ET542- Comunicaciones 1 - 2026

1 Conceptos generales

Los medios no guiados son aquellos en los que la señal electromagnética no viaja confinada dentro de un cable, fibra o guía física, sino que se propaga a través del aire, el vacío o el espacio libre.

A diferencia de los medios guiados, donde el cable o la fibra condicionan fuertemente la transmisión, en los medios no guiados tienen gran importancia:

• la frecuencia utilizada;
• la potencia transmitida;
• la ganancia de antenas;
• la orientación de antenas;
• la distancia;
• la propagación en el ambiente;
• la presencia de obstáculos;
• la curvatura terrestre;
• la lluvia, niebla o condiciones atmosféricas;
• la interferencia;
• la normativa de espectro;
• el tipo de modulación;
• la sensibilidad del receptor.

En este tipo de medios, la señal se irradia mediante una antena transmisora y se capta mediante una antena receptora.

Según la forma en que la energía se irradia, la transmisión puede ser:

1. Omnidireccional: La energía se propaga en muchas direcciones. Es típica de sistemas de radio, radiodifusión, comunicaciones móviles y redes Wi-Fi.
2. Direccional: La energía se concentra en una dirección determinada. Se utiliza en enlaces de microondas, radioenlaces punto a punto, satélites y antenas parabólicas.

En transmisiones direccionales, las antenas deben estar correctamente alineadas. Un pequeño error de orientación puede producir una caída importante de señal.

2 Bandas de frecuencias

El espectro electromagnético se divide en bandas de frecuencia. Cada banda tiene propiedades de propagación diferentes y, por lo tanto, aplicaciones distintas.

Clasificación introductoria:

Esta clasificación sirve como introducción. En la práctica, el uso del espectro está regulado por organismos nacionales e internacionales. No se puede transmitir libremente en cualquier frecuencia y potencia, porque diferentes servicios comparten el espectro: 

• radiodifusión, 
• telefonía móvil, 
• satélites, 
• navegación, 
• radares, 
• enlaces punto a punto, 
• radioaficionados,
• seguridad pública, 
• defensa, 
• Wi-Fi, 
• Bluetooth y otros.

Relación entre frecuencia y longitud de onda

La frecuencia y la longitud de onda están relacionadas por:

$\lambda = \frac{c}{f}$

Donde:

• $\lambda$ es la longitud de onda en metros.
• $c$ es la velocidad de la luz en el vacío.
• $f$ es la frecuencia en Hz.

Con:

$c \approx 3 \times 10^8 m/s$

Ejemplo:

Para una frecuencia de:

$f = 2.4 GHz$

Se tiene:

$\lambda = \frac{3 \times 10^8}{2.4 \times 10^9}$

$\lambda = 0.125 m$

Es decir:

$\lambda = 12.5 cm$

A mayor frecuencia, menor longitud de onda. Esto permite antenas más pequeñas, pero también puede aumentar la sensibilidad a obstáculos, lluvia y pérdidas de propagación.

3 Microonda terrestre

La microonda terrestre utiliza ondas electromagnéticas de alta frecuencia, generalmente en enlaces direccionales entre dos puntos.

Sus características principales son:

• uso de antenas parabólicas o altamente direccionales;
• necesidad de línea de vista;
• gran capacidad de transporte;
• sensibilidad a obstáculos;
• sensibilidad a condiciones atmosféricas;
• uso frecuente en enlaces punto a punto;
• aplicación en transporte de voz, datos, video y backhaul.

Un enlace de microondas terrestre puede conectar:

• dos edificios;
• una torre con otra torre;
• un nodo urbano con un nodo rural;
• una estación base con la red troncal;
• un sitio remoto sin acceso a fibra óptica.

Línea de vista

En frecuencias de microondas, la señal se comporta de forma casi óptica. Esto significa que la trayectoria debe estar despejada entre antenas.

Además de la línea visual directa, se debe considerar la zona de Fresnel, que es una región alrededor del trayecto directo donde los obstáculos también pueden afectar la señal.

Radio de la primera zona de Fresnel

Una aproximación útil para la primera zona de Fresnel es:

$r = 17.32 \sqrt{\frac{d_1 d_2}{f d}}$

Donde:

• $r$ es el radio de la primera zona de Fresnel en metros.
• $d_1$ y $d_2$ son las distancias desde el obstáculo a cada extremo, en km.
• $d$ es la distancia total del enlace, en km.
• $f$ es la frecuencia, en GHz.

Para un enlace bien diseñado, se suele buscar que al menos el 60% de la primera zona de Fresnel esté libre de obstáculos.

4 Antena parabólica

La antena parabólica concentra la energía electromagnética en una dirección determinada. Por eso es muy utilizada en microondas terrestres y satélites.

Su ganancia depende principalmente de:

• diámetro de la antena;
• frecuencia de operación;
• eficiencia de la antena;
• precisión mecánica;
• alineación.

Una antena parabólica tiene mayor ganancia cuanto mayor es su diámetro respecto de la longitud de onda.

Ganancia aproximada de una antena parabólica

$G = \eta \left(\frac{\pi D}{\lambda}\right)^2$

Donde:

• $G$ es la ganancia en escala lineal.
• $\eta$ es la eficiencia de la antena.
• $D$ es el diámetro de la antena.
• $\lambda$ es la longitud de onda.

En decibeles isotrópicos:

$G_{dBi} = 10 \log_{10}(G)$

Como:

$\lambda = \frac{c}{f}$

Entonces, a mayor frecuencia, para el mismo diámetro, la ganancia aumenta.

5 Microonda satelital

La comunicación satelital utiliza satélites como repetidores ubicados en órbita. En muchos sistemas, el satélite recibe una señal desde una estación terrena, la amplifica, cambia de frecuencia y la retransmite hacia otra región de la Tierra.

Un satélite de comunicaciones puede cubrir grandes áreas, por lo que resulta útil para:

• televisión satelital;
• Internet satelital;
• enlaces rurales;
• comunicaciones marítimas;
• comunicaciones aeronáuticas;
• respaldo de redes terrestres;
• conectividad en zonas sin fibra;
• distribución de contenidos;
• redes VSAT;
• comunicaciones de emergencia.

Enlace ascendente y descendente

En satélites se distingue:

1. Uplink: enlace desde la estación terrestre hacia el satélite.
2. Downlink: enlace desde el satélite hacia la estación terrestre o usuario.

Normalmente se usan diferentes frecuencias para uplink y downlink, evitando interferencias entre transmisión y recepción.

Bandas frecuentes en comunicaciones satelitales

A mayor frecuencia, puede haber más ancho de banda disponible, pero también aumenta la atenuación por lluvia y la exigencia de apuntamiento.

Pérdida en espacio libre

Una fórmula central en enlaces inalámbricos es la pérdida de espacio libre:

$FSPL_{dB} = 32.44 + 20 \log_{10}(d_{km}) + 20 \log_{10}(f_{MHz})$

Donde:

$FSPL_{dB}$ es la pérdida en espacio libre.
$d_{km}$ es la distancia en km.
$f_{MHz}$ es la frecuencia en MHz.

Esta expresión muestra que la pérdida aumenta con la distancia y con la frecuencia.

6 Órbitas satelitales

Los satélites pueden ubicarse en diferentes tipos de órbitas. Cada órbita tiene ventajas y limitaciones para comunicaciones.

LEO

LEO, o Low Earth Orbit, corresponde a órbitas bajas, aproximadamente entre 160 km y 2.000 km de altura.

Características:

• baja latencia;
• menor pérdida de espacio libre que GEO;
• satélites en movimiento rápido respecto del usuario;
• necesidad de constelaciones para cobertura continua;
• uso en Internet satelital moderno, observación terrestre y comunicaciones.

MEO

MEO, o Medium Earth Orbit, corresponde a órbitas medias, aproximadamente entre 2.000 km y 35.500 km.

Características:

• latencia intermedia;
• mayor cobertura por satélite que LEO;
• uso típico en navegación satelital, como GPS, Galileo, GLONASS y BeiDou.

GEO / GSO

Una órbita geoestacionaria está a unos 35.786 km sobre el ecuador. Allí el período orbital coincide con la rotación terrestre, por lo que el satélite parece fijo en el cielo.

Características:

• gran cobertura;
• antenas terrestres fijas;
• alta latencia;
• muy usada en TV satelital, meteorología y comunicaciones tradicionales.

Velocidad orbital

Para una órbita circular ideal, la velocidad orbital puede aproximarse con:

$v = \sqrt{\frac{GM}{r}}$

Donde:

• $v$ es la velocidad orbital.
• $G$ es la constante de gravitación universal.
• $M$ es la masa de la Tierra.
• $r$ es la distancia desde el centro de la Tierra al satélite.

Período orbital

El período orbital puede calcularse como:

$T = 2 \pi \sqrt{\frac{r^3}{GM}}$

Donde:

• $T$ es el período orbital.
• $r$ es el radio orbital medido desde el centro de la Tierra.
• $GM$ es el parámetro gravitacional terrestre.

7 Basura espacial

La basura espacial está formada por objetos artificiales en órbita que ya no cumplen una función útil.

Puede incluir:

• satélites fuera de servicio;
• etapas de cohetes;
• fragmentos de colisiones;
• piezas desprendidas;
• restos de explosiones;
• herramientas o elementos liberados accidentalmente.

La basura espacial es un problema porque viaja a velocidades muy altas. Incluso fragmentos pequeños pueden dañar satélites operativos, estaciones espaciales o vehículos en órbita.

Para las comunicaciones, el problema es importante porque muchas redes modernas dependen de satélites. Un impacto puede dejar fuera de servicio un satélite, reducir capacidad, afectar cobertura o generar más fragmentos.

Riesgos principales

• colisiones con satélites activos;
• generación de más fragmentos;
• maniobras evasivas;
• reducción de vida útil;
• riesgo para constelaciones LEO;
• interferencia con futuras misiones.

8 Radio

La transmisión por radio utiliza ondas electromagnéticas que se propagan de forma omnidireccional o sectorizada.

A frecuencias más bajas, las ondas pueden rodear obstáculos, reflejarse en la ionosfera o propagarse a grandes distancias. A frecuencias más altas, la propagación tiende a ser más direccional y más afectada por obstáculos.

Aplicaciones:

• radio AM;
• radio FM;
• televisión abierta;
• comunicaciones móviles;
• sistemas VHF/UHF;
• radioaficionados;
• enlaces de emergencia;
• Wi-Fi;
• Bluetooth;
• IoT;
• redes LPWAN;
• comunicaciones marítimas y aeronáuticas.

Relación entre potencia recibida y distancia

En espacio libre ideal, la potencia recibida disminuye rápidamente con la distancia. La ecuación de Friis permite estimar la potencia recibida:

$P_r = P_t G_t G_r \left(\frac{\lambda}{4\pi d}\right)^2$

Donde:

• $P_r$ es la potencia recibida.
• $P_t$ es la potencia transmitida.
• $G_t$ es la ganancia de la antena transmisora.
• $G_r$ es la ganancia de la antena receptora.
• $\lambda$ es la longitud de onda.
• $d$ es la distancia.

En decibeles:

$P_{r,dBm} = P_{t,dBm} + G_{t,dBi} + G_{r,dBi} - L_{fs,dB}$

Donde:

• $L_{fs,dB}$ es la pérdida de espacio libre.

9 GPS y GNSS

GPS significa Global Positioning System. Es un sistema de navegación satelital desarrollado por Estados Unidos.

El concepto más general es GNSS, Global Navigation Satellite System, que agrupa varios sistemas globales de navegación por satélite.

Los sistemas GNSS principales son:

Un receptor GNSS utiliza señales emitidas por satélites para calcular su posición, velocidad y tiempo.

Los sistemas GNSS son esenciales en:

• navegación vehicular;
• teléfonos móviles;
• sincronismo de redes;
• sistemas eléctricos;
• telecomunicaciones;
• agricultura de precisión;
• topografía;
• transporte;
• aviación;
• logística;
• aplicaciones militares;
• sistemas financieros.

10 Constelación de satélites GPS

Una constelación satelital es el conjunto de satélites que forman un sistema.
En GPS, los satélites se distribuyen en órbitas medias, de modo que desde casi cualquier punto de la Tierra haya varios satélites visibles.

El objetivo es que el receptor pueda recibir señales de al menos cuatro satélites para calcular:

• posición en X;
• posición en Y;
• posición en Z;
• corrección de tiempo del receptor.

La constelación permite cobertura global y disponibilidad continua.

11 Códigos emitidos por satélites

Los satélites GNSS transmiten señales que contienen información de tiempo, posición orbital y códigos de identificación.

Podemos mencionar las siguientes:

1. Código militar PPS/P: Asociado a servicios precisos y de uso restringido.
2. Código civil SPS/C-A: Señal civil de acceso estándar.

En GPS, la frecuencia civil L1 clásica está alrededor de:

$f_{L1} = 1575.42 MHz$

También existen otras señales modernas, como L2C y L5, diseñadas para mejorar precisión, robustez y aplicaciones civiles avanzadas.

Longitud de onda de L1

$\lambda_{L1} = \frac{c}{f_{L1}}$

Con:

$f_{L1} = 1575.42 \times 10^6 Hz$

Entonces:

$\lambda_{L1} \approx 0.190 m$

12 Triangulación y posicionamiento

En GPS/GNSS suele hablarse de triangulación, aunque técnicamente el cálculo se basa en trilateración: se determina la posición a partir de distancias a satélites conocidos.

Cada satélite transmite una señal con información de tiempo. El receptor mide cuánto tarda en llegar la señal y estima una distancia.

Distancia a un satélite

$d = c \cdot \Delta t$

Donde:

• $d$ es la distancia estimada.
• $c$ es la velocidad de propagación de la señal.
• $\Delta t$ es el tiempo de viaje de la señal.

En la práctica se habla de pseudodistancia, porque el reloj del receptor no es tan preciso como los relojes atómicos de los satélites.

Por eso se necesitan al menos cuatro satélites para resolver cuatro incógnitas:

$X, Y, Z, t$

Donde:

• $X, Y, Z$ son las coordenadas del receptor.
• $t$ es el error de reloj del receptor.

Ecuaciones de pseudodistancia

Para cada satélite:

$\rho_i = \sqrt{(x-x_i)^2 + (y-y_i)^2 + (z-z_i)^2} + c \cdot \Delta t$

Donde:

• $\rho_i$ es la pseudodistancia medida al satélite i.
• $(x,y,z)$ es la posición del receptor.
• $(x_i,y_i,z_i)$ es la posición del satélite i.
• $\Delta t$ es el error de reloj del receptor.

Con cuatro satélites se pueden formar cuatro ecuaciones para resolver las cuatro incógnitas.

Correcciones necesarias

Un sistema GNSS real debe corregir o modelar:

• ionosfera;
• troposfera;
• errores orbitales;
• errores de reloj;
• multicamino;
• relatividad;
• geometría satelital;
• ruido del receptor.

13 Infrarrojo

La comunicación por infrarrojo utiliza radiación electromagnética con frecuencias superiores a las microondas y longitudes de onda menores.

Características principales:

• comunicación de corto alcance;
• transmisión direccional;
• fácil instalación;
• no atraviesa objetos sólidos;
• no requiere licencia en aplicaciones de baja potencia;
• buena seguridad espacial porque queda limitada al ambiente;
• sensible a obstáculos y alineación;
• afectada por luz ambiente en algunos casos.

Aplicaciones históricas y actuales:

• controles remotos;
• enlaces entre dispositivos antiguos;
• sensores;
• barreras infrarrojas;
• comunicación óptica de corto alcance;
• IrDA en equipos antiguos;
• algunos sistemas de automatización.

Se pueden mencionar como ejemplo el control remoto de TV y enlaces entre notebook e impresora, aplicación hoy prácticamente reemplazada por Wi-Fi, Bluetooth y USB.

14 Tormentas geomagnéticas

Las tormentas geomagnéticas son perturbaciones del campo magnético terrestre asociadas a actividad solar, especialmente a eyecciones de masa coronal, conocidas como CME.

Una CME puede liberar partículas cargadas que viajan por el espacio y, si interactúan con la magnetosfera terrestre, pueden producir:

• auroras;
• perturbaciones en comunicaciones HF;
• errores en navegación satelital;
• aumento de arrastre atmosférico en satélites LEO;
• corrientes inducidas en redes eléctricas;
• afectación de satélites;
• degradación temporal de sistemas GNSS.

Escala NOAA G

La escala NOAA clasifica tormentas geomagnéticas de G1 a G5:

Desde el punto de vista de comunicaciones, las tormentas geomagnéticas son importantes porque pueden afectar propagación ionosférica, navegación, satélites y enlaces de alta frecuencia.

Ejercicios propuestos

Ejercicio 1: longitud de onda

Calcular la longitud de onda de una señal Wi-Fi de:

$f = 2.4 GHz$

Fórmula:

$\lambda = \frac{c}{f}$

Resolución:

$\lambda = \frac{3 \times 10^8}{2.4 \times 10^9}$

$\lambda = 0.125 m$

Resultado:

$\lambda = 12.5 cm$

Ejercicio 2: pérdida en espacio libre

Calcular la pérdida de espacio libre para un enlace de microondas de:

$d = 10 km$

$f = 5800 MHz$

Fórmula:

$FSPL_{dB} = 32.44 + 20 \log_{10}(d_{km}) + 20 \log_{10}(f_{MHz})$

Resolución:

$FSPL_{dB} = 32.44 + 20 \log_{10}(10) + 20 \log_{10}(5800)$

$FSPL_{dB} \approx 127.7 dB$

Resultado:

$FSPL_{dB} \approx 127.7 dB$

Ejercicio 3: presupuesto básico de enlace inalámbrico

Un radioenlace tiene:

$P_t = 20 dBm$

$G_t = 25 dBi$

$G_r = 25 dBi$

$L_{fs} = 127.7 dB$

Calcular la potencia recibida.

Fórmula:

$P_{r,dBm} = P_{t,dBm} + G_{t,dBi} + G_{r,dBi} - L_{fs,dB}$

Resolución:

$P_r = 20 + 25 + 25 - 127.7$

$P_r = -57.7 dBm$

Resultado:

$P_r = -57.7 dBm$

Ejercicio 4: retardo de enlace satelital GEO

Calcular el retardo de ida y vuelta aproximado para un enlace satelital geoestacionario, suponiendo:

$h = 35786 km$

Trayectoria simplificada:

$\text{Tierra} \rightarrow \text{Satélite} \rightarrow \text{Tierra}$

Para ida y vuelta completa:

$d = 4h$

Fórmula:

$t = \frac{d}{c}$

Resolución:

$d = 4 \cdot 35786 = 143144 km$

$d = 143144000 m$

$t = \frac{143144000}{3 \times 10^8}$

$t \approx 0.477 s$

Resultado:

$t \approx 477 ms$

Este valor es ideal y no incluye procesamiento, colas, modulación, codificación ni rutas terrestres.

Ejercicio 5: distancia GNSS por tiempo de propagación

Un receptor mide una diferencia temporal de:

$\Delta t = 70 ms$

Calcular la distancia equivalente.

Fórmula:

$d = c \cdot \Delta t$

Resolución:

$d = 3 \times 10^8 \cdot 70 \times 10^{-3}$

$d = 21 \times 10^6 m$

Resultado:

$d = 21000 km$

Ejercicio 6: ganancia de antena parabólica

Una antena parabólica tiene:

$D = 0.6 m$

$f = 12 GHz$

$\eta = 0.6$

Calcular la ganancia aproximada.

