12. Ejemplo de cálculo de enlace NVIS.
El modo NVIS (Near Vertical Incident Skywave u Onda Aérea de Incidencia Casi Vertical) permite establecer enlaces radio en HF sin zonas de sombra en un radio de hasta 300 km en torno a la estación transmisora. Puede obtener más información sobre el modo NVIS en el artículo "Comunicaciones NVIS en la banda de HF".
En este apartado se muestra un ejemplo de cálculo de un enlace de HF NVIS, con los siguientes parámetros:
- Ubicación del Terminal A: Madrid (España).
- Ubicación del Terminal B: Segovia (España).
- Modo de operación: Fonía USB (2400 Hz de ancho de banda).
- Frecuencias de trabajo disponibles: 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 10.0 y 14.0 MHz.
- Fecha: 07/04/09.
- Índices solares: SFI=69, SSN=0 (obtenidos del Panel de HF).
- Índice K: K=1 (obtenido del Panel de HF).
- Antenas utilizadas: Invelco AT-110-C (Dipolo doblado, ganancia 2dBi).
- Potencia de transmisión: 100 W.
12.1. Configuración de parámetros.
Abra el programa y vaya al menú "Options". Configure Madrid como terminal por defecto, seleccionando la pestaña "Default Terminal" y rellenando los datos que se indican en la figura 12.1:
Fig.12.1. Configuración de Madrid como terminal por defecto
- "Terminal Name" (Nombre del terminal): Madrid.
- "Latitude" (latitud): 40.23
- "Longitude" (longitud): -3.42
A continuación, vaya a la pestaña "Frequencies and Constants" para configurar sus frecuencias de trabajo, tal y como se muestra en la figura 12.2.
Fig.12.2. Frecuencias de trabajo y constantes aditivas
Las especificaciones del fabricante Invelco indican que la antena AT-110C tiene una ganancia de al menos 2 dBi (referidos a la antena isotrópica), es decir, 4.15 dBd (referidos a la antena dipolo de media longitud de onda) que serán nuestra constante aditiva de antena.
La potencia de transmisión es de 100 W, por lo que la constante aditiva de potencia es 0 dB (ver tabla 4.3).
En total, sumando ambas, la constante aditiva total es de 4.15 dB + 0 dB = 4.15 dB.
A continuación, pase a la pestaña "Prediction Parameters" para configurar los parámetros de predicción, tal y como se muestra en la figura 12.3.
Fig.12.3. Caracterización del ruido
Dado que el modo de trabajo es USB, configure un ancho de banda de ruido (Noise Bandwidth) de 2400 Hz. En un entorno como Madrid, se puede considerar que el tipo de ruido será industrial, así que seleccione la opción "Industrial" en el apartado "Man-Made Noise Environment" (Ruido artificial).
No olvide pulsar el botón "Save my settings and exit" para guardar los cambios.
12.2. Datos del enlace radio.
Desde la pantalla principal, seleccione "Predictions -> On Screen" y configure los datos que se muestran en la figura 12.4:
Fig.12.4. Datos del enlace radio
Deje los datos del Terminal A como "DEFAULT", ya que previamente configuramos Madrid como nuestro terminal por defecto.
Para el Terminal B, primero haga click en la casilla "Prefix or Locator" y luego pulse el botón "Enter Manually". Rellene los siguientes campos con los datos correspondientes a la ciudad de Segovia:
- "Latitude" (latitud): 40.56
- "Longitude" (longitud): 4.7
- "Name" (nombre): Segovia
En la parte inferior, indique lo siguiente:
- "Date" (fecha): 07/04/09.
- "Solar index" (índice solar): S0 (alternativamente, F69).
- "K index" (índice K): 1.
Finalmente, pulsaremos "Ok" para iniciar los cálculos. En primer lugar obtendremos la pantalla con la información del trayecto.
12.3. Pantalla de información del trayecto.
La pantalla de información del trayecto será como la de la figura 12.5:
Fig.12.5. Pantalla de información del trayecto
Esta pantalla nos ofrece los siguientes datos:
- Coordenadas del terminal A y el terminal B.
- Horas de salida del sol (Sunrise) y puesta del sol (Sunset) en las ubicaciones de ambos terminales.
- Rumbo que sigue la línea gris (Gray Line) al alba y al ocaso en las ubicaciones de ambos terminales.
- Rumbo que sigue el trayecto entre ambos terminales (Bearings). Al tratarse de un enlace NVIS, nos centraremos solamente en el trayecto corto (Short Path). La estación ubicada en Madrid tiene a la estación de Segovia a 289.1º. La estación ubicada en Segovia tiene a la estación de Madrid a 108.3º.
- Distancia total del trayecto, en el ejemplo 114 km.
Para ver los datos de la predicción, pulse el botón "Show prediction".
12.4. Interpretación de los datos de la predicción.
En primer lugar, pulse el botón "Show Signal-to-Noise ratios" para visualizar los resultados como relación señal a ruido. Analicemos los resultados que aparecen en la pantalla de predicción, para cada franja horaria del día analizado (07/04/09). En la figura 12.6 se muestran los datos para la franja horaria comprendida entre las 00:00 UTC y las 04:30 UTC:
Fig.12.6. Predicción NVIS entre las 00:00 UTC y las 04:30 UTC
Entre las 00:00 y las 02:30 la MUF está por encima de 3 MHz y por debajo de 4 MHz. Esto quiere decir que cualquiera de nuestras frecuencias por encima de 4 MHz no será utilizable. La única frecuencia utilizable será la de 3 MHz, con una disponibilidad "B", es decir, entre el 50% y el 75 %. Todavía existe alguna probabilidad de enlazar a 4 MHz, pero muy baja como indica el nivel de disponibilidad "D", entre el 1% y el 25 %.
Entre las 02:30 y las 04:30 UTC la MUF baja más todavía, algo esperable por el aumento de la tasa de recombinación en la ionosfera, pasando a estar por debajo de 3 MHz. Solamente será útil nuestra frecuencia de 3 MHz pero con una disponibilidad muy baja. Empezamos a pensar que, para esta franja horaria del día y con las condiciones impuestas por la parte baja del ciclo solar, deberíamos tener frecuencias de trabajo aún más bajas.
En la figura 12.7 se muestran los datos para la franja horaria comprendida entre las 05:00 UTC y las 13:00 UTC:
Fig.12.7. Predicción NVIS entre las 05:00 UTC y las 13:30 UTC
Como vimos en la pantalla de información del trayecto, el sol comienza a salir en torno a las 05:55 UTC en ambos terminales (Madrid y Segovia). Al salir el sol, la fotoionización va en aumento y la MUF comienza a subir. Conforme la hora avanza, cada vez tendremos frecuencias de trabajo más altas disponibles. Observe cómo, por ejemplo, a las 13:30 UTC tenemos disponibles las frecuencias de 3 MHz, 4 MHz, 5 MHz y 6 MHz con un nivel de disponibilidad "A" (75% - 100%). Observe también cómo las relaciones señal a ruido son mejores en las frecuencias disponibles más altas, ya que el nivel de atenuación por absorción es menor.
Finalmente, en la figura 12.8 se muestran los datos para la franja horaria comprendida entre las 14:00 UTC y las 22:30 UTC:
Fig.12.8. Predicción NVIS entre las 14:00 UTC y las 22:30 UTC
Observamos que la MUF más alta del día alcanza los 7.1 MHz entre las 13:30 UTC y las 15:00 UTC, es decir, cuando el Sol está más alto y los efectos de la fotoionización son más intensos. A partir de entonces la MUF va disminuyendo con la hora, hasta entrar nuevamente en la noche. Por este motivo, nuestras frecuencias de trabajo de 10 MHz y de 14 MHz han sido completamente inútiles para este enlace radio NVIS.
Ahora vaya al menú "Advanced" para visualizar la pantalla de predicción avanzada. Una vez en la misma, pulse el botón "Group by time" para visualizar los datos agrupados por horas, tal y como se muestra en la figura 12.9:
Fig.12.9. Predicción avanzada NVIS entre las 00:00 UTC y las 03:30 UTC
La pantalla muestra qué frecuencias de nuestro conjunto de frecuencias de trabajo son las mejores para intentar el enlace radio en cada franja horaria del día. Por ejemplo, entre las 00:00 UTC y las 00:30 UTC la mejor frecuencia de trabajo (Freq) es la de 3 MHz, con una disponibilidad (Avail) del 75%, seguida de 4 MHz con una disponibilidad del 12%. En esa franja, el resto de frecuencias de trabajo no aparecen, luego son inadecuadas. Observe que la configuración (Hop Configuration) es de un único salto usando la capa F de la ionosfera y que el ángulo de despegue (Angle) necesario es de 78º, ambos parámetros característicos de un enlace radio NVIS. El análisis puede extrapolarse al resto de horas del día.
Ahora pulse el botón "Close" para cerrar la pantalla de predicciones avanzada y volver a la pantalla de predicciones estándar. Vaya al menú "Graphs -> MUF" para obtener la gráfica con la evolución de la MUF predicha para este enlace radio a lo largo del día, tal y como se muestra en la figura 12.10:
Fig.12.10. Predicción horaria de MUF para el enlace NVIS Madrid-Segovia
Esta gráfica es muy útil para deducir las mejores frecuencias a utilizar a lo largo del día.
12.5. Análisis de la fiabilidad de la predicción.
Llegados a este punto, estamos en condiciones de analizar si la predicción realizada por el programa es fiable. Dado que estamos trabajando con un enlace radio NVIS, la MUF calculada será muy próxima a la frecuencia crítica de la capa F2 de la ionosfera, conocida como foF2. Esta frecuencia crítica se está midiendo constantemente desde multitud de observatorios empleando ionosondas, entre ellos el Observatorio del Ebro, ubicado en la provincia de Tarragona. Se trata de la ionosonda más próxima a nuestros terminales que ofrece datos públicos, pero no deja de estar a unos 500 km de distancia, hecho que deberemos tener en cuenta al valorar las predicciones. Obtenemos los datos reales medidos por la ionosonda de este observatorio a lo largo del día de análisis, el 07/04/2009, que se representan en la figura 12.11:
Fig.12.11. Frecuencia crítica foF2 medida desde el Observatorio del Ebro (Tarragona)
La predicción del programa indicó una MUF mínima de 2.6 MHz a las 04:00 UTC y una MUF máxima de 7.1 MHz entre las 13:30 UTC y las 15:00 UTC. La ionosonda ha medido una foF2 mínima de 2.3 MHz a las 03:30 UTC y una foF2 máxima de 6.1 a las 10:45 UTC. Ambas gráficas (figuras 12.10 y 12.11) siguen una trayectoria bastante similar. Las diferencias se deben, por un lado, a la distancia geográfica de la ionosonda a los terminales de nuestro enlace radio y por otro lado a que ésta realiza sondeos verticales, es decir, con un ángulo de despegue de 90º, mientras que en nuestro enlace radio estamos trabajando a 78º, por lo que la MUF ha de ser ligeramente mayor a la foF2.
