivos clientes.

Bandas De FrecuenciaLas estaciones aeronuticas poseen la finalidad de contribuir al normal desarrollo de la navegacin area por medio de la radiacin de mensajes e informaciones destinadas a preparar el vuelo y otorgar seguridad a las aeronaves y en caso de desastre, proveen las medidas necesarias para una rpida bsqueda y salvamento de los posibles sobrevivientes. Las bandas de frecuencia empleadas para las comunicaciones aeronuticas son, bsicamente, las de HF (High Frequency) y VHF (Very High Frequency).

1. Comunicaciones En HFLa banda de HF, tambin conocida como OC (Onda Corta), es una banda de radiofrecuencias comprendidas entre los 3 MHz y los 30 MHz en la que transmiten (entre otras) las emisoras de radio internacionales para transmitir su programacin al mundo, las estaciones martimas y/o aeronuticas y de radioaficionados. El SMA opera dentro del espectro de la onda corta (OC) o alta frecuencia (HF) entre las siguientes frecuencias asignadas por la UIT (Unin Internacional de Telecomunicaciones).

-Principios de funcionamientoLos sistemas HF proveen comunicaciones de largo alcance.El sistema HF en una aeronave se usa para proveer comunicacin de voz en dos sentidos, con estaciones de tierra, o con otra aeronave. La comunicacin HF suministra un camino confiable para transmitir y recibir informacin en vuelo, instrucciones de aterrizaje, y comunicacin de voz. Una aeronave comercial puede llevar varios transceptores para diversas funciones.

-Componentes del sistemaUna instalacin comn de un sistema HF consta de un transceptor, una unidad de sintona de antena automtica (ATU), panel de control del equipo HF y antena.

-Operacin del sistemaInterruptor selector de modo. AM SSB OFF El interruptor de apagado puede ser otro interruptor designado, o tambin no usado en lo absoluto emplendose directamente el interruptor de equipo de radio general. A pesar que en comunicacin HF en la aviacin solo debe hacerse a travs de la banda lateral superior nica SSB, algunos equipos tienen tambin para escoger USB y LSB, el modo de AM tambin se puede encontrar como AME. Selectores de frecuencia Tpicamente son 4 controles que proporcionan una seleccin en un rango de 2,8 MHZ 24 MHZ en pasos de 1 KHZ (ARINC 559A).En la tabla siguiente se indican de forma resumida las principales caractersticas y parmetros de un sistema HF.

La transmisin por radio en HF es el nico sistema de comunicaciones no satlite capaz de establecer enlace directo entre aeronaves y estaciones terrestres, o entre estaciones terrestres, en distancias superiores al horizonte radio. Esta caracterstica ha hecho que las comunicaciones en HF hayan sido de gran utilidad cuando se han requerido enlaces directos entre aeronaves y centros de comunicaciones en vuelos a baja cota, ocanos y sobre reas montaosas.-Caractersticas de un Radio Transmisor De HFLas principales caractersticas de un radiotransmisor de HF, son: Bandas: Un buen equipo de HF debe tener la capacidad de transmitir y recibir en las frecuencias que van desde 1.5 hasta 30 Mhz.

Modos: Los principales modos de transmisin que debe tener son: Banda Lateral Inferior LSB, Banda Lateral Superior USB.

Actualmente los equipos de radio, de ltima tecnologa poseen AM, CW y RTTY. El AM o amplitud modulada en este caso, es utilizado bsicamente para sintonizar emisoras (radiodifusin). El CW para transmisin en cdigo Morse (telegrafa), utilizando un accesorio especial conectado al equipo de radio, as como para transmitir y recibir mensajes hacia y desde otras estaciones de iguales caractersticas. El RTYY se emplea para transmisin de datos, interconectados a un Software y un computador. Adems de lo anterior, a los radios de ltima tecnologa, se les puede conectar un sistema de GPS.

Banda Lateral: Sistema de Banda Lateral es una forma de modulacin que ha reemplazado la modulacin por amplitud AM en las comunicaciones en la banda de HF, para ser utilizadas en forma independiente y privada por las entidades o empresas especialmente para uso oficial o comercial segn el caso. La Banda Lateral se llama ms especficamente Banda Lateral nica o BLU. En Ingls single side band (ssb).

Potencia: Un equipo de radiotransmisin debe tener entre 100 y 150 vatios. Los equipos modernos vienen ajustables desde 5, 10, 50, 100 y 150 vatios de potencia. 3.2.

2. Comunicaciones En VHFLas comunicaciones mantenidas a travs de las bandas aeronuticas en HF, mencionadas anteriormente, tienen lugar cuando las aeronaves estn en pleno vuelo, a gran distancia de los centros de control. Pero cuando la aeronave est prxima a su destino y se dispone a iniciar el procedimiento de descenso, se utiliza la banda area de VHF para las comunicaciones entre el piloto y las estaciones en tierra. As pues, el SMA tambin opera en VHF entre 117,975 y 136 MHz siendo utilizada esta banda para las comunicaciones T/A (Tierra/Aire) en las proximidades de los aeropuertos en donde se hallan situadas las estaciones fijas. Para la aviacin militar se emplea una banda superior, de 136 a 143 MHz Las frecuencias de llamada de aeronaves para casos de emergencia o desastre areo son las siguientes: 2.182, 3.023, 5.680, 8.364 kHz y 121,5 MHz. Las frecuencias utilizadas para bsqueda y rescate son: 10.003, 14.993 y 19.993 kHz.-Principios de funcionamientoLos transmisores de comunicacin de VHF proveen transmisin de comunicacin de voz entre aeronaves y estaciones de tierra o entre aeronaves. La transmisin est en un mismo nmero de canales y frecuencias como la proveda en el receptor. La distancia promedio de comunicacin desde una aeronave a tierra es aproximadamente 30 millas cuando la aeronave est volando a 1000 pies y aproximadamente 135 millas cuando la aeronave est a 10000 pies. La frecuencia de transmisin est determinada por la posicin del switche selector

Las radiocomunicaciones en VHF estn disponibles con 720 a 360 canales. Algunos viejos radios de VHF contienen solo 90 canales y son silenciosos en operacin. Los 720 canales de radio son preferidos por ms pilotos debido a su versatilidad en seleccin de frecuencias.

-Componentes del sistemaUna nica instalacin de VHF consta de 3 partes que son: el transceptor (tiene un receptor superheterodino de canal simple y un transmisor de amplitud modulada), panel de control de VHF y conexiones al interfon o ICS, para proveerlos de micrfonos y audfono. En aviones ligeros es comn ver el transceptor integrado bajo el mismo panel de control de VHF, actualmente se pueden encontrar paneles que integran comunicacin (COM), navegacin (NAV) y radionavegacin (RNAV).

-Operacin del sistemaLos equipos de VHF constan de: Perillas para sintonizar determinada frecuencia, se puede encontrar en forma de dos perillas concntricas en las cuales el exterior domina las unidades y decenas y el interno decenas y centenas. Algunos equipos tienen para sintonizar dos frecuencias, quedando una en Stand-by y la otra de uso, uno puede cambiar de la frecuencia de uso a la de Stand-by usando un interruptor de transferencia.El control de sintonizacin tambin puede ser sencillo, cuando se gira a la derecha disminuye la frecuencia y hacia la izquierda se aumenta. El panel de control tambin puede tener un control de volumen previo a la caja de AIS.-Control de ruido de fondo, desconecta la salida del receptor cuando no se esta recibiendo seales, el piloto escoge a que nivel se debe abrir la salida del audio receptor. Control de seleccin de modo, se puede seleccionar AM normal o AM de largo alcance (STACOM) si la antena STACOM tiene lbulos conmutables se puede incorporar el interruptor de conmutacin. Interruptor on/Of., abre o cierra el rel de potencia del transceptor puede estar integrado en el control de volumen.-Mando de selectividad del receptor, puede ser de selectividad normal o aguda (STACOM).Las caractersticas de un sistema VHF se describen en el Anexo 10 de la OACI (Organizacin Internacional de Aviacin Civil), Telecomunicaciones Aeronuticas. Las caractersticas que deben reunir los sistemas de comunicaciones T/A para frecuencias de ms de 30 MHz se resumen en la tabla siguiente:

- Caractersticas de un Radio Transmisor De VHF En estas bandas los radiotransmisores, las antenas y el modo de transmisin son diferentes a los de HF. Un radio transmisor en la gama de VHF FM normalmente est fabricado para que funcione dentro de un rango de frecuencias que van desde 136 a 176 Mhz. Para uso de radioaficionados el rango de frecuencias va desde 144 a 148 Mhz. El radio transmisor en la gama de UHF viene en el rango que va desde 436 a 470 Mhz. La potencia de los equipos de radio para base o mvil viene ajustable desde los 2 hasta los cincuenta vatios, para programarlo segn la autorizacin del Ministerio de Comunicaciones. El espacio entre canales debe ser de 12.5 Khz. estos radios vienen de fbrica con canales del dos hasta el sesenta y cuatro; los cuales son programables por computador. Los equipos de radio porttiles poseen una potencia mxima de cuatro vatios en UHF y cinco vatios en VHF. Son de tamao pequeo, menor potencia, antena de rosca y sistema de alimentacin por medio de bateras recargables de nquel cadmio o de I-lion.

Estaciones Operando En HF Y VHFDe acuerdo a la funcin o al servicio que prestan, se suele hacer la siguiente clasificacin: ATC (Air Traffic Control). Se trata de estaciones fijas situadas en tierra, cuya funcin fundamental consiste en servir de gua y brindar apoyo a los pilotos, con el fin de proveer al perfecto desenvolvimiento de las aeronaves. LDOC (Long Distance Operational Control). Son estaciones fijas operadas por las distintas compaas areas internacionales, las cuales se encargan de establecer comunicaciones con las aeronaves pertenecientes a su flota. AERONAVES. Son estaciones mviles que establecen comunicaciones regulares con alguna estacin de tierra durante el vuelo. Las aeronaves que forman parte de aerolneas comerciales de transporte de carga y de pasajeros, se identifican mencionando la compaa a la cual pertenecen y el nmero de vuelo correspondiente. Las restantes aeronaves, es decir, los aviones privados, se identifican mencionando solamente la matrcula del pas en donde se hallan registrados. VOLMET. Son estaciones fijas que proporcionan durante el da informacin sobre las condiciones meteorolgicas existentes en el rea de los aeropuertos y aerdromos de su zona. FSS (Flight Service Stations). Estaciones fijas que se ocupan de suministrar todo tipo de informacin relativa al vuelo, a fin de favorecer el normal desarrollo de la navegacin area. Las comunicaciones mantenidas a travs de las Bandas aeronuticas en HF, mencionadas anteriormente, tienen lugar cuando las aeronaves estn en pleno vuelo, a gran distancia de los centros de control. Pero cuando la aeronave est prxima a su destino y se dispone a iniciar el procedimiento de descenso, se utiliza la banda area de VHF para las comunicaciones entre el piloto y las estaciones en tierra. Esta banda est comprendida entre los 118 y 136 MHz.

III. Conclusiones

Luego de culminar con nuestra investigacin hemos podido concluir que existe una necesidad fundamental de comunicacin entre la tripulacin y los controladores en tierra; entre tripulacin y los tcnicos de mantenimiento en tierra o entre estos ltimos para las tareas de mantenimiento del avin. Las aeronaves disponen de distintos sistemas de comunicaciones, adecuados para la comunicacin en diversas circunstancias, casi siempre disponen de varios, tanto para adaptarse a las diversas circunstancias de propagacin de las ondas, como para disponer de un sistema de emergencia en caso de que el primario falle.

Las bandas de frecuencia empleadas para las comunicaciones aeronuticas son, bsicamente, las de HF y VHF.Las comunicaciones mantenidas a travs de las bandas aeronuticas en HF son utilizadas cuando las aeronaves estn en pleno vuelo, a gran distancia de los centros de control. De esta manera, cuando la aeronave est prxima a su destino y se dispone a iniciar el procedimiento de descenso, se utiliza la banda area de VHF para las comunicaciones entre el piloto y las estaciones en tierra.

IV. Referencias

Libros

1 Sistemas de aeronaves de Turbina I: Volumen 1.Felipe G. Gutierrez Editorial Club Universitario, 4 de octubre de 2010.2 Aeronautical Communications Panel (ACP), 10 reunin. Montreal, Canada, 7-13 marzo de 20063 AIRBUS and CPDLC: FANS B progress, febrero de 20054 Comunicaciones Aeronuticas y Martimas - Jos Manuel Huidobro - Revista Digital de ACTA 2013

Publicaciones electrnicas

http://tla22009rodriguez.blogspot.com/2009/03/sistema-de-comunicacion-en-vhf.html file:///C:/Users/puello.a/Documents/Personal/CL605-COMMUNICATIONS.pdf http://www.slideshare.net/rishikeshims/aircraft-communicationsystems http://www.monografias.com/trabajos16/lineas-de-transmision/lineas-de-transmision.shtml

V. Anexos

Anexo 1. Fuente: Sistemas de Aeronaves de Turbinas I Felipe Gato Gutirrez

Anexo 2. Fuente: Sistemas de Aeronaves de Turbinas I Felipe Gato Gutirrez

Anexo 3. Fuente: Sistemas de Aeronaves de Turbinas I Felipe Gato Gutirrez

Anexo 4. Fuente: Sistemas de Aeronaves de Turbinas I Felipe Gato Gutirrez

Anexo 5. Fuente: Sistemas de Aeronaves de Turbinas I Felipe Gato Gutirrez

Anexo 6. Fuente: Sistemas de Aeronaves de Turbinas I Felipe Gato Gutirrez

Anexo 7. Fuente: Sistemas de Aeronaves de Turbinas I Felipe Gato Gutirrez

Anexo 8. Fuente: Manual de Operacin para estaciones de radio Julia M. Londoo

Universidad Tecnolgica de Panam