Tema 6 Sistemas De Comunicaciones Aeronáuticas En Vhf

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MODULO

6 SISTEMAS DE COMUNICACIONES AERONÁUTICAS EN VHF

MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE COMUNICACIONES DE RADIO AEROPORTUARIOS

Módulo 6 SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

OBJETIVOS DEL MÓDULO ................................................................................... 197 1.

GESTIÓN

DE

FRECUENCIAS

CIVILES

EN

ENTORNOS

AEROPORTUARIOS ...................................................................................... 199

2.

1.1.

Utilización de frecuencias en la banda de VHF (30 a 300 MHz) ..................... 199

1.2.

Compañías de transporte aéreo ..................................................................... 202

1.3.

Radiotelefonía ................................................................................................ 203

DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS PARA LAS COMUNICACIONES AERONÁUTICAS EN VHF ............................................................................. 205 2.1.

Sistemas de Comunicaciones en VHF............................................................ 205

2.2.

Sistemas de Radionavegación ....................................................................... 208

RESUMEN MODULO 6 .......................................................................................... 211

195 División de Formación y Selección Personal de Convenio

MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE COMUNICACIONES DE RADIO AEROPORTUARIOS

Módulo 6 SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

OBJETIVOS DEL MÓDULO

Identificación de los márgenes de frecuencia atribuidos a los sistemas de comunicaciones aeronáuticas que funcionan en VHF (30 a 300 MHz) y que proporcionan servicios necesarios para el correcto funcionamiento del sector. Descripción básica de los sistemas de radiocomunicación que utilizan bandas de VHF.

197 División de Formación y Selección Personal de Convenio

MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE COMUNICACIONES DE RADIO AEROPORTUARIOS

1.

GESTIÓN DE FRECUENCIAS AEROPORTUARIOS

CIVILES

Módulo 6 SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

EN

ENTORNOS

El Volumen V del Anexo 10 al Convenio sobre Aviación Civil Internacional de la OACI, que trata sobre las telecomunicaciones aeronáuticas, establece las pautas para la utilización del espectro de radiofrecuencias aeronáuticas. Dicho Volumen se estructura en tres partes. Una primera hace referencia al uso de las frecuencias de socorro; la segunda trata del uso de las frecuencias por debajo de los 30 MHz, y la tercera y última parte, se ocupa de los usos de las frecuencias por encima de los 30 MHz.

1.1. UTILIZACIÓN DE FRECUENCIAS EN LA BANDA DE VHF (30 A 300 MHZ) En el Volumen V del Anexo 10 del Convenio se identifican, principalmente, dos subbandas en VHF (30 – 300 MHz) para el despliegue de servicios de telecomunicaciones en ámbitos aeronáuticos (estas atribuciones de bandas de frecuencias por la OACI son plenamente compatibles con lo definido en el Reglamento de Radiocomunicaciones – RR – de la UIT y con lo indicado en el Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias -CNAF-) Banda 108 – 117,975 MHz La utilización de esta banda puede dividirse en dos grupos. Por un lado, la subbanda entre 108 y 111,975 MHz podrá asignarse al sistema de radionavegación ILS, al sistema de radionavegación VOR (a condición de que no ocasione interferencia perjudicial al ILS), y para el sistema de aumentación basado en tierra (GBAS) siempre que no ocasione interferencia perjudicial al ILS y al VOR. En cuanto a la subbanda 111,975 a 117,975 MHz podrá asignarse al sistema VOR y al sistema GBAS siempre que no se interfieran al ILS y/o al VOR. Banda 117,975 – 137 MHz En las Tablas 1a y 1b, se resume la adjudicación de las distintos márgenes de frecuencia dentro de este banda (El corchete [ ] indica que los extremos del margen están incluidos en el mismo).

199 División de Formación y Selección Personal de Convenio

MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE COMUNICACIONES DE RADIO AEROPORTUARIOS

Subbanda de Frecuencias (MHz)

Uso a nivel mundial

A

(118-121,4)

Servicio móvil aeronáutico (Nacional e Internacional)

B

121,5

Frecuencia de socorro

C

(121,6 121,9917)

D

(122-123,05)

E

123,1

Comunicaciones de superficie en aeródromos nacionales e internacionales Servicios móviles aeronáuticos nacionales Frecuencia auxiliar SAR

F

(123,15123,6917)

Servicios móviles aeronáuticos nacionales

Módulo 6 SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

Comentarios Las adjudicaciones internacionales específicas se determinarán mediante acuerdo regional. El problema de la interferencia entre países, en las frecuencias repartidas con carácter mundial o regional a los servicios regionales, deberá resolverse mediante consultas entre las administraciones interesadas. Con el objetivo de suministrar una banda de guarda para protección de la frecuencia de socorro aeronaútica, las frecuencias más próximas asignables a ambos lados de la misma serán 121,4 y 121,6 MHz. Mediante acuerdo regional podrá decidirse que las Frecuencias más próximas asignables sean 121,3 y 121,7 MHz. Se reserva esta banda para movimientos de tierra , Verificaciones previas al vuelo , permisos ATS y funciones conexas. Se reserva esta banda para adjudicaciones nacionales Reservada para adjudicaciones nacionales, con excepción de la frecuencia de 123,45 MHz. que también se emplea como canal mundial de comunicaciones aire-aire.

200 División de Formación y Selección Personal de Convenio

MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE COMUNICACIONES DE RADIO AEROPORTUARIOS

Subbanda de Frecuencias (MHz)

Uso a nivel mundial

G

123,45

Comunicaciones aire-aire

H

(123,7129,6917)

Servicios móviles aeronáuticos nacionales e internacionales

I

(129,7130,8917)

Servicios móviles aeronáuticos nacionales

J

(130,9-136,875)

Servicios móviles aeronáuticos nacionales e internacionales

K

(136,9-136,975)

Servicios móviles aeronáuticos nacionales e internacionales

Módulo 6 SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

Comentarios Se dispondrá de un canal de comunicaciones VHF aire-aire en esta frecuencia que permita que las aeronaves que vuelen por zonas remotas y oceánicas, y que se encuentren fuera del alcance de las estaciones VHF terrestres, puedan intercambiar la información operacional necesaria que facilite la solución de dificultades operacionales. Se tendrá en cuenta que el uso del canal aire-aire puede ser Causa de interferencia hacia y desde aeronaves que utilicen la misma frecuencia para las comunicaciones tierra-aire Las adjudicaciones internacionales específicas se determinarán mediante acuerdo regional. El problema de la interferencia entre países, en las frecuencias repartidas con carácter mundial o regional a los servicios regionales, deberá resolverse mediante consultas entre las administraciones interesadas. Reservada para adjudicaciones nacionales. Si se necesitan frecuencias para las comunicaciones del control de operaciones por parte de agencias explotadoras de aeronaves se deben seleccionar de la banda 128,825-132,025 MHz. siempre del extremo superior de dicha banda y por orden consecutivo. Las adjudicaciones internacionales específicas se determinarán mediante acuerdo regional. El problema de la interferencia entre países, en las frecuencias repartidas con carácter mundial o regional a los servicios regionales, deberá resolverse mediante consultas entre las administraciones interesadas. Reservada para las comunicaciones de enlace digital en VHF.

Tabla 1: Adjudicación de frecuencias a nivel mundial en la banda 117,975 – 137 MHz.

201 División de Formación y Selección Personal de Convenio

Módulo 6 MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE COMUNICACIONES DE RADIO AEROPORTUARIOS

SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

En la Figura 1, se muestra de una manera general la distribución de la banda VHF aeronáutica según los servicios: de navegación (ILS, VOR) o de comunicaciones (Control de Tráfico Aéreo: ATC; Control Operacional: AOC), que se describirán posteriormente.

Figura 1: Banda VHF aeronáutica Las comunicaciones para el Control de Tráfico Aéreo (ATC) tienen como finalidad el mantener un tráfico aéreo seguro y ordenado; es decir, la prevención de colisiones entre aeronaves, tanto en vuelo como en las maniobras de despegue y aterrizaje. Las comunicaciones para el Control de Operaciones (AOC) garantizan un empleo eficiente del espacio aéreo, la seguridad y regularidad de los vuelos, y comprenden comunicaciones, de voz y datos, entre la aeronave y el centro de control AOC, la propia compañía aérea o el personal del aeropuerto.

1.2. COMP AÑÍAS DE TRANS P ORTE AÉREO La nota UN-18 del Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias (CNAF) se refiere a frecuencias destinadas exclusivamente para uso en el control operacional de compañías de transporte aéreo en los aeropuertos nacionales. Para este propósito se atribuyen 24 radiocanales consecutivos con separación de 25 kHz entre portadoras adyacentes, siendo la de 131,400 MHz la correspondiente al radiocanal 1, y la de 131,975 MHz la del 24. Estas frecuencias podrán ser compartidas entre distintos usuarios. 202 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

1.3. RADIOTELEFONÍA La nota UN-27 del CNAF, referente a la banda 223- 235 MHz, indica que en ella pueden funcionar sistemas PMR (Radio Móvil Privada) con técnicas de acceso multicanal con concentración de enlaces (trunking) y emisiones de anchura de banda adaptada a una canalización de 12,5 kHz. En concreto, los márgenes 224,225 – 225 MHz y 230,5 – 231 MHz están destinados al uso exclusivo de sistemas del Ministerio de Defensa, y los márgenes 223 – 224,5 MHz, 229 – 230,5 MHz, 225 – 229 MHz y 231 – 235 MHz, podrán utilizarse por redes del servicio móvil terrestre para autoprestación de servicios o prestación del mismo a terceros con percepción de tarifas. Asimismo, la nota UN-138 hace referencia al margen 169,4 – 169,8125 MHz señalando que está destinado a las aplicaciones armonizadas de baja y alta potencia; entre estas últimas se encuentran los sistemas PMR.

RECUERDA La banda de VHF atribuida a las comunicaciones aeronáuticas se sitúa entre 108 y 137 MHz. Los sistemas para la radionavegación en VHF se sitúan en el margen de 108 a 118 MHz. Entre 118 y 137 MHz se asignan los sistemas de comunicaciones para el Control de Tráfico Aéreo (ATC) y para el Control Operacional (AOC). Para la utilización de las compañías de transporte aéreo, están asignadas 24 portadoras en el margen entre 131,4 y 131,975 MHz con una separación de 25 kHz. En la subbandas de 223-235 MHz está permitido el uso de sistemas PMR con técnica de concentración de enlaces (truncking).

203 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

204 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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2.

DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS COMUNICACIONES AERONÁUTICAS EN VHF

SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

PARA

LAS

En este apartado, se describen un conjunto de sistemas y aplicaciones de radiocomunicación específicos del entorno aeronáutico y que funcionan en la banda de VHF, de acuerdo con los criterios expuestos en el apartado anterior relativos al uso del espectro de frecuencias. Los sistemas en VHF podemos dividirlos en dos grupos: sistemas para comunicaciones y sistemas para la navegación. 2.1. S IS TEMAS DE COMUNICACIONES EN VHF Los sistemas de comunicaciones engloban tanto comunicaciones tierra – aire como tierra – tierra, y permiten el intercambio de voz y / o datos entre aeronaves y los centros de control terrestres, así como entre diferentes centros de control en tierra. La banda VHF reservada para las comunicaciones aeronáuticas es la comprendida entre 118 y 137 MHz. Dentro de este margen se proporcionan tanto servicios de voz como de datos. Tradicionalmente, los sistemas se han basado en la transmisión de voz. Sin embargo, la reducida capacidad binaria que tienen los canales optimizados para voz y su baja eficiencia espectral, hacen que en el entorno del ATC (Air Traffic Control) están ganando cada vez más importancia los enlaces de datos, y se espera que en el futuro estas conexiones sean el método principal en que se soporten las comunicaciones aeronáuticas, dejándose la voz como mecanismo de back-up en situaciones de emergencia. Además, la estandarización en el formato de los mensajes y su contenido, significarán una mejora en el intercambio de información, sin las limitaciones de los idiomas y su pronunciación. La saturación existente en el espectro de la banda de VHF atribuida a los servicios de comunicaciones aeronáuticos, ha obligado a reducir la separación entre radiocanales de 25 kHz a 12,5 kHz, e incluso se ha normalizado la de 8,33 kHz, para aumentar el número de portadoras disponibles.

Sistemas de comunicaciones por enlace de datos. a) Sistema ACARS (Aircraft Communications Addressing and Reporting System) Fue la primera solución para la transmisión de datos tierra – aire vía radio, disponible desde finales de los 70. Funciona en la frecuencia de 131,55 MHz y en 25 kHz de anchura de banda permite un caudal máximo de 300 bps. El sistema ACARS está configurado por una unidad de gestión (MU) instalada en la aeronave que facilita, conectada a los equipos de VHF, el envío y recepción de los mensajes, y una unidad de control (CDU). En tierra, es preciso disponer de una red de transceptores radio que reciben y transmiten los mensajes de datos. 205 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

Entre los mensajes ACARS destacan los siguientes: -

ATC (Air Traffic Control): mensajes para peticiones y concesiones de autorización de vuelo. AOC (Aeronautical Operation and Control) AAC (Aeronautical Administrative Communications): Información sobre la posición de la aeronave, consumo de combustible, etc.

b) Soluciones VDL (VHF Digital Link) -

-

-

-

VDL 1: se concibió para la transmisión de voz digital por portadora analógica con una modulación ASK. La tasa binaria es baja por lo que no se implantó operacionalmente y fue sustituida por la VLD2 VDL 2: Esta norma fue aceptada por la OACI a finales de 1996. Utiliza un esquema de modulación 8-DPSK de eficiencia superior al de VDL 1. Opera en la banda de 118 a 137 MHz con una canalización de 25 kHz. Desde 2002 está operativo en Europa en la frecuencia de 136,975 MHZ pero en 2008 se extendió a las frecuencias de 136,725; 136,775 y 136,875 MHz. Con la modulación 8DPSK se consigue una velocidad de 10,5 baudios para una tasa binaria de 31,5 kbps. Ofrece servicios tierra – aire punto a punto, careciendo de facilidades de difusión (punto a multipunto). VDL 3: Este sistema, diseñado por la FAA (Federal Aviation Administration) de los EE UU, no está operativo en Europa. Soporta de manera integrada comunicaciones tierra - aire de voz digitalizada y datos, tanto punto a punto como punto a multipunto. Sus características son similares a la de VDL 2 si bien usa acceso TDMA con modulación 8- DPSK a 10,5 baudios (31,5 kbps). VDL 4: Su objetivo era resolver las deficiencias de las versiones anteriores. Soporta tratamiento de prioridad de mensajes y puede trabajar en la modalidad punto a punto y punto a multipunto. Usa una modulación GFSK con una tasa binaria de 19,2 kbps con radiocanales a 25 kHz . El protocolo de acceso es STDMA (Self organizing TDMA) que permite distribuir las prioridades entre los diferentes usuarios mediante un canal de control central y sin necesidad de una estación de coordinación. De esta manera se simplifica la infraestructura terrestre y facilita su uso en zonas oceánicas o polares. La trama TDMA consta de 4500 intervalos (TS). La reserva de intervalos puede hacerse con una antelación de 4 minutos. Asimismo, VDL 4 permite enviar la posición de la aeronave al menos una vez por minuto, pudiendo ser difundida cada 5 segundos si así se solicita. En el VDL 4 las estaciones móviles necesitan una sincronización con el tiempo universal (hora TU), para lo cual puede utilizarse un sistema de satélites (GPS o Galileo), relojes atómicos a bordo de la aeronave, redes de tierra especializadas u otras aeronaves.

206 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

Las siguientes tablas, resumen las características de los sistemas VDL FORTALEZAS

DEBILIDADES

ACARS/VDL1

Robusto, Eficacia comprobada, Maduro, Desarrollado, Desplegado

VDL2

Estandarizado, Velocidad Moderada, Aplicaciones comprobadas, Eficacia comprbada

Velocidad y aplicaciones limitadas, Saturado, No estandarizado Problemas con canales adyacentes, no hay prioridad en el tráfico de datos, no soporta voz ni aplicaciones en tiempo real, protocolo débil

VDL3

VDL4

Voz y datos sobre un mismo canal radio, Sopoerta prioridades y aplicaciones críticas en el tiempo, Caudal más eficiente Caudal de datos eficiente, aplicaciones flexibles (incluye navegación y vigilancia), comunicaciones aire-aire, autogestión, adecuado para áreas remotas

Voz Datos

Aún se encuentra en proceso de implantación

No soporta voz en tiempo real, aún se encuentra en proceso de implantación

VDL1

VDL3

VDL4

No











25 kHz

25 kHz

25 kHz

26-27 dB

26-27 dB

10 dB

2

2

0

31,5 Kbps

31,5 Kbps

91,2 Kbps

D8PSK

D8PSK

GFSK

Aire-Tierra

Aire-Tierra

Aire-Tierra y Aire-Aire

Control de red

Control desde tierra No se necesita sincronización

Control desde tierra Sincronización desde tierra

Control desde tierra Sincronización desde tierra o aire

Protocolo de acceso

Aleatorio  CSMA

Aleatorio  TDMA, CSMA

Organizado  STDMA

Máximo 1

Máximo 4: - 3 de voz + 1 de datos - 2 de voz + 2 de datos

Escalable

Espectro requerido S/N Número bandas requeridas Velocidad de transmisión de datos Modulación Subred de comunicaciones

Conexiones de comunicación por cada canal

207 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

2.2. S IS TEMAS DE RADIONAVEGACIÓN a) ILS (Instrumental Landing System) El ILS (Sistema de aterrizaje por instrumentos) facilita el aterrizaje de las aeronaves cuando las condiciones de visibilidad son muy precarias o nulas. Está basado en un conjunto de estaciones transmisoras y receptoras situadas en tierra y en las aeronaves, respectivamente. El ILS proporciona una guía, tanto vertical (UHF) como horizontal (VHF), a la aeronave para realizar aproximaciones a tierra muy precisas. Existen tres categorías de funcionamiento ILS que se resumen en la Tabla 3.

Tabla 3: Categorías ILS El ILS está compuesto por: -

Equipo localizador en VHF: Trabaja en la banda de 108 – 111,975 MHz y la radiación de las antenas del localizador genera un diagrama de campo modulado en amplitud por dos tonos (90 Hz y 150 Hz); cada uno de ellos predomina en un lado u otro del rumbo.

-

Radiobalizas VHF: En el sistema ILS existen, por norma general, dos (o tres) radiobalizas por cada instalación. Su misión es producir diagramas de radiación que indican distancias predeterminadas, respecto el umbral, a lo largo de la senda de planeo. Trabajan en la frecuencia de 75 MHz y se modulan con un tono de 3.000; 1.300 ó 400 Hz según su ubicación y funcionalidad.

-

Equipo de senda de planeo en UHF: Trabaja en la banda de 328,6 – 335,4 MHz y el diagrama de radiación de sus antenas suministra una trayectoria (también mediante la modulación en amplitud por dos tonos: 90 y 150 Hz) de descenso en el plano vertical que contiene el eje de la pista.

Las parejas de frecuencias del localizador (VHF) y del equipo de senda de planeo (UHF) se han de seleccionar ajustándose a la siguiente Tabla 4 (Volumen V, Cap. 4 del Anexo 10 de la OACI)

208 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

Tabla 4: Pares de frecuencias ILS b) VOR (VHF Omnidirectional Range) El VOR es en esencia un radiofaro omnidireccional giratorio que emite señales que se comparan en la aeronave para determinar la información azimutal de la misma (marcación VOR). Trabaja en la banda de 112 – 118 MHz con una potencia de unos 200 W y cubre distancias de hasta 150 km. La portadora emitida por un VOR está modulada en amplitud por tres señales. Una es la identificación de la estación que permite al piloto su identificación. Las otras dos son señales sinusoidales de 30 Hz. Se les llama señal de referencia y señal variable respectivamente. La referencia mantiene siempre su fase constante, mientras que la variable cambia su fase según la dirección en la que sea emitida. Dicha dirección se mide como un azimut, es decir, se divide en 360 grados alrededor de la antena VOR contando en sentido horario a partir del norte magnético terrestre, punto en el cual la señal de referencia y la variable tienen fase idéntica. De esta manera se puede visualizar una antena VOR como el punto desde el cual parten 360 líneas de dirección, a las que se les llama radiales. El equipo VOR en la aeronave recibe la señal y demodula sus tres señales. Compara la señal de referencia con la variable y determina la diferencia de fase entre las dos. De esta manera puede conocerse en qué radial del VOR sintonizado se encuentra la aeronave con respecto al norte magnético terrestre.

209 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

Otra manera de verlo es que el radial obtenido por el equipo VOR de la aeronave, es el ángulo de desplazamiento entre el norte magnético y la aeronave, medido desde la antena de la estación terrestre VOR. Para mejorar las prestaciones del VOR en condiciones de propagación adversas, se emplea el Doppler VOR (DVOR) que incorpora una modulación de frecuencia menos vulnerable a los efectos atmosféricos. c) GBAS (Ground Based Augmentation System) Es un sistema que facilita mayor precisión en los datos de aproximación de las aeronaves a los aeropuertos. Trabaja en la banda de 108,025 – 117,950 MHz y consta de una estación de referencia instalada en o cerca del aeropuerto. Esta estación calcula las correcciones diferenciales de la posición de la aeronave y se las transmite al receptor de a bordo mediante un enlace en VHF. La Tabla 5 es un resumen de los diferentes sistemas de radionavegación en las diferentes bandas de frecuencia (VHF y UHF) tanto basados en tierra como en satélite.

RECUERDA

Las comunicaciones de voz y datos entre tierra – aire y tierra – tierra utilizan frecuencias en la banda de 118 – 137 MHz, El sistema más moderno para establecer enlaces de datos con aeronaves es el VDL 4 (VHF Digital Link) con radiocanales separados 25 kHz, con modulación GFSK y con velocidad binaria de 19,2 kbps. El sistema de radionavegación ILS funciona, en su orientación horizontal, en la banda de 108 – 111,975 MHz. El sistema de radionavegación VOR trabaja en la banda de 112 a 118 MHz. 210 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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SISTEMAS DE COMUNICACIÓNES AERONÁUTICAS EN VHF

RESUMEN MODULO 6

Hemos identificado las bandas de frecuencia en VHF (30 – 300 MHz) en las que, conforme al Reglamento de Radiocomunicaciones y la OACI, existen atribuciones a los servicios móviles aeronáuticos y a las aplicaciones más importantes a nivel mundial. Se describen las asignaciones, en VHF, más relevantes y se identifican los sistemas que las utilizan (ILS, VOR, VDL, PMR)

211 División de Formación y Selección Personal de Convenio

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