Primero:

$\lambda = \frac{c}{f}$

Luego:

$G = \eta \left(\frac{\pi D}{\lambda}\right)^2$

Y:

$G_{dBi} = 10 \log_{10}(G)$

Resolución aproximada:

$\lambda = \frac{3 \times 10^8}{12 \times 10^9}$

$\lambda = 0.025 m$

$G = 0.6 \left(\frac{\pi \cdot 0.6}{0.025}\right)^2$

$G \approx 3410$

$G_{dBi} \approx 35.3 dBi$

Resultado:

$G_{dBi} \approx 35.3 dBi$

Preguntas de repaso

1. ¿Qué diferencia existe entre un medio guiado y un medio no guiado?
2. ¿Por qué en los medios no guiados la antena es un elemento fundamental?
3. ¿Qué diferencia existe entre transmisión direccional y omnidireccional?
4. ¿Por qué las microondas terrestres requieren línea de vista?
5. ¿Qué es la zona de Fresnel?
6. ¿Por qué una antena parabólica tiene alta ganancia?
7. ¿Qué diferencia existe entre uplink y downlink en un enlace satelital?
8. ¿Qué ventajas y desventajas tiene una órbita GEO?
9. ¿Qué ventajas y desventajas tiene una órbita LEO?
10. ¿Por qué los sistemas GNSS necesitan al menos cuatro satélites?
11. ¿Qué diferencia existe entre distancia y seudodistancia en GNSS?
12. ¿Por qué el infrarrojo no atraviesa objetos sólidos?
13. ¿Qué efectos pueden producir las tormentas geomagnéticas sobre comunicaciones?
14. ¿Por qué el espectro radioeléctrico debe estar regulado?
15. ¿Qué factores se deben evaluar antes de diseñar un enlace inalámbrico?

Ideas clave de la unidad

• Los medios no guiados propagan señales por aire, vacío o espacio libre.
• La transmisión y recepción se realizan mediante antenas.
• Las señales pueden ser omnidireccionales o direccionales.
• Las microondas terrestres requieren línea de vista y zona de Fresnel despejada.
• La pérdida de espacio libre aumenta con la distancia y la frecuencia.
• Las antenas parabólicas concentran energía y aumentan la ganancia.
• Los satélites actúan como repetidores en órbita.
• Las órbitas LEO, MEO y GEO tienen diferentes latencias, coberturas y aplicaciones.
• GPS forma parte del conjunto de sistemas GNSS.
• El posicionamiento GNSS se basa en seudodistancias y al menos cuatro satélites.
• El infrarrojo es útil para comunicaciones de corto alcance y no atraviesa obstáculos sólidos.
• Las tormentas geomagnéticas pueden afectar HF, GNSS, satélites y redes eléctricas.

5 links interesantes para los alumnos

1. ITU-R: gestión internacional del espectro radioeléctrico. Recurso institucional para entender por qué el espectro y las órbitas satelitales se coordinan internacionalmente. https://www.itu.int/en/mediacentre/backgrounders/Pages/itu-r-managing-the-radio-frequency-spectrum-for-the-world.aspx 
2. ITU-R P.525: cálculo de atenuación en espacio libre. Documento técnico útil para formalizar la fórmula de pérdida en espacio libre usada en radioenlaces. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.525-4-201908-S%21%21PDF-E.pdf
3. NASA Earthdata: tipos de órbitas LEO, MEO y GEO. Buen recurso para estudiar alturas orbitales y diferencias entre órbitas satelitales. https://www.earthdata.nasa.gov/learn/earth-observation-data-basics/orbits
4. FAA: cómo funciona GPS. Explica el uso de señales de satélites, relojes y medición con cuatro satélites para posición tridimensional. https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ato/service_units/techops/navservices/gnss/gps/howitworks 
5. NOAA Space Weather Prediction Center: escalas de tormentas geomagnéticas. Recurso clave para vincular clima espacial con comunicaciones, GNSS, satélites y redes eléctricas. https://www.swpc.noaa.gov/noaa-scales-explanation