PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL PERÚ 
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA 
 
 
 
 
 
 
 
MEJORAMIENTO DE LAS COMUNICACIONES ANALÓGICAS 
Y DIGITALES VÍA EL ELECTROCHORRO ECUATORIAL 
EMPLEANDO DIVERSIDAD 
 
 
Tesis para optar por el título de Ingeniero de las Telecomunicaciones, que presenta 
el bachiller: 
 
Nadia Patricia Yoza Mitsuishi 
 
 
 
 
 
ASESORES: Ing. David Chávez Muñoz 
              Dr. Jorge Luis Chau Chong-Shing 
 
 
Lima, julio de 2009 
    
 
  I   
RESUMEN 
 
El Electrochorro Ecuatorial (EEJ por sus siglas en inglés) es una corriente 
horizontal de electrones que fluye a lo largo del ecuador magnético y está confinada 
a una delgada capa a 100 km de altura, en la ionósfera. Con este recurso, 
disponible en el Perú y otros pocos países, es posible realizar enlaces de 
radiocomunicaciones vía dispersión usando frecuencias de la banda VHF. 
 
Anteriormente se han realizado pruebas de transmisión de voz y datos a 
través del EEJ. A partir de ellas se concluyó que la modulación FM es la que ofrece 
una mayor inteligibilidad de las comunicaciones, pero éstas son distorsionadas por 
desvanecimientos. Éstos son producidos de manera aleatoria, por lo que pueden 
ser contrarrestados mediante el empleo de técnicas de diversidad.  
 
El presente trabajo tiene como objetivo estudiar las características del canal 
de comunicaciones EEJ y mejorar la calidad de la voz y datos transmitidos a través 
de éste. Para ello se analizan las comunicaciones en función a la variación de 
ciertos parámetros del EEJ y el efecto de la aplicación de la técnica de diversidad 
en la calidad de la voz y los datos recibidos.  
 
Los resultados de este trabajo se dividen en dos partes. En la primera de 
ellas se ha desarrollado un programa que simula la transmisión de voz y datos a 
través del EEJ. Dicho simulador permite estudiar la calidad de las comunicaciones 
para distintos parámetros del sistema y del canal EEJ. Asimismo, se ha simulado el 
uso de diversidad sin necesidad de implementar físicamente el enlace. En la 
segunda parte se han realizado pruebas de campo en el enlace Jicamarca-Paracas 
con el objetivo de validar los resultados del simulador. En estas pruebas se 
transmitió voz y datos empleando diversidad a fin de comprobar la mejora de la 
calidad de la señal recibida respecto al caso de transmisión sin diversidad. 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  II   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A mis amados padres: 
Teodoro y Elena  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  III   
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
Quiero expresar mi agradecimiento a todas aquellas personas que me 
ayudaron de alguna forma a la realización de la tesis.  
 
A mis padres (Teodoro y Elena) y mis hermanas (Natalia y Katia), por su 
apoyo incondicional. 
 
Mi especial agradecimiento al Dr. Jorge Luis Chau, mi asesor, por brindarme 
la oportunidad de participar en este proyecto de investigación. Muchas gracias por 
sus enseñanzas y constante apoyo durante todo el desarrollo de la tesis, así como 
por toda la confianza, paciencia, motivación y consejos brindados. 
 
A mi asesor, el Ing. David Chávez, por su confianza en mi persona y apoyo 
durante el desarrollo de la tesis, así como por el tiempo brindado. 
 
A Karim Kuyeng, José Daniel Alcántara, Freddy Galindo, Iván Manay, 
Darwin Córdova, Henry Pinedo, Fernando Villanueva y José Francisco Quenta, 
quienes siempre estuvieron dispuestos a compartir sus conocimientos, brindarme el 
soporte necesario en el desarrollo de la tesis y guiarme con sus oportunos 
consejos. 
 
A todo el personal del Radio Observatorio de Jicamarca, por su colaboración 
en los trabajos realizados y la amabilidad mostrada, así como por su amistad, 
enseñanzas y consejos.  
 
A mis compañeros de promoción y amigos, cuyos consejos y ánimos me 
permitieron lograr la culminación de la tesis. 
 
 
 
 
 
 
    
 
  IV   
INDICE 
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1 
CAPÍTULO 1 
MARCO TEÓRICO .................................................................................................. 3 
1.1. El Electrochorro Ecuatorial ..................................................................... 3 
1.1.1. Definición ............................................................................................... 3 
1.1.2. Geometría .............................................................................................. 6 
1.1.3. Propagación ionosférica a través del EEJ .............................................. 7 
1.1.4. Parámetros del EEJ como canal de comunicaciones ............................. 9 
1.1.4.1. Relación señal a ruido (SNR) ................................................................. 9 
1.1.4.2. Ensanchamiento espectral y tiempo de coherencia del canal ................ 9 
1.1.4.3. Dispersión del retardo y ancho de banda de coherencia .......................10 
1.2. Desvanecimientos .................................................................................11 
1.2.1. Clasificación de los desvanecimientos ..................................................11 
1.2.2. Modelos estadísticos de los desvanecimientos: desvanecimiento de 
Rayleigh…………………………………………………………………………………….12 
1.3. Técnicas para contrarrestar el desvanecimiento: diversidad .................14 
1.3.1. Técnicas de diversidad .........................................................................16 
1.3.2. Métodos de combinación de señales en sistemas con diversidad .........18 
1.4. Tipos de modulación empleados ...........................................................19 
1.4.1. Modulación analógica ...........................................................................20 
1.4.1.1. Modulación en amplitud (AM), Doble Banda Lateral (DSB) y Banda 
Lateral Única (SSB) ................................................................................................20 
1.4.1.2. Modulación en frecuencia (PM) y Modulación de fase (FM) ..................23 
1.4.2. Modulación digital .................................................................................25 
1.4.2.1. Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) ..............................26 
1.4.2.2. Modulación por desplazamiento de fase (PSK) .....................................26 
    
 
  V   
1.4.2.3. Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) ...........................28 
1.4.2.4. Radiopaquetes ......................................................................................29 
1.5. Antecedentes de las comunicaciones vía el EEJ ..................................30 
CAPÍTULO 2 
SIMULADOR DE COMUNICACIONES VIA EL ELECTROCHORRO ECUATORIAL
 ...............................................................................................................................32 
2.1. Antecedentes ........................................................................................32 
2.2. Modelo simplificado de las comunicaciones vía EEJ .............................33 
2.2.1. Modulación............................................................................................34 
2.2.2. Generación del canal de comunicaciones EEJ ......................................34 
2.2.3. Modulación por el EEJ ..........................................................................37 
2.2.4. Demodulación .......................................................................................37 
2.3. Variaciones del modelo .........................................................................38 
2.3.1. Simulación del espesor de la capa del EEJ ...........................................38 
2.3.2. Simulación de transmisión de voz .........................................................39 
2.3.3. Simulación de transmisión de datos ......................................................40 
2.3.3.1. Simulación de transmisión de datos de modo directo ............................40 
2.3.3.2. Simulación de transmisión de datos de modo indirecto .........................42 
2.3.4. Simulación del empleo de diversidad ....................................................44 
CAPÍTULO 3 
RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES .............................................................45 
3.1. Simulación de transmisión de voz .........................................................45 
3.1.1. Tipos de modulación .............................................................................46 
3.1.2. Caracterización de los desvanecimientos .............................................47 
3.1.3. Calidad en función de los parámetros del EEJ y del sistema de 
comunicaciones ......................................................................................................51 
3.1.3.1. Calidad en función del SNR ..................................................................51 
    
 
  VI   
3.1.3.2. Calidad en función del ancho espectral del EEJ ....................................52 
3.1.3.3. Calidad empleando diversidad ..............................................................52 
3.2. Simulación de transmisión de datos ......................................................53 
3.2.1. Simulación de la transmisión de datos de modo directo ........................53 
3.2.1.1. Tipos de modulación .............................................................................54 
3.2.1.2. Caracterización de los desvanecimientos .............................................55 
3.2.1.3. Calidad en función de los parámetros del EEJ y del sistema de 
comunicaciones ......................................................................................................56 
3.2.1.3.1. Calidad en función del SNR ..................................................................56 
3.2.1.3.2. Calidad en función del ancho espectral del EEJ ....................................57 
3.2.1.3.3. Calidad en función del espesor de la capa del EEJ ...............................58 
3.2.1.3.4. Calidad en función de la tasa de bits .....................................................59 
3.2.1.3.5. Calidad empleando diversidad ..............................................................60 
3.2.2. Simulación de la transmisión de datos de modo indirecto .....................61 
3.3. Otros resultados ....................................................................................65 
CAPÍTULO 4 
PRUEBAS DE CAMPO: ENLACE JICAMARCA-PARACAS .................................67 
4.1. Introducción ..........................................................................................67 
4.2. Geometría del enlace ............................................................................68 
4.3. Configuración del sistema .....................................................................69 
4.3.1. Configuración del hardware ..................................................................69 
4.3.1.1. Configuración del sistema de transmisión .............................................72 
4.3.1.2. Configuración del sistema de recepción ................................................74 
4.3.2. Configuración del software y programas empleados .............................76 
4.3.2.1. Software de transmisión ........................................................................76 
4.3.2.2. Software de modulación y demodulación de datos ................................76 
4.3.2.3. Programa de procesamiento de datos ...................................................77 
    
 
  VII   
4.3.2.4. Programa de análisis de datos ..............................................................78 
4.4. Procedimiento empleado .......................................................................78 
4.5. Resultados de las pruebas de campo ...................................................80 
4.5.1. Resultados de la transmisión de voz .....................................................80 
4.5.1.1. Calidad de la voz en función del SNR ...................................................81 
4.5.1.2. Calidad de la voz en función del empleo de diversidad .........................82 
4.5.2. Resultados de la transmisión de datos ..................................................84 
4.6. Otros resultados ....................................................................................87 
CONCLUSIONES ...................................................................................................89 
RECOMENDACIONES ...........................................................................................92 
REFERENCIAS ......................................................................................................94 
ANEXOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  VIII   
INDICE DE FIGURAS 
Figura 1.1. Velocidad radial y perfil de potencia del EEJ en función de la altura de 
su capa .................................................................................................................... 4 
Figura 1.2. Declinación, componentes Horizontal y Vertical del campo magnético en 
Jicamarca. ............................................................................................................... 5 
Figura 1.3. Caracterización temporal del EEJ durante el Año Geofísico 
Internacional de 1957 .............................................................................................. 5 
Figura 1.4. Geometría global del Electrochorro Ecuatorial  ..................................... 6 
Figura 1.5. Geometría local del Electrochorro Ecuatorial ........................................ 6 
Figura 1.6. Dispersión frontal de las ondas de radio ............................................... 8 
Figura  1.8. Desvanecimiento de Rayleigh para un ancho espectral de 20 Hz .......13 
Figura 1.9. Diversidad en tiempo ...........................................................................16 
Figura 1.10. Diversidad en frecuencia ....................................................................16 
Figura 1.11. Diversidad en espacio ........................................................................17 
Figura 1.12. Diversidad en polarización .................................................................17 
Figura 1.13. Combinación por conmutación ...........................................................18 
Figura 1.14. Combinación por selección ................................................................18 
Figura 1.15. Combinación por equiganancia ..........................................................19 
Figura 1.16. Combinación por tasa máxima ...........................................................19 
Figura 1.17. Señales moduladora, portadora y modulada en DSB .........................21 
Figura 1.18. Espectro de las señales moduladora, portadora y modulada en DSB
 ........................................................................................................... ……………..21 
Figura 1.19. Señal modulada en AM ......................................................................22 
Figura 1.20. Espectro de la señal modulada en AM ...............................................23 
Figura 1.21. Espectro de la señal modulada SSB-USB ..........................................23 
Figura 1.22. Señales moduladora, portadora, modulada en PM y modulada en FM
 ...............................................................................................................................25 
Figura 1.23. Secuencia de bits transmitidos y señal modulada en ASK .................26 
Figura 1.24. Señal modulada en BPSK ..................................................................27 
    
 
  IX   
Figura 1.25. Señal modulada en QPSK .................................................................27 
Figura 1.26. Señal modulada en FSK ....................................................................29 
Figura 2.1. Diagrama de bloques del simulador .....................................................33 
Figura 2.2. Sistema para producir ruido gaussiano coloreado y generación del 
espectro del ruido coloreado ...................................................................................35 
Figura 2.3. Espectro de frecuencia del canal de comunicaciones EEJ y su espectro 
teórico .....................................................................................................................36 
Figura 2.4. Función del canal EEJ en el dominio del tiempo ..................................37 
Figura 2.5. Simulación del espesor de la capa del EEJ ..........................................38 
Figura 2.6. Simulación de la transmisión de voz ....................................................40 
Figura 2.7. Simulación de la transmisión de datos de modo directo .......................41 
Figura 2.8. Componentes retardadas de la señal recibida y señal total recibida 
afectada por la dispersión del retardo .....................................................................42 
Figura 2.9. Simulación de la transmisión de datos de modo indirecto ....................43 
Figura 2.10. Diagrama de bloques de la simulación de diversidad con dos 
realizaciones empleando el combinador por tasa máxima ......................................44 
Figura 3.1. Audio transmitido y su espectrograma .................................................46 
Figura 3.2. Desvanecimientos de la señal para un valor alto de SNR. Gráficas de la 
voz recibida y su espectrograma. ...........................................................................48 
Figura 3.3. Desvanecimientos de la señal para un valor alto de SNR. Gráficas de la 
potencia de la señal recibida respecto del ruido (sin amplificar y amplificada cerca 
del nivel de ruido) ...................................................................................................49 
Figura 3.4. Desvanecimientos de la señal para un valor bajo de SNR. Gráficas de la 
voz recibida y su espectrograma ............................................................................49 
Figura 3.5. Desvanecimientos de la señal para un valor bajo de SNR. Gráficas de la 
potencia de la señal recibida respecto del ruido (sin amplificar y amplificada cerca 
del nivel de ruido) ...................................................................................................50 
Figura 3.6. Espectrogramas de los audios recibidos considerando dos realizaciones 
independientes del canal EEJ con los mismos parámetros de transmisión. ............51 
Figura 3.7. Índice de correlación en función del SNR y el ancho espectral ............52 
Figura 3.8. Índice de correlación en función del SNR y la diversidad .....................53 
Figura 3.9. Secuencia de bits transmitidos, señal conformada, secuencia de bits 
recibidos y señal demodulada para un SNR bajo ...................................................55 
    
 
  X   
Figura 3.10. Gráfico similar al de la figura 3.9 para un SNR alto ............................56 
Figura 3.11. BER vs SNR considerando la variación del ancho espectral ..............57 
Figura 3.12. BER vs tasa de bits considerando la variación del espesor del canal 
EEJ .........................................................................................................................58 
Figura 3.13. BER vs SNR considerando la variación de la tasa de bits ..................59 
Figura 3.14. BER vs SNR considerando distintos números de realizaciones para la 
simulación de diversidad .........................................................................................61 
Figura 3.15. Tasa de caracteres errados vs SNR considerando la variación de la 
tasa de bits .............................................................................................................59 
Figura 3.16. Tasa de caracteres errados vs SNR considerando el uso de diversidad 
para el modo PSK31 ...............................................................................................61 
Figura 4.1. Locus de perpendicularidad entre las estaciones de Jicamarca y 
Paracas  .................................................................................................................69 
Figura 4.2. Plano de elevación del enlace Jicamarca-Paracas  ..............................69 
Figura 4.3. Diagrama de bloques de la configuración para las pruebas entre 
Jicamarca y Paracas  .............................................................................................70 
Figura 4.4. Disposición de los equipos para la transmisión ....................................73 
Figura 4.5. Arreglo de antenas para la transmisión desde Jicamarca ....................73 
Figura 4.6. Disposición de los equipos para la recepción en Paracas ....................75 
Figura 4.7. Arreglo de antenas para la recepción en Paracas ................................75 
Figura 4.8. Interfaz gráfica del programa para transmisión ROJ Beacon ...............76 
Figura 4.9. Interfaz del software de modulación digital Fldigi .................................77 
Figura 4.10. Gráfica de la variación de la diferencia de las componentes del campo 
magnético medidas entre Jicamarca y Piura ...........................................................79 
Figura 4.11. Audio recibido y su espectrograma para un SNR de 11 dB ................81 
Figura 4.12. Audio recibido y su espectrograma para un SNR de 21 dB ................82 
Figura 4.13. Audio recibido empleando diversidad y su espectrograma para un SNR 
de 11 dB .................................................................................................................83 
Figura 4.14. Audio recibido empleando diversidad y su espectrograma para un SNR 
de 21 dB .................................................................................................................83 
 
    
 
  XI   
INDICE DE TABLAS 
Tabla 3.1. Tasa de caracteres errados obtenidos de las simulaciones de 
comunicaciones de datos de modo indirecto sin el uso de diversidad .....................63 
Tabla 3.2. Tasa de caracteres errados obtenidos de las simulaciones de 
comunicaciones de datos de modo indirecto con el uso de diversidad ...................63 
Tabla 4.1. Características del enlace de comunicaciones .......................................68 
Tabla 4.2. Parámetros básicos del sistema de comunicaciones .............................70 
Tabla 4.3. Características de los radios transceptores empleados en la transmisión 
desde Jicamarca.....................................................................................................72 
Tabla 4.4. Mensaje transmitido y mensajes recibidos usando modulación PSK250 
para valores de SNR bajo y medio considerando el uso de diversidad ...................85 
Tabla 4.5. Tasa de caracteres errados obtenidos de las pruebas de comunicaciones 
de datos sin el uso de diversidad ............................................................................87 
Tabla 4.6. Tasa de caracteres errados obtenidos de las pruebas de comunicaciones 
de datos con el uso de diversidad ...........................................................................87 
    
 
  1   
INTRODUCCIÓN 
 
Las comunicaciones desempeñan un rol fundamental en la sociedad actual. 
El intercambio de información favorece el desarrollo económico, social y cultural de 
los pueblos y permite un mejoramiento de la calidad de vida de la población. Los 
últimos años se han caracterizado por una revolución en los sistemas y servicios de 
comunicaciones, acompañada por un significativo incremento del volumen de 
información. Por tal motivo, las tecnologías actuales buscan brindar una mayor 
velocidad de transferencia de datos para satisfacer los requerimientos de las 
nuevas aplicaciones, las cuales están mayormente orientadas a los usuarios de las 
grandes ciudades.  
 
Sin embargo, en países como el nuestro los servicios básicos de 
comunicaciones en muchas zonas rurales y de difícil acceso aún no han sido 
cubiertos. Debido a la difícil geografía de nuestro territorio, muchas veces no es 
posible llegar a aquellos lugares a través de enlaces microondas, los cuales 
requieren de línea de vista, y, además, resulta poco viable económicamente 
implementar y mantener enlaces satelitales. Por esta razón, se opta en estos casos 
por el empleo de comunicaciones por reflexión ionosférica en la banda de HF, con 
lo cual se logra alcanzar mayores distancias a bajo costo, aunque con menor 
calidad que las anteriores. 
 
El Electrochorro Ecuatorial (EEJ, Equatorial Electrojet) se presenta como un 
medio alternativo de comunicaciones para atender a zonas de difícil acceso 
utilizando la banda de VHF. Consiste en una corriente horizontal de electrones 
ubicada a 100 km de altura en la ionósfera, a lo largo del ecuador magnético, el 
cual atraviesa el territorio central del Perú y otros pocos países. Esta posición 
privilegiada favorece el estudio de este fenómeno, el cual, desde la década de 
1950, ha sido objeto de experimentos que confirman su potencial como medio de 
comunicación por dispersión frontal, pero que hasta la fecha no se ha logrado 
explotar de manera sistemática.  
 
El presente trabajo tiene como objetivo estudiar las características del 
canal de comunicaciones EEJ y mejorar la calidad de las comunicaciones 
analógicas y digitales transmitidas a través de éste, con la finalidad de que 
pueda promoverse su uso como medio alternativo de comunicaciones en el país. 
    
 
  2   
Para ello se analiza la variación de ciertos parámetros del EEJ empleado como 
canal de comunicaciones (ancho espectral y relación señal a ruido) y el efecto de la 
aplicación de la técnica de diversidad en la calidad de la voz y datos transmitidos 
vía el EEJ.  
 
Para lograr este fin, este trabajo consta de dos partes principales. En la 
primera de ellas se desarrolla un programa que simula la transmisión de voz y datos 
a través de un EEJ modelado sin necesidad de implementar físicamente el enlace. 
Además, se simula el uso de diversidad para la transmisión y se realiza el 
procesamiento respectivo para lograr una mejor calidad de la señal recibida. En la 
segunda parte se realizan pruebas de campo sobre el enlace punto a punto entre 
Jicamarca y Paracas con la finalidad de validar los resultados de las simulaciones. 
En estas pruebas se transmite voz y datos empleando diversidad a fin de 
comprobar el mejoramiento de la calidad de la señal recibida respecto al caso de 
transmisión sin diversidad.  
 
La tesis se ha organizado en cuatro capítulos. El capítulo 1 desarrolla el 
marco teórico, el cual comprende una introducción teórica del EEJ y sus 
características como canal de comunicaciones, así como la definición de los 
conceptos de desvanecimiento y diversidad. Se describen también brevemente los 
tipos de modulación analógica y digital empleados y se realiza una breve referencia 
a los experimentos de comunicaciones realizados anteriormente. El capítulo 2 
describe el modelo del simulador de comunicaciones analógicas y digitales vía EEJ, 
en el cual se incluye la simulación de diversidad. Los resultados de las simulaciones 
se presentan en el capítulo 3. En este capítulo se incluye además estadísticas de la 
calidad de la voz y datos en función de la variación de los parámetros del EEJ. El 
capítulo 4 describe las pruebas de campo de comunicaciones de voz y datos 
realizadas en el enlace Jicamarca-Paracas aplicando diversidad. Se presentan los 
resultados de dichas pruebas y el análisis de las mismas. Finalmente, se detallan 
las principales conclusiones y recomendaciones referentes a este trabajo. 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  3   
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
MARCO TEÓRICO 
  
En este capítulo se abordarán los conceptos necesarios para el desarrollo 
de la tesis, como son la definición del EEJ y sus características como canal de 
comunicaciones. Se define el concepto de desvanecimiento de la señal y se 
mencionan algunas técnicas empleadas para el mejoramiento de la calidad de la 
misma, entre las cuales se destaca la técnica de diversidad. Finalmente, se 
describen los tipos de modulación analógica y digital empleadas para la transmisión 
y se da una breve reseña de los antecedentes de las comunicaciones a través del 
EEJ. 
 
1.1. El Electrochorro Ecuatorial 
 
1.1.1. Definición 
 
Se conoce como Electrochorro Ecuatorial (EEJ, Equatorial ElectroJet) a una 
gran corriente horizontal de electrones que fluye a lo largo del ecuador magnético. 
Se encuentra en la ionósfera, dentro de la región E, entre los 95 y los 110 km de 
altitud. Comprende un ancho de 600 km en la dirección norte-sur centrado en el 
ecuador magnético, lo que equivale a ± 3° de latitu d magnética [1]. 
 
El EEJ presenta irregularidades que se encuentran en constante 
movimiento, las cuales son causadas por la acción de las turbulencias y la variación 
de la densidad electrónica en la ionósfera. El promedio de los desplazamientos de 
estas irregularidades provoca un movimiento de todo el EEJ, que genera un campo 
eléctrico que se desplaza en dirección este en el día y hacia el oeste durante la 
noche. En la figura 1.1 se muestran las gráficas del espectrograma (velocidad radial 
    
 
  4   
vs. rango) y el perfil de potencia de los ecos del EEJ en función de la altura de la 
capa de éste. Del primer gráfico se observa que la dispersión radial del EEJ 
aumenta con la altura y puede alcanzar la velocidad del sonido (360 m/s). Además, 
se aprecia que el espesor del EEJ es de aproximadamente 15 km. En la segunda 
gráfica se aprecia que los ecos de EEJ son más intensos a medida que se 
incrementa la altura dentro del rango del EEJ. 
 
 
Figura 1.1. Espectrograma (izquierda) y perfil de potencia (derecha) del EEJ en 
función de la altura de su capa (imagen proporcionada por el Dr. Chau) 
 
La intensidad de los ecos del EEJ está determinada por la conductividad del 
EEJ, la cual es proporcional al campo eléctrico y al campo magnético de éste [2]. 
Una medida aproximada de la intensidad del EEJ es la magnitud de la diferencia de 
la componente horizontal del campo magnético medida en dos estaciones, una 
dentro del área cubierta por el EEJ y otra fuera de ésta (∆ H ). En la figura 1.2 se 
muestra una gráfica de la variación temporal de las tres cantidades que permiten 
describir la intensidad del campo magnético medidas en Jicamarca, las cuales 
están en función de su proyección horizontal ( H ) y vertical ( Z ), además del ángulo 
de declinación, formado entre H  y el norte geográfico. Se observa en la gráfica que 
H  alcanza su mayor magnitud en horas diurnas (las horas se encuentran en escala 
UT, Universal Time), lo cual indica que la intensidad de los ecos del EEJ es mayor 
durante estas horas, alcanzando su pico alrededor del mediodía. 
 
La figura 1.3 presenta estadísticas de la variación temporal y estacional de 
la intensidad del EEJ durante el Año Geofísico Internacional (1957-1958). Se 
comprueba que, en efecto, el EEJ es más intenso durante el día, entre las 8 a.m. y 
    
 
  5   
3 p.m., aproximadamente, y disminuye considerablemente en las noches. Respecto 
a su variación estacional, las observaciones efectuadas muestran que la intensidad 
diurna del EEJ registrada para los meses de Noviembre de 1957 y Enero y Febrero 
de 1958 fue más baja que para los demás meses [3]. 
 
Figura 1.2. Ángulo de Declinación (línea roja), expresado en minutos (eje Y a la 
derecha), y componentes Horizontal (línea azul) y Vertical (línea verde), expresadas 
en Teslas (eje Y a la izquierda), del campo magnético en Jicamarca. [4] 
 
 
Figura 1.3. Caracterización temporal de la intensidad de la señal dispersada en el 
EEJ durante el Año Geofísico Internacional de 1957-1958 [3] 
    
 
  6   
1.1.2. Geometría 
 
El gráfico de la geometría global del EEJ se muestra en la figura 1.4. Como 
se mencionó, el EEJ se presenta a lo largo del ecuador magnético (línea roja), el 
cual no coincide con el ecuador geográfico (línea verde). En la figura 1.5 se observa 
que, a nivel local, el EEJ atraviesa el territorio del Perú en la región centro-sur y 
comprende un ancho de ± 3° de latitud magnética. 
 
 
Figura 1.4. Geometría global del Electrochorro Ecuatorial [5] 
 
 
Figura 1.5. Geometría local del Electrochorro Ecuatorial [5] 
    
 
  7   
1.1.3. Propagación ionosférica a través del EEJ 
 
La propagación ionosférica consiste en la reflexión, dispersión y refracción 
de las ondas radioeléctricas en la ionósfera, situada entre los 60 y los 600 km de 
altura. Este tipo de propagación está determinado por el nivel de ionización de la 
ionósfera y la frecuencia utilizada. El nivel de ionización define la Frecuencia 
Máxima Utilizable (MUF, Maximum Usable Frequency) que puede ser empleada 
para establecer comunicaciones entre dos puntos determinados por propagación 
ionosférica. Para frecuencias mayores al MUF, las ondas incidentes escapan de la 
atmósfera y ya no retornan a la tierra. [6] 
 
Típicamente se emplea la propagación ionosférica para comunicaciones en 
la banda de HF (3 a 30 MHz) [7]. La calidad de este tipo de comunicaciones se 
caracteriza por ser ruidosa e incierta, producto de la distorsión provocada por la 
ionósfera y las condiciones cambiantes de ésta [8]. A pesar de ello, es ampliamente 
usada debido a que permite alcanzar largas distancias (hasta miles de km) a bajo 
costo, con lo cual es posible comunicar lugares alejados. Para frecuencias en las 
bandas de VHF (30 a 300 MHz) y UHF (300 MHz a 3 GHz) se opta normalmente 
por la propagación por onda de espacio, la cual permite una mayor calidad de 
comunicaciones. Sin embargo, debido a que requiere de línea de vista entre el 
transmisor y el receptor, las distancias cubiertas son cortas, por lo que serían 
necesarios múltiples repetidores para comunicar dos puntos distantes entre sí, lo 
cual resulta caro y poco viable. Otros mecanismos de propagación en bandas de 
VHF y UHF, aunque menos utilizados que el anterior, son por propagación 
troposférica y propagación ionosférica por dispersión en irregularidades en el 
medio, como en el caso del EEJ. 
 
El EEJ puede ser empleado como medio de dispersión para establecer 
enlaces de comunicaciones punto a punto por propagación ionosférica en la banda 
de VHF. Dichas comunicaciones se realizan a través de la dispersión frontal o hacia 
adelante (Forward Scatter) de las ondas de radio en las irregularidades del EEJ. La 
dispersión frontal consiste en que las ondas de radio pasan de un medio no 
ionizado a una capa ionizada en la cual se dispersa y sigue su trayectoria hacia 
adelante, como se observa en la figura 1.6. Para ello se requiere que las ondas 
dispersadas se interfieran constructivamente entre sí, es decir, que se encuentren 
desfasadas un número entero de longitudes de onda. Esto se resume en la 
condición de Bragg, la cual, aplicada a la dispersión por EEJ, establece que la 
    
 
  8   
diferencia entre los vectores incidente ( ik ) y dispersado ( rk ), denominado vector 
número de onda ( sk ), debe ser perpendicular al campo magnético, el cual está 
alineado con el plano que contiene las irregularidades del EEJ [9]. Estos vectores y 
el campo eléctrico ( E ) se grafican en la figura 1.7. El lugar geométrico determinado 
por todos aquellos puntos que cumplen la condición de dispersión de Bragg en el 
campo magnético se denomina locus de perpendicularidad. Éste depende de la 
altura del EEJ (100 km en promedio), las coordenadas de ambas estaciones y las 
características del campo magnético.  
 
De lo expuesto en el párrafo anterior se deduce que la aplicación de la ley 
de Bragg requiere la existencia de línea de vista entre cada estación y el EEJ. Por 
este motivo, la geometría del enlace establece una separación máxima de 2000 km 
entre las dos estaciones [5], distancia que se ve limitada por la altura promedio del 
EEJ (de 100 km) y la curvatura de la Tierra. 
 
 
Figura 1.6. Dispersión frontal de las ondas de radio [10] 
 
 
ik
sk
rk
E
α α
 
Figura 1.7. Condición de Bragg para la dispersión de las ondas de radio (adaptado 
de [11]) 
    
 
  9   
1.1.4. Parámetros del EEJ como canal de comunicaciones 
 
El EEJ se puede caracterizar como un canal variante en el tiempo, debido a 
que su respuesta a una determinada señal no será la misma para distintos instantes 
de tiempo. Entre sus principales parámetros podemos mencionar la relación señal a 
ruido (SNR), el ensanchamiento espectral, el cual está asociado al tiempo de 
coherencia del canal, y la dispersión del retardo, relacionada al ancho de banda de 
coherencia del canal. [5][12][13][14] 
 
1.1.4.1. Relación señal a ruido (SNR) 
 
La relación señal a ruido (SNR o S/N, Signal to Noise Ratio) se define como 
el cociente de la potencia de la señal entre la potencia del ruido medidas en un 
mismo punto de un sistema. Cuanto menor sea el SNR, el efecto del ruido será más 
perjudicial. Está expresado por la ecuación 1.1 en función de la potencia ( P ) o el 
voltaje ( A ): 
 






=





=
ruido
señal
ruido
señal
A
A
P
PdBSNR 1010 log20log10)(    …1.1 
 
En las comunicaciones vía el EEJ con sistemas VHF el ruido es causado 
principalmente por el ruido galáctico (o temperatura del cielo) y, en menor grado, 
por el ruido de los equipos.  
 
1.1.4.2. Ensanchamiento espectral y tiempo de coherencia del canal 
 
El ensanchamiento espectral o ensanchamiento Doppler (Doppler spread) y 
el tiempo de coherencia (coherence time) son inversamente proporcionales y 
constituyen una medida de la dispersión en frecuencia del canal.  
 
En el caso de comunicaciones vía EEJ, el desplazamiento Doppler consiste 
en el cambio en frecuencia de la señal debido al movimiento turbulento de las 
irregularidades que producen los ecos del EEJ. La varianza de los diferentes 
valores de desplazamiento Doppler que sufren las componentes de la señal al ser 
dispersadas en estas irregularidades provoca una dispersión en frecuencia de dicha 
señal, lo cual se denomina ensanchamiento espectral. El máximo desplazamiento 
    
 
  10   
en frecuencia debido a este ensanchamiento se conoce como ancho espectral 
( sD ), el cual, para el EEJ, toma valores en el rango de 20 a 100 Hz [15]. 
 
El tiempo de coherencia del canal ( cT ) es el tiempo durante el cual la 
respuesta al impulso del canal es considerada invariante. Este parámetro determina 
la máxima separación en tiempo para que dos señales estén correlacionadas, por lo 
que se le denomina también tiempo de correlación. Para tiempos de separación 
mayores a cT , el canal afectará las señales de manera distinta, por lo que éstas no 
estarán correlacionadas y serán independientes entre sí.  
 
El tiempo de coherencia indica también el período de ocurrencia de los 
desvanecimientos en la señal. El valor de este parámetro es aproximadamente el 
inverso del ancho espectral: 
 
s
c D
T 1≅      ...1.2 
 
1.1.4.3. Dispersión del retardo y ancho de banda de coherencia 
 
La dispersión del retardo (delay spread) y el ancho de banda de coherencia 
(coherence bandwidth) son inversamente proporcionales y constituyen medidas de 
la dispersión temporal del canal de comunicaciones. 
 
Debido al espesor del EEJ, las contribuciones de la señal transmitida llegan 
al receptor en diferentes instantes de tiempo, lo cual provoca retardos distintos que 
producen una dispersión temporal de la señal. La diferencia entre los instantes de 
tiempo en los que se reciben la primera y la última componente de la señal se 
conoce como dispersión del retardo ( mT ).  
 
El ancho de banda de coherencia del canal ( cB ) es inversamente 
proporcional a la dispersión del retardo. Este parámetro indica la máxima 
separación en frecuencia para la cual dos señales pueden estar correlacionadas. Si 
la separación entre las frecuencias de dos señales es menor que este parámetro, 
ambas sufrirán desvanecimientos similares y, por tanto, guardarán cierto grado de 
    
 
  11   
correlación. De lo contrario, las señales no estarán correlacionadas y serán 
independientes entre sí.  
 
El valor del ancho de banda de coherencia es el inverso de la dispersión del 
retardo: 
 
m
c T
B 1≅      …1.3 
 
En el caso del EEJ, este parámetro está determinado por el espesor de la 
capa del EEJ, la cual abarca 15 km. 
 
1.2. Desvanecimientos  
 
Los desvanecimientos (fading) se refieren a la reducción de la potencia que 
sufre una señal a través de un medio de propagación. Se producen como 
consecuencia de la refracción, reflexión, difracción y atenuación de las ondas de 
radio, lo cual provoca la suma constructiva o destructiva de las distintas 
componentes de la señal transmitida [16].  
 
1.2.1. Clasificación de los desvanecimientos 
 
Los desvanecimientos pueden clasificarse de acuerdo a dos criterios [14]:  
 
• Según la velocidad con la que cambia el canal en comparación a las 
variaciones de la señal, pueden clasificarse en desvanecimientos lentos 
(slow fading) y rápidos (fast fading). Los primeros se producen cuando el 
tiempo de coherencia del canal es mayor que la variación en tiempo de la 
señal transmitida, lo cual provoca que la amplitud y fase de la señal 
impuestas por el canal sean consideradas más o menos constantes. Caso 
contrario, se producen desvanecimientos rápidos, caracterizados por su 
corta duración, durante la cual la amplitud y la fase impuestas por el canal 
varían considerablemente.  
 
• De acuerdo a la forma cómo afectan los desvanecimientos al espectro de 
frecuencias de señal, pueden clasificarse en desvanecimientos planos (flat 
    
 
  12   
fading) y desvanecimientos selectivos en frecuencia (frequency selective 
fading). Los primeros provocan que todas las componentes frecuenciales de 
la señal experimenten el mismo desvanecimiento y se producen cuando el 
ancho de banda de la señal transmitida es menor que el ancho de banda de 
coherencia del canal. Si el ancho de banda de la señal es mayor, ésta 
sufrirá desvanecimiento selectivo en frecuencia, el cual provoca la distorsión 
de la señal. 
 
1.2.2. Modelos estadísticos de los desvanecimientos: desvanecimiento de 
Rayleigh  
 
Los desvanecimientos producen una variación temporal de la amplitud y 
fase de la señal transmitida, por lo que suelen modelarse como procesos aleatorios.  
Según su distribución estadística, se clasifican en los siguientes tipos: 
desvanecimiento normal, Rayleigh, Nakagami, Rice, log-normal, Weibull, etc.  
 
El desvanecimiento de Rayleigh es un modelo estadístico usado en la 
propagación de señales en ambientes en los cuales existen muchos obstáculos 
entre el transmisor y el receptor que atenúan, reflejan, refractan y difractan las 
ondas de radio [16][17]. Por este motivo, suele emplearse para modelar la 
propagación en ambientes urbanos, así como en la propagación a través de la 
tropósfera e ionósfera, en las cuales se presentan pequeñas partículas (como en el 
caso del EEJ) que provocan la dispersión de la señal.  
 
Si existe suficiente dispersión, de acuerdo con el teorema del límite central, 
la respuesta al impulso del canal puede ser modelada como un proceso gaussiano, 
independientemente de la distribución de sus componentes individuales. Si no 
existe una componente dominante en la dispersión, entonces ese proceso tendrá 
media cero y fase distribuida uniformemente entre 0 y pi2 radianes. La envolvente 
de la respuesta del canal presentará una distribución de Rayleigh, cuya función de 
densidad de probabilidad para una variable aleatoria x  está dada por la siguiente 
ecuación: 
 





≤
∞≤<
=








−
)0( ,                         0
)0(,          )(
2
2
2
2
 x 
xe
x
xp
x
σ
σ    …1.4 
    
 
  13   
donde σ es el valor RMS del voltaje recibido de la señal antes de la 
detección de la envolvente. 
 
La amplitud de la respuesta del canal suele representarse como un número 
complejo. En este caso, las partes real ( )(tI ) e imaginaria ( )(tQ ) son modeladas 
como procesos gaussianos independientes e idénticos de media cero, de modo que 
la envolvente de la respuesta está dada por 22 )()( tQtI + . 
 
La figura 1.8 muestra la variación en potencia de una señal después de 
pasar por un canal con desvanecimiento de Rayleigh y con un ancho espectral de 
20 Hz. En esta gráfica observamos la presencia de desvanecimientos, con caídas 
de potencia de hasta 35 dB, aproximadamente.  
 
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Desvanecimiento de Rayleigh
Tiempo (s)
Po
te
nc
ia
 
re
ci
bi
da
 
(dB
)
 
Figura  1.8. Desvanecimiento de Rayleigh para un ancho espectral de 20 Hz 
 
En el caso de las comunicaciones vía el EEJ, los desvanecimientos son 
producto del movimiento turbulento de las irregularidades que ocasiona el eco. 
Debido al movimiento de estas irregularidades, las distintas componentes 
dispersadas de la señal sufren un desplazamiento en frecuencia cuya varianza 
    
 
  14   
provoca ensanchamiento espectral de la señal, como se mencionó en la sección 
1.1.4.2. La señal recibida sufrirá un desvanecimiento con un tiempo característico 
inversamente proporcional al ancho espectral de los ecos del EEJ. Ello provoca 
desvanecimientos profundos durante períodos muy cortos de tiempo, cuya 
aparición se origina a una razón de 20 a 100 Hz. Si las irregularidades del EEJ 
permanecieran estáticas, el ancho espectral debido al EEJ sería cero, por lo que no 
ocurrirían desvanecimientos en la misma. 
 
1.3. Técnicas para contrarrestar el desvanecimiento: diversidad 
 
Los efectos de los desvanecimientos pueden combatirse de distintas formas. 
Para reducir los desvanecimientos es posible sobredimensionar el enlace, lo cual se 
logra a través de las siguientes opciones: empleando antenas de mayor ganancia, 
usando receptores de mayor sensibilidad, disponiendo de mayor potencia de 
transmisión, entre otras formas.  
 
Si no es posible reducir el desvanecimiento, puede emplearse un squelch o 
silenciador [18] para disminuir sus efectos en la percepción de la voz recibida. Este 
squelch suprimirá el audio durante el tiempo en el que la potencia de la señal se 
encuentre debajo de un umbral de recepción establecido. Se silenciará la señal en 
los momentos en los que se producen los desvanecimientos, con lo cual se 
percibirá una voz menos ruidosa, pero no se logrará una mejora real de la calidad 
de la misma. En el caso de la transmisión de datos, tampoco se espera ninguna 
mejora producto de la aplicación de esta técnica.  
 
Una forma efectiva de mitigar los desvanecimientos en la señal consiste en 
emplear técnicas alternativas de transmisión y recepción, entre las cuales se 
destacan las siguientes:  
 
• Técnicas de diversidad, las cuales serán explicadas en la sección siguiente. 
 
• Interleaving, técnica que permite proteger la información frente a errores de 
tipo ráfaga (burst errors), los cuales afectan bits consecutivos de información. 
Aplicando interleaving, los errores se distribuyen en distintos codewords o palabras, 
tras lo cual se aplican técnicas de detección y corrección de errores, como códigos 
de paridad, cíclicos, de bloques (Hamming, Reed Solomon) y convolucionales 
(Trellis, Viterbi, Turbo códigos). 
    
 
  15   
• OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), técnica de modulación 
digital que consiste en la transmisión de los datos divididos en múltiples canales, 
cada uno de los cuales está modulado por una subportadora. Estas subportadoras 
son ortogonales entre sí y son moduladas digitalmente a una tasa de símbolos 
menor (por lo cual resulta robusta frente a los desvanecimientos), manteniendo así 
la tasa de transmisión total obtenida en los esquemas típicos con una sola 
portadora.  
 
• MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output), esquema que consiste en emplear 
múltiples antenas tanto en la transmisión como en la recepción, con lo cual se logra 
mejorar la calidad de las comunicaciones sin la necesidad de ancho de banda 
adicional o mayor potencia de transmisión. Algunos ejemplos de esta tecnología 
son: beamforming, la cual consiste en direccionar la transmisión o recepción de la 
señal mediante el desfase de distintas antenas; multiplexación espacial, que 
consiste en dividir una señal de mayor ancho de banda en señales de menor ancho 
de banda, las que serán transmitidas usando múltiples antenas a través de 
diferentes canales espaciales; y diversidad de código, que se basa en el envío de 
múltiples copias de la información, las cuales son codificadas empleando códigos 
de espacio-tiempo y transmitidas a través de distintas antenas. 
 
Este trabajo de tesis se enfocará en el uso de la técnica de diversidad. 
Diversidad consiste en la transmisión de la misma información a través de dos o 
más caminos radioeléctricos distintos con la finalidad de combatir las 
degradaciones del canal de comunicaciones [19]. Cada uno de dichos trayectos 
radioeléctricos se ve afectado de forma independiente por los desvanecimientos, 
por lo que se busca proporcionar al receptor distintas versiones no correlacionadas 
de la misma señal transmitida, las cuales serán combinadas para finalmente 
conseguir una señal de mayor calidad que las originales. De esta manera, se 
obtiene una ganancia por diversidad, con la cual se logra disminuir la tasa de error 
del sistema y mejorar la calidad de las comunicaciones. 
 
Las técnicas de diversidad son de suma utilidad para contrarrestar los 
efectos del canal en presencia de los desvanecimientos rápidos (como los 
presentados en las comunicaciones vía EEJ), debido a la aleatoriedad y corta 
duración de los mismos y la independencia entre los distintos canales. No es 
provechoso emplear estas técnicas en el caso de desvanecimientos lentos debido a 
    
 
  16   
su mayor duración, por lo cual, al producirse una caída de potencia, el receptor solo 
vería una realización del canal en el tiempo. 
 
1.3.1. Técnicas de diversidad   
 
Existen distintos esquemas de diversidad [13], entre los cuales destacan los 
siguientes: 
 
a) Diversidad en tiempo.- Consiste en enviar varias veces la misma señal 
en distintos instantes de tiempo ( 1t  y 2t ), como se observa en la figura 1.9. El 
tiempo de separación entre una transmisión y la siguiente debe ser mayor que el 
tiempo de coherencia del canal ( cTt >∆ ). De esta manera, el canal habrá variado 
significativamente y los desvanecimientos producidos en ambas transmisiones no 
estarán correlacionados. 
 
1t
2t
 
Figura 1.9. Diversidad en tiempo 
 
b) Diversidad en frecuencia.- Se transmite la misma señal usando dos o 
más portadoras en frecuencias distintas ( 1f  y 2f ) separadas entre sí por lo menos 
el ancho de banda de coherencia del canal ( cBf >∆ ), de modo que las condiciones 
del canal sean estadísticamente distintas. El equipo mínimo por estación incluye 
una antena, dos transmisores y dos receptores, como se muestra en la figura 1.10. 
La desventaja de esta técnica es que requiere de un canal adicional para transmitir 
el mismo volumen de información.  
 
1f
2f
 
Figura 1.10. Diversidad en frecuencia  
 
    
 
  17   
c) Diversidad en espacio.- La señal se transmite a través de dos trayectos 
radioeléctricos distintos, como se observa en la figura 1.11, lo cual puede lograrse 
empleando múltiples antenas para la transmisión (diversidad en transmisión), 
múltiples antenas para la recepción (diversidad en recepción) o ambos. La 
separación física entre dichas antenas ( d∆ ) debe ser una cantidad apreciable de 
longitudes de onda, de modo que pueda asegurarse condiciones de propagación 
estadísticamente independientes para cada una de las señales recibidas en las 
antenas [20]. La ventaja de este tipo de diversidad es que proporciona un empleo 
eficiente del espectro de frecuencias, además de proporcionar una redundancia de 
ruta.  
 
d∆
 
Figura 1.11. Diversidad en espacio  
 
d) Diversidad en polarización.- Se propaga simultáneamente la misma 
portadora de radiofrecuencia con dos polarizaciones electromagnéticas distintas, 
con lo cual cada señal queda sometida a degradaciones de propagación 
independientes. En la figura 1.12 se muestra un par de antenas polarizadas en 
sentido vertical y otro par polarizadas en sentido horizontal, con lo cual finalmente 
se obtienen dos señales con desvanecimientos no correlacionados.  
 
1P
2P
 
Figura 1.12. Diversidad en polarización 
 
    
 
  18   
1.3.2. Métodos de combinación de señales en sistemas con diversidad 
 
Una vez obtenidas las señales que contienen la misma información, es 
necesario combinarlas para finalmente conseguir una señal resultante que requiere 
de la aplicación de una o más de las siguientes técnicas [13][21]:  
 
a) Combinación por conmutación.- Consiste en conmutar entre señales 
cuando el voltaje se halla debajo de un umbral predefinido. El diagrama de bloques 
se presenta en la figura 1.13. Una de las señales pasa por el receptor, se mide su 
potencia, se adapta a un nivel a través un CAG (Control Automático de Ganancia) y 
finalmente se demodula. Si este nivel se encuentra debajo del umbral, se conmuta 
a la otra señal. Puede originar errores en la detección debido a que la conmutación 
produce transitorios de amplitud y fase. 
 
Comparador
RX DemoduladorCAG
umbral
 
Figura 1.13. Combinación por conmutación (adaptado de [21]) 
 
b) Combinación por selección.- En este caso, el número de receptores 
empleado es igual al orden de la diversidad. Se monitorea la potencia de cada 
señal y se escoge aquella que tenga el mayor nivel en cada instante, como se 
aprecia en la figura 1.14. Al igual que en el caso del combinador por conmutación, 
produce transitorios de amplitud y fase, por lo que puede ocasionar errores en la 
detección. 
 
Figura 1.14. Combinación por selección (adaptado de [21]) 
 
    
 
  19   
c) Combinación por equiganancia.- Se otorga el mismo peso a cada una 
de las señales recibidas, las cuales son sumadas coherentemente para obtener una 
señal resultante de mayor calidad que las originales, como se muestra en la figura 
1.15. Tiene como ventaja que no produce transitorios y es fácil de implementar. 
 
Σ
 
Figura 1.15. Combinación por equiganancia (adaptado de [21]) 
 
d) Combinación por tasa máxima (Maximum Ratio Combining, MRC).- 
Opera de manera similar al esquema anterior, con la diferencia de que cada rama 
se pondera proporcionalmente a su propio SNR, como se aprecia en la figura 1.16. 
La ventaja que ofrece es que se le da mayor peso a las señales que posean mayor 
potencia, de manera que se evita sumarlas independientemente de su calidad, 
como en el caso anterior. Este tipo de procesamiento de diversidad es el más difícil 
de implementar, pero es el que ofrece mejores resultados.  
 
Σ
 
Figura 1.16. Combinación por tasa máxima (adaptado de [21]) 
 
1.4. Tipos de modulación empleados  
 
Por lo general, no es posible transmitir las señales de información 
directamente a través del canal de comunicaciones. Por este motivo, es necesario 
modificar algunos de sus parámetros. Este proceso se conoce como modulación y 
consiste en modificar el valor de algún parámetro de la señal portadora de alta 
    
 
  20   
frecuencia en función de las variaciones de la señal moduladora que se desea 
transmitir. La señal resultante se denomina señal modulada. Para recuperar el 
mensaje en el receptor se realiza el proceso inverso, el cual recibe el nombre de 
demodulación.  
 
A continuación se describen los tipos de modulación analógica y digital 
empleados en el presente trabajo. 
 
1.4.1. Modulación analógica 
 
Los tipos de modulación analógica empleados en las simulaciones y 
pruebas del presente trabajo son los siguientes: 
 
1.4.1.1. Modulación en amplitud (AM), Doble Banda Lateral (DSB) y Banda 
Lateral Única (SSB) 
 
En estos tipos de modulación lineales se varía la amplitud de la portadora en 
función de la señal moduladora. 
 
Se considera una señal moduladora expresada de la siguiente forma: 
)2cos()( tfAtx mm pi=      ...1.5 
 
donde mA  y mf  son la amplitud y frecuencia de la señal moduladora, 
respectivamente 
 
La señal portadora es la siguiente: 
)2cos()( tfAtv ccc pi=      …1.6 
 
donde cA  y cf  son la amplitud y frecuencia de la portadora, 
respectivamente 
 
En el caso de la modulación en Doble Banda Lateral (DSB, Double Side 
Band), la señal modulada presenta la siguiente forma: 
)2cos()()( tfAtxty cc pi=
    …1.7 
 
    
 
  21   
 
Figura 1.17. Señales a) moduladora, b) portadora y c) modulada en DSB 
 
 
Figura 1.18. Espectro de las señales a) moduladora, b) portadora y c) modulada en 
DSB 
    
 
  22   
La forma de onda de las señales moduladora, portadora y modulada en DSB 
se muestran en la figura 1.17. El espectro de cada una de estas señales se aprecia 
en la figura 1.18. En ésta se observa que el espectro de la señal de información se 
encuentra duplicado, por lo que se emplea el doble del ancho de banda original. 
 
La modulación AM (Amplitude Modulation) se distingue de la modulación 
DSB en que incorpora una portadora piloto, por lo que se requiere mayor potencia 
de transmisión. Esta portadora es insertada con la finalidad de facilitar la 
recuperación de la señal y reducir así la complejidad de los circuitos en la 
recepción, por lo cual es usado en la radiodifusión AM comercial. La señal 
modulada en AM tiene la siguiente forma: 
 
)2cos()](.1[)( tftxmAty cNc pi+=    ...1.8 
 
donde  
mN Atxtx /)()( =   es la señal moduladora normalizada 
cm AAm /=  es el índice de modulación (menor que 1) 
cA  y cf  son la amplitud y frecuencia de la portadora, respectivamente 
 
En la figura 1.19 se muestra la señal modulada AM para un índice de 
modulación de 0.5 considerando la misma señal moduladora y portadora del 
ejemplo para DSB. Su espectro se grafica en la figura 1.20. En ésta se observa 
que, a diferencia de la figura 1.18, el espectro de la señal modulada incluye la 
presencia de una gran portadora, para cuya transmisión se emplea dos tercios de la 
potencia total. El otro tercio se reparte en las dos bandas laterales, las cuales 
transportan la misma información. 
 
 
Figura 1.19. Señal modulada en AM 
    
 
  23   
 
Figura 1.20. Espectro de la señal modulada en AM 
 
Finalmente, la modulación en Banda Lateral Única (SSB, Single Side 
Band) es similar a la DSB, con la diferencia de que solo se transmite ya sea la 
Banda Lateral Superior (USB, Upper Side Band) o la Banda Lateral Inferior (LSB, 
Lower Side Band) debido a que éstas contienen la misma información. De esta 
forma, a comparación de los dos tipos de modulación descritos anteriormente y 
como se muestra en la gráfica de su espectro en la figura 1.21, permite lograr una 
mayor eficiencia de potencia (la totalidad de la potencia de transmisión se 
aprovecha en el envío de la información) y una mayor eficiencia espectral (el ancho 
de banda de la señal modulada es el mismo que el de la moduladora). La 
desventaja es que requiere de circuitos más complejos y costosos.  
 
 
Figura 1.21. Espectro de la señal modulada SSB - USB 
 
1.4.1.2. Modulación en frecuencia (PM) y Modulación de fase (FM) 
 
En estos tipos de modulación se varía el ángulo de la portadora en función 
de la señal de información, por lo que son considerados tipos de modulación 
angular. 
 
La modulación PM (Phase Modulation) consiste en variar la fase de la 
portadora en función de la amplitud de la señal de información, mientras que en la 
modulación FM (Frequency Modulation) la información va contenida en la variación 
    
 
  24   
instantánea de la frecuencia. En la figura 1.22 se observa el gráfico de las señales 
moduladora, portadora, modulada en PM y  modulada en FM. 
 
 Para la misma señal moduladora y portadora consideradas en los casos de 
modulación en amplitud, la señal modulada en fase se caracteriza por su máxima 
desviación de fase o índice de modulación ( β ) y se expresa de la siguiente 
manera:  
))(2cos()( txtfAty Ncc βpi +=      ...1.9 
Por otro lado, la señal modulada en frecuencia se caracteriza por su máxima 
desviación de frecuencia ( f∆ ) y se define de la siguiente forma: 
))(22cos()( ττpipi dxftfAty
t
Ncc ∫
∞−
∆+=    ...1.10 
El índice de modulación para FM se define como 
m
p f
f
m
∆
= , donde mf  es la 
frecuencia máxima de la señal moduladora.  Si 2.0<pm , se considera FM de 
banda angosta (FM-NB), en el cual el ancho de banda puede considerarse el 
mismo que en AM ( mf2 ). En el caso contrario, se considera como FM de banda 
ancha. 
 
Las modulaciones angulares crean un conjunto de bandas laterales cuya 
extensión depende de su índice de modulación. Como consecuencia, el ancho de 
banda requerido es más grande que en el caso de modulación en amplitud. Este 
ancho de banda puede ser aproximado mediante la regla de Carson. 
 
 Para PM:    fmB )1(2 += β        
Para FM: fmmB p )1(2 +=  ó )(2 fmfB +∆=    ...1.11 
 
La ventaja de las modulaciones angulares sobre las modulaciones de 
amplitud es que las primeras se ven menos afectadas ante variaciones en el nivel 
de la señal, lo que las hace menos vulnerables frente al ruido e interferencias, 
debido a que la información se transporta en la fase o frecuencia de la señal. Por 
    
 
  25   
este motivo, las señales así moduladas presentan una mejor calidad y un mayor 
nivel de SNR. La desventaja de estos tipos de modulación es que suelen ocupar un 
mayor ancho de banda que las modulaciones de amplitud y, además, requieren de 
circuitos más complejos.  
 
 
Figura 1.22. Señales a) moduladora, b) portadora, c) modulada en PM y d) 
modulada en FM 
 
 
1.4.2. Modulación digital 
 
Los esquemas de modulación digital empleados en las simulaciones y 
pruebas de campo son las siguientes: 
 
 
    
 
  26   
1.4.2.1. Modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) 
 
La modulación ASK (Amplitude Shift Keying) consiste en la transmisión de 
los datos en la variación de la amplitud de la portadora. De manera similar a los 
tipos de modulación analógica de amplitud, la desventaja de ASK reside en que es 
sensible frente al ruido e interferencias, pero presenta la ventaja de que requiere de 
circuitos simples y económicos. En la figura 1.23 se muestra la gráfica de una 
secuencia de bits enviada (a) y la señal modulada en ASK (b). Se observa que la 
amplitud de la modulada toma dos posibles niveles dependiendo del dato 
ingresado. 
 
 
Figura 1.23. a) Secuencia de bits transmitidos y b) señal modulada en ASK 
 
1.4.2.2. Modulación por desplazamiento de fase (PSK) 
 
La modulación PSK (Phase Shift Keying) consiste en enviar los datos 
cambiando la fase de la portadora.  
 
El número de fases se denota como M y debe ser una potencia de dos, de 
modo que kM 2= , donde k  es el número de bits necesarios para representar la 
    
 
  27   
información de fase. Para 2 fases se denomina BPSK (Binary Phase Shift Keying); 
para 4 fases, QPSK (Quadrature Phase Shift Keying); para 8 fases, 8-PSK, etc. A 
mayor número de fases, se podrá transmitir mayor cantidad de bits por símbolo, 
pero la señal será más sensible a ruidos e interferencias debido a la menor 
separación entre las fases. 
 
En la figura 1.24 se muestra la secuencia de bits del ejemplo anterior 
modulados en BPSK. Aquí se observa que las fases empleadas para representar 
cada uno de los estados lógicos son 0 y 180°. 
 
Figura 1.24. Señal modulada en BPSK para la secuencia de bits de entrada 
mostrada en la figura 1.23 a) 
 
En la figura 1.25 se presenta el ejemplo de una señal modulada en QPSK-. 
Se observa que cada símbolo representa dos bits, con lo cual se dispone de cuatro 
fases distintas para transmitir la información. En el ejemplo, la secuencia de bits ‘00’ 
corresponde a una fase de 45°; la secuencia ‘01’, a  una fase de 135°; la secuencia 
‘10’, a una fase de 225°; y la secuencia de bits ‘1 1’, a una fase de 315°. 
 
 
Figura 1.25. Señal modulada en QPSK 
    
 
  28   
PSK31 (Phase Shift Keying, 31 Baud) es  un tipo de modulación digital por 
cambio de fase ampliamente usado por los radioaficionados para realizar 
comunicaciones en tiempo real de teclado a teclado.  
 
Para el empleo de este tipo de modulación es necesario contar con un 
software de radioaficionados instalado en una PC. Los caracteres ingresados por 
teclado son modulados por dicho software en tonos dentro del canal de voz que se 
transmiten por la tarjeta de sonido a la radio. En la recepción se realiza el proceso 
inverso: el software demodula el tono recibido y muestra en pantalla los caracteres 
recibidos. 
 
PSK31 trabaja a una velocidad de 31.25 baudios y emplea un ancho de 
banda de 31.25 Hz. Emplea códigos de longitud variable (Varicode), los cuales 
representan los caracteres usados con mayor frecuencia con códigos más cortos, 
con lo que se logra transmitir la información usando una menor cantidad de bits. La 
ventaja de PSK31 reside en su eficiencia y reducido ancho de banda, por lo que 
resulta adecuada para enlaces con reducido espectro disponible y entornos con 
condiciones de propagación pobres, motivo por el que es el modo digital más 
ampliamente usado por los radioaficionados. Ofrece una tasa de transmisión media 
de 50 palabras por minuto, la cual es adecuada para comunicaciones tipo chat, 
pero resulta demasiado lenta para transferencia de archivos.  
 
El modo QPSK31 (Quadrature Phase Shift Keying, 31 Baud) emplea 4 fases 
para la transmisión de la información. A diferencia de PSK31, que no provee control 
de errores, QPSK31 emplea la codificación Viterbi para la corrección de errores. 
Por este motivo, bajo condiciones de SNR moderado o alto, con QPSK31 se recibe 
una señal de mejor calidad, mientras que, para SNR bajo, es más conveniente el 
uso de PSK31. 
 
1.4.2.3. Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) 
 
La modulación FSK (Frequency Shift Keying) permite enviar los datos a 
través de la frecuencia de la portadora. Este tipo de modulación se caracteriza por 
poseer un gran ancho de banda y alta inmunidad frente al ruido aditivo del canal, 
pero presenta como desventaja que la señal modulada ocupa un mayor ancho de 
banda que ASK. 
 
    
 
  29   
La forma más simple de FSK se denomina BFSK (Binary Frequency Shift 
Keying) y transmite la información en un par de frecuencias que representan ‘0’ y 
‘1’. En la figura 1.26 se muestra la señal modulada considerando la misma 
secuencia de bits que en la gráfica 1.23. a). 
 
 
Figura 1.26. Señal modulada en FSK para la secuencia de bits de entrada 
mostrada en la figura 1.23 a) 
 
1.4.2.4. Radiopaquetes 
 
El modo de transmisión digital por radiopaquetes (Packet Radio) consiste en 
enviar datos a través de ráfagas de paquetes que serán luego reensamblados en el 
destino final. Emplea el protocolo de enlace de datos AX.25 (Amateur X.25), el cual 
consiste en la adaptación del protocolo X.25 para la radioafición. AX.25 permite la 
transmisión de paquetes entre dos nodos empleando técnicas de corrección de 
errores.  
 
La configuración de la estación para la transmisión por radiopaquetes 
requiere un TNC (Terminal Node Controller), el cual consta principalmente un 
módem y un procesador. El TNC recibe los datos provenientes del puerto serial de 
la PC, verifica si hay errores en los mismos, los modula y finalmente los transmite 
en forma de paquetes a la radio. Es posible también emular este terminal 
empleando software para radioaficionados. 
 
Comúnmente se emplea este modo de transmisión con las siguientes 
velocidades: 300 (para HF), 1200, 2400 y 9600 baudios. Para velocidades de hasta 
1200 baudios se emplea la modulación AFSK (Audio Frequency Shift Keying), que 
consiste en modular los datos empleando frecuencias audibles y luego realizar una 
    
 
  30   
segunda modulación sobre una portadora de RF para la transmisión por el canal. 
Para tasas superiores se emplea la modulación FSK, en la cual se modulan los 
datos directamente en la portadora de RF. 
 
1.5. Antecedentes de las comunicaciones vía el EEJ 
 
El Electrochorro Ecuatorial fue identificado y caracterizado en el observatorio 
de Huancayo a partir de los primeros registros de la variación diaria de la 
componente horizontal del campo magnético realizados desde 1922, los cuales 
revelaban que la magnitud de esta componente era superior en latitudes cercanas 
al ecuador magnético. No fue sino hasta 1957, durante el año Geofísico 
Internacional, que Cohen y Bowles [3] lograron establecer las primeras 
comunicaciones a través del EEJ usando como mecanismo la dispersión 
ionosférica en frecuencias de VHF. A partir de ese momento, se realizaron distintos 
experimentos, los cuales estaban orientados a estudiar las condiciones de 
propagación y transmisión más adecuadas para la comunicación a través de este 
fenómeno. 1 
 
En 1966, Romero, Giesecke y Pérez [22] emplearon la transmisión de una 
onda continua (CW) y determinaron finalmente que la intensidad de la señal 
recibida es máxima en horas diurnas y mínima en la noche. Sin embargo, la calidad 
se ve afectada por desvanecimientos en la señal o cracks, los cuales son mínimos 
durante el día (a razón de 20 Hz) y máximos para las horas de mínima intensidad 
de la señal, llegando a alcanzar valores de 100 Hz [15]. Posteriormente, Romero 
realizó experimentos utilizando un equipo comercial de Banda Lateral Única (SSB), 
con lo cual obtuvo una señal “llorosa” de baja calidad debido a los 
desvanecimientos [15]. En 1971, Heraud realizó la primera transmisión empleando 
la modulación FM de banda angosta, con la cual se obtuvo una mayor inteligibilidad 
de la voz [23], pero afectada por los desvanecimientos.  
 
En 1975, Valladares y Woodman [15], desarrollaron una técnica de 
simulación análogo-digital de comunicaciones de voz vía EEJ basada en un modelo 
matemático del canal y del sistema de comunicaciones. Esta técnica permitió 
estudiar la calidad de los comunicados sin necesidad de implementar físicamente el 
                                               
1
 En [5] se encuentra una descripción más detallada de los antecedentes de las 
comunicaciones vía EEJ. 
    
 
  31   
enlace. Se simuló exitosamente la transmisión de voz modulada en FM, con lo cual 
se generaron audios caracterizados por presentar desvanecimientos, de manera 
similar a los experimentos previos. Se comprobó que la frecuencia e intensidad de 
éstos se encuentran determinados por el nivel de SNR y el ancho espectral del 
EEJ. 
 
Recientemente, Chocos [5] estableció un enlace de comunicaciones vía EEJ 
entre Jicamarca y Paracas, mediante el cual se comprobó que un buen indicador de 
la intensidad del EEJ y, por lo tanto, de la calidad de las comunicaciones, lo 
constituye la diferencia de la componente horizontal del campo magnético medida 
una fuera y otra dentro de la zona cubierta por el EEJ. Se transmitió voz con 
distintos tipos de modulación analógica: AM, SSB y FM, con lo cual se comprobó 
que con esta última es posible alcanzar una mejor calidad, aunque distorsionada 
por los desvanecimientos. Además, se transmitió datos con el modo PSK31, con el 
que fue posible obtener una buena inteligibilidad de los comunicados aun en 
condiciones de bajo SNR. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  32   
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 2 
SIMULADOR DE COMUNICACIONES VÍA EL ELECTROCHORRO ECUATORIAL 
 
En este capítulo se presenta un simulador de comunicaciones analógicas y 
digitales a través del EEJ. Se describen cada uno de los bloques que componen el 
simulador y se explica el modelo para la generación del EEJ. Se precisan además 
algunas variaciones del modelo para simular el espesor de este canal de 
comunicaciones y estudiar algunos de sus parámetros. Finalmente, se detalla el 
algoritmo para la simulación de diversidad en las comunicaciones. 
 
2.1. Antecedentes 
 
En 1975, C. Valladares y R. Woodman propusieron una técnica de 
simulación análogo-digital de comunicaciones por dispersión en el EEJ. Dicha 
técnica empleaba componentes analógicos, tales como amplificadores, 
integradores, filtros, micrófonos, grabadores y reproductores de cinta magnética, 
además de incorporar partes hechas digitalmente, como la simulación del canal de 
comunicaciones y el procesamiento de la voz por computadora, de modo que 
finalmente se tenía simulado el sistema completo [15]. 
 
El objetivo de esta simulación era determinar la calidad de la voz usando 
distintos tipos de modulación y técnicas no convencionales de recepción (como 
diversidad) con la finalidad de compararlos e implementar posteriormente el sistema 
de comunicación con el que se obtenga la mejor calidad de la voz. Para ello, se 
formuló un modelo matemático del EEJ y se logró modelar el sistema de 
comunicaciones sin necesidad de implementarlo físicamente. Las simulaciones 
    
 
  33   
efectuadas permitieron analizar la inteligibilidad de las comunicaciones de voz para 
distintos valores de SNR, para lo cual se empleó la modulación FM de banda 
angosta. Los audios generados se caracterizaban por presentar desvanecimientos, 
de manera similar a lo observado en los experimentos de comunicaciones 
anteriores. 
 
2.2. Modelo simplificado de las comunicaciones vía EEJ 
 
En el presente trabajo se desarrolla un programa de simulación totalmente 
digital basado en el modelo desarrollado por Valladares y Woodman [15]. La 
grabación del audio, la simulación del sistema de comunicaciones, el 
procesamiento de la señal y la evaluación de la calidad de la misma se realizan 
íntegramente en el computador. 
 
En la figura 2.1 se muestra el diagrama de bloques simplificado del modelo, 
sobre el cual se basan las simulaciones de comunicaciones analógicas y digitales a 
través del EEJ. 
 
 
Figura 2.1. Diagrama de bloques del simulador 
 
A continuación se describen los principales bloques empleados en el 
modelo: 
    
 
  34   
2.2.1. Modulación 
 
Inicialmente, la señal de entrada es muestreada, de modo que cumpla con el 
criterio de Nyquist, el cual establece que la frecuencia de muestreo debe ser como 
mínimo el doble de la frecuencia máxima de la señal de entrada.  
 
Una vez muestreada, se realiza la modulación analógica de la señal. En el 
simulador se implementan distintos tipos de modulación analógica para la 
transmisión por el canal EEJ, tales como AM (Modulación de Amplitud), DSB (Doble 
Banda Lateral), SSB-USB (Banda Lateral Única - Banda Lateral Superior), SSB-
LSB (Banda Lateral Única - Banda Lateral Inferior) y FM (Modulación de 
Frecuencia). Además, para los propósitos de las simulaciones, se optó por trabajar 
con modulación en banda base (dentro del ancho de banda del canal de voz). Si la 
frecuencia de la portadora fuese mayor, se requeriría incrementar la frecuencia de 
muestreo para que se siga cumpliendo el criterio de Nyquist, lo cual finalmente 
provocaría que se sobrecargue el procesamiento en el computador. 
 
2.2.2. Generación del canal de comunicaciones EEJ 
 
A partir de las estadísticas observadas en las transmisiones a través del 
EEJ, Valladares y Woodman [15] concluyen que es posible modelar el canal de 
comunicaciones EEJ como un proceso aleatorio gaussiano de espectro gaussiano. 
Matemáticamente, este proceso está compuesto por dos componentes 
independientes en fase y cuadratura, estadísticamente idénticos y modelados como 
procesos gaussianos, los cuales determinan una distribución uniforme en la fase. 
Debido a estas características, la potencia de la señal puede ser modelada como 
una distribución de Rayleigh. La representación matemática del proceso de 
generación del canal de comunicaciones EEJ se detalla en [15]. 
 
El modelo matemático mencionado para la simulación del canal EEJ se basa 
en la generación del canal EEJ como un proceso aleatorio gaussiano de espectro 
gaussiano. Este puede entenderse como ruido coloreado, es decir, como una señal 
aleatoria caracterizada por presentar una densidad espectral de potencia (DEP) 
que, a diferencia del ruido blanco, no es plana en frecuencia. Para generar el ruido 
coloreado ][ny  se genera primero ruido blanco ][nx , el cual se pasa a través de un 
filtro lineal con respuesta al impulso ][nh  y respuesta en frecuencia )(wH , la cual 
    
 
  35   
tendrá forma gaussiana para el caso del EEJ, tal como se muestra en el diagrama 
de la figura 2.2 a). En las simulaciones, el espectro gaussiano se genera a partir de 
la transformada de Fourier de su función de autocorrelación [24]. En el dominio de 
la frecuencia, como se observa en la figura 2.2. b), la convolución en el tiempo 
equivale a una multiplicación del espectro en frecuencia del ruido blanco por la 
respuesta en frecuencia del filtro gaussiano, con lo cual se obtiene el espectro del 
ruido coloreado, el cual representa el espectro del EEJ. El espectro así generado se 
presenta en la figura 2.3, al que se le ha superpuesto la gráfica de su espectro 
teórico o valor esperado del espectro. Finalmente, se calcula la transformada 
inversa de Fourier de dicho espectro para simular el canal EEJ, cuyas componentes 
real e imaginaria se muestran en la figura 2.4. De esta forma, la señal resultante 
será un proceso aleatorio gaussiano en el tiempo y tendrá un espectro con forma 
gaussiana [24]. Con ello se logra modelar el EEJ como un medio dispersivo de 
comunicación y simular sus efectos en la transmisión de voz y datos. 
)(wH
][nh][nx ][ny
Ruido blanco
x
a)
b)
Ruido coloreado
Filtro gaussiano
 
Figura 2.2. a) Sistema para producir ruido gaussiano coloreado [24], b) Generación 
del espectro del ruido coloreado 
 
En el modelo de simulación del canal se consideran además tres parámetros 
del EEJ que influyen en la calidad de la señal transmitida: 
    
 
  36   
a) Ancho espectral.- Como se indicó en la sección 1.1.4.2, está asociado al 
movimiento de las irregularidades que producen el eco, lo cual origina 
variaciones en el desplazamiento Doppler de la señal transmitida. La 
varianza de estos desplazamientos en frecuencia de la señal determina el 
ancho espectral de los ecos del EEJ. Dicho ancho espectral se encuentra en 
el rango de 20 a 100 Hz [15]. El incremento del ancho espectral provoca una 
mayor frecuencia de los desvanecimientos de la señal, pero éstos durarán 
menos tiempo, lo cual origina un efecto compensatorio en la calidad de la 
voz y datos recibidos. 
 
b) Amplitud del EEJ.- Indica la intensidad del EEJ. Cuanto mayor sea la 
intensidad del EEJ, mejor será la calidad de la señal recibida. 
 
c) Desplazamiento Doppler del EEJ.- Se origina debido al movimiento del 
EEJ. Debido a que la velocidad radial promedio de éste es pequeña 
(aproximadamente 30 Hz), no afecta significativamente a la calidad de la 
transmisión, por lo que se desprecia su valor en los cálculos en el programa. 
 
 
Figura 2.3. Espectro de frecuencia del canal de comunicaciones EEJ (azul), 
modelado como un proceso aleatorio gaussiano con espectro gaussiano, y su 
espectro esperado (rojo) para un ancho espectral de 20 Hz 
    
 
  37   
 
Figura 2.4. Función del canal EEJ en el dominio del tiempo considerando sus 
partes a) real y b) imaginaria para un ancho espectral de 20 Hz 
 
2.2.3. Modulación por el EEJ 
 
Una vez generado el canal, se modula la señal modulada en banda base por 
la función del canal de comunicaciones EEJ. Para ello, la señal modulada se 
multiplica por la función del canal EEJ, como se observa en las siguientes 
ecuaciones: 
 
)]()()()([)]()()()([)()(
)()()(
)()()(
mod
mod
tItBtQtAjtQtBtItAtfts
tjBtAtf
tjQtIts
EEJ
EEJ
++−=
+=
+=
 …2.1 
 
2.2.4. Demodulación 
 
La señal transmitida a través del EEJ llega con ruido al receptor debido al 
medio de propagación y al ruido del sistema de recepción. Este ruido se caracteriza 
por ser de tipo aditivo blanco gaussiano (AWGN, Aditive White Gaussian Noise), el 
cual se le añade a la señal. Finalmente, la señal recibida se demodula en banda 
base y se le aplica un filtro pasabanda para eliminar el ruido y limitar la señal en 
espectro. 
    
 
  38   
2.3. Variaciones del modelo 
 
2.3.1. Simulación del espesor de la capa del EEJ 
  
En el programa se simula el espesor de la capa del canal EEJ, el cual 
comprende aproximadamente 15 km. Este espesor se simula mediante la 
generación de múltiples capas de EEJ con distintos parámetros para cada una, las 
cuales representan las diferentes alturas que éste abarca.  
Modulación
)(
( 1
tx
ttx
Demodulación
Ruido
Filtro
)(ts
δ*nδ*)1( −nδ*2δ*1 δ*i
+
......
Modulación 
EEJ: Capa n
Modulación 
EEJ: Capa i
Modulación 
EEJ: Capa n‐1
Modulación 
EEJ: Capa 2
Modulación 
EEJ: Capa 1
... ...
+
 
Figura 2.5. Simulación del espesor de la capa del EEJ (adaptado de [25]) 
 
En la figura 2.5 se muestra el diagrama de bloques de la simulación de un 
EEJ multicapas. Para simular el espesor del canal se generan distintos EEJ, cada 
uno con diferentes parámetros de ancho espectral y amplitud de acuerdo con la 
altura de la capa. La señal modulada para la transmisión se modula a través de 
cada uno de estos EEJ. Debido al espesor del canal, la dispersión en las distintas 
capas provoca que las contribuciones de la señal lleguen al receptor con distintos 
retardos según su distancia recorrida. Dichos retardos se extraen de la fórmula 
δ*i , donde δ es el retardo unitario por cada capa recorrida e ‘ i ’ indica el índice de 
    
 
  39   
la capa. A continuación, se suman todas las componentes recibidas y su resultante 
se trabaja de acuerdo con el diagrama de bloques detallado en la sección anterior.  
 
El modelo multicapas del EEJ permite hallar la dispersión del retardo y el 
ancho de banda de coherencia del canal, los cuales constituyen parámetros de la 
dispersión temporal del canal, como se indicó en la sección 1.1.4.3. La dispersión 
del retardo ( mT ) se calcula a partir de la diferencia entre los retardos mínimo ( 1τ ) y 
máximo ( nτ ), producidos por la dispersión de la señal en la capa más baja y más 
alta del EEJ, respectivamente. La distancia total recorrida para alcanzar la capa 
más alta excede a la recorrida para la capa más baja en 15 km para la ida y 15 km 
para el regreso, es decir, el doble del espesor del EEJ. Esta diferencia entre ambas 
distancias se emplea para calcular la dispersión del retardo. El inverso de este 
parámetro es el ancho de banda de coherencia del canal ( cB ), el cual determina el 
ancho de banda del canal de comunicaciones EEJ. El cálculo de estos parámetros 
se presenta en la ecuación 2.2.  
 
( ) KHzT
uscdT
m
nm
10100us)(B
100
km3x10
seg 1km) 15*2(*
11
c
51
===
=





=∆=−=
−
−
ττ
  …2.2 
 
De los cálculos anteriores se observa que la dispersión del retardo del canal 
EEJ es de 100 us y, por lo tanto, su ancho de banda de coherencia es de 10 kHz. 
Este último parámetro indica el ancho de banda del canal de comunicaciones 
dentro del cual su función de transferencia permanece constante y, por lo tanto, 
existe cierto grado de correlación de la señal. Su valor determina también la 
separación mínima en frecuencia para que dos señales transmitidas vía el EEJ no 
estén correlacionadas, es decir, que sean independientes entre sí. 
 
2.3.2. Simulación de transmisión de voz 
 
Para la simulación de la transmisión de voz se emplea el esquema descrito 
en la figura 2.6. Se muestrea la voz y luego se realiza la modulación analógica en 
banda base. Posteriormente se modula esta señal a través del EEJ, se le añade 
ruido aditivo blanco gaussiano y, finalmente, se realiza la demodulación analógica 
de la señal. 
    
 
  40   
Modulación 
analógica
Voz transmitida
+ Ruido
Modulación 
por el EEJ
Demodulación 
analógica
Generación del canal 
de comunicaciones EEJ
Voz recibida
Filtro 
pasabanda
 
Figura 2.6. Simulación de la transmisión de voz 
 
2.3.3. Simulación de transmisión de datos 
 
La simulación de la transmisión de datos a través del EEJ se realiza de dos 
maneras. Una de ellas utiliza exclusivamente el simulador y la otra forma requiere 
además el empleo de un software de modulación digital empleado por 
radioaficionados. Ambos métodos se detallarán a continuación. 
 
2.3.3.1. Simulación de transmisión de datos de modo directo 
 
La simulación de transmisión de datos de modo directo permite realizar el 
íntegro de la simulación directamente en el simulador. El diagrama de bloques del 
procedimiento se ilustra en la figura 2.7. Se genera una secuencia de bits (‘1’s y ‘0’s 
lógicos), a partir de los cuales se conforman pulsos rectangulares o gaussianos. 
Los pulsos conformados son luego modulados para su transmisión a través del 
canal, para lo cual se implementan tres tipos de modulación digital: ASK, PSK y 
FSK. Posteriormente, se modula la señal a través del EEJ, se le añade ruido y se la 
demodula. Finalmente, se implementa un detector, el cual está conformado por un 
filtro adaptado a la forma del pulso con el objetivo de disminuir el ruido, y un 
algoritmo que detecta los bits recibidos en base a un nivel de umbral de la señal.  
    
 
  41   
 
Figura 2.7. Simulación de la transmisión de datos de modo directo 
 
A partir de la simulación de la transmisión de datos de modo directo es 
posible estudiar las características del canal EEJ y calcular algunos de sus 
parámetros, como la capacidad máxima del canal (C ), la cual está determinada por 
la dispersión del retardo. Si el tiempo de símbolo transmitido es menor que dicha 
dispersión del retardo, se producirá una interferencia intersímbolos producto del 
retraso variable de las distintas componentes de la señal, como se aprecia en la 
figura 2.8 a). Ello provoca que los símbolos transmitidos interfieran en los símbolos 
subsiguientes, lo cual distorsiona considerablemente la señal recibida, mostrada en 
la figura 2.8 b).  
 
Con la finalidad de evitar la interferencia intersímbolos, el tiempo de símbolo 
transmitido ( sT ) debe ser mayor o igual a la dispersión del retardo ( mT ), con lo cual 
se logra disminuir la tasa de error de bits. La inversa del tiempo de símbolo mínimo 
determina la tasa de símbolos teórica máxima que se puede transmitir a través del 
canal EEJ, cuyo cálculo se muestra en la ecuación 2.3. Aquí se indica que esta tasa 
se encuentra limitada por el espesor del canal a 10 kbaudios para un buen nivel de 
SNR. Si se transmitiera a mayores tasas, el tiempo de símbolo sería menor que la 
dispersión del retardo, con lo que se produciría interferencia intersímbolos que 
afectaría significativamente la calidad de la señal. 
    
 
  42   
KbaudTC
símbolousTT
TT
s
ms
ms
10/1
/100
 
min
min
==
==
≥
    …2.3 
 
 
Figura 2.8. a) Componentes retardadas de la señal recibida y b) señal total recibida 
afectada por la dispersión del retardo 
 
2.3.3.2. Simulación de transmisión de datos de modo indirecto 
 
La simulación de la transmisión de datos de modo indirecto requiere del 
empleo de un software de modulación y demodulación digital usado por 
radioaficionados. Este software permite aplicar distintos tipos de modulación digital, 
entre las cuales destacan PSK31, QPSK, MFSK, radiopaquetes y muchos otros 
modos empleados por radioaficionados.  
 
En la figura 2.9 se muestra el diagrama de bloques del procedimiento 
empleado para la simulación. Aquí se emplea como datos los caracteres ingresados 
por teclado. A éstos se los modula digitalmente dentro del ancho de banda del 
canal de voz, con la finalidad de generar una secuencia de tonos audibles. El audio 
así generado es grabado en la PC y luego ingresado en el simulador, donde se 
realiza un procedimiento similar al empleado para la simulación de transmisión de 
voz. El audio resultante del simulador es reproducido en la computadora con el 
    
 
  43   
software de radioaficionados instalado, en el cual se muestran los caracteres 
obtenidos después de la demodulación digital. Estos caracteres son finalmente 
comparados con los caracteres transmitidos, con lo cual es posible obtener 
estadísticas del porcentaje de caracteres errados.  
 
Modulación 
analógica
Audio
+ Ruido
Modulación 
por el EEJ
Demodulación 
analógica
Generación del canal 
de comunicaciones EEJ
Datos recibidos
Datos transmitidos
PC 
(modulación digital)
PC 
(demodulación digital)
Audio
 
Figura 2.9. Simulación de la transmisión de datos de modo indirecto 
 
La ventaja del empleo de este tipo de transmisión indirecto es que el 
software de radioaficionados permite experimentar con distintos modos ya 
implementados, con lo cual se aprovechan las herramientas ya existentes. Sin 
embargo, presenta la desventaja de que el audio generado está limitado por el 
ancho de banda del canal de voz para el cual están diseñados los radio 
transceptores de radioaficionados que se emplearán en las pruebas (300 a 3000 
Hz, aproximadamente). Debido a esta limitación, no se logra explotar el ancho de 
banda del canal EEJ para la transmisión de datos a más altas tasas. Por este 
motivo, no es conveniente emplear este tipo de transmisión para determinar la 
capacidad máxima del canal de comunicaciones, lo cual sí se logró en el modo de 
transmisión directa, modulando directamente los pulsos en el simulador. 
    
 
  44   
2.3.4. Simulación del empleo de diversidad 
 
Para la simulación de la diversidad se considera dos o más transmisiones 
independientes de la misma señal, lo cual, para efectos prácticos, equivale a 
modular la señal a través de dos o más EEJ distintos. De este modo, se aprovecha 
la naturaleza aleatoria del EEJ para simular transmisiones independientes entre sí.  
 
En este caso, se generan tantos EEJ distintos como número de 
realizaciones se emplee para diversidad, como se observa en el diagrama de 
bloques de la figura 2.10. A través de cada uno de estos EEJ se modula el mismo 
audio para obtener señales independientes. Ello equivale a transmitir por diferentes 
caminos radioeléctricos, por lo cual este modelo puede ser aplicado para simular 
los distintos tipos de diversidad (diversidad en tiempo, espacio, frecuencia, 
polarización, etc).  
 
Para el procesamiento de la señal resultante se implementan en el 
simulador las técnicas basadas en el modelo del combinador por equiganancia y el 
de tasa máxima o MRC, descritos en la sección 1.3.2. Este último combinador 
pondera las señales demoduladas en función a la potencia de la señal recibida de 
cada canal. De esta forma, para cada instante de tiempo se le otorga mayor peso a 
la señal con mayor potencia, con lo cual se logra contrarrestar el efecto de los 
desvanecimientos. De la comparación de los resultados de las simulaciones para 
cada uno de los métodos implementados, se comprueba que este último es el que 
permite obtener la mejor calidad de las comunicaciones, de acuerdo con lo previsto 
teóricamente, por lo cual constituye la técnica seleccionada para el procesamiento 
de diversidad en las simulaciones futuras.  
1P
2P
1S
2S
)/( 2111 PPPW +=
)/( 2122 PPPW +=
1W
2W
2211 WSWSS +=
 
Figura 2.10. Diagrama de bloques de la simulación de diversidad con dos 
realizaciones empleando el combinador por tasa máxima 
    
 
  45   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 3 
RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES 
 
En este capítulo se muestran los resultados de las simulaciones de 
comunicaciones a través del EEJ. Estos resultados permiten caracterizar los 
desvanecimientos presentes en las transmisiones de voz y datos vía el EEJ y 
estudiar las características del canal. Además, su empleo hace posible hallar 
estadísticas de la variación de la calidad de la comunicación en función de los 
parámetros del EEJ y estudiar el efecto del uso de la técnica de diversidad. 
 
3.1. Simulación de transmisión de voz 
 
En el programa se simula la transmisión de un audio a través del EEJ. El 
audio recibido es comparado con el original para determinar la calidad de la 
comunicación. Por tal motivo, se optó por emplear un audio que permita  excitar una 
amplia porción del canal de voz.  El audio seleccionado consta de una porción de 
voz, seguida por silencio y un tono. La frase empleada es ‘Buenos días. Good 
morning’, la cual presenta una amplia gama de frecuencias. 
 
Para cuantificar la calidad de las comunicaciones a través del EEJ, se 
emplea como parámetro de comparación el índice de correlación. Éste expresa el 
grado de similitud entre la voz recibida y la voz original. Un índice de correlación de 
1 indica que ambas voces son idénticas. 
  
    
 
  46   
La figura 3.1 a) presenta una gráfica del audio transmitido, en el cual se 
observa que la señal de voz es variante en el tiempo, mientras que el silencio posee 
voltaje cero y el tono presenta una amplitud constante.  
 
La figura 3.1 b) muestra el espectrograma del audio transmitido, el cual 
representa una variación de la intensidad de cada una de las componentes 
frecuenciales presentes en el espectro de la señal a lo largo del tiempo. El color 
azul indica un menor nivel de potencia, por lo que en el espectrograma se observa 
un bloque azul durante el intervalo de silencio. El color rojo señala la presencia de 
mayor potencia para una determinada frecuencia en un instante de tiempo, como 
en el caso de la transmisión del tono. 
 
 
Figura 3.1. (a) Audio transmitido y (b) su espectrograma 
 
3.1.1. Tipos de modulación 
 
Para la simulación de la transmisión de voz vía EEJ se emplearon distintos 
tipos de modulación, tales como Modulación en Amplitud (AM), Doble Banda Lateral 
(DSB), Banda Lateral Única (SSB), tanto Banda Lateral Superior (USB) como 
Banda Lateral Inferior (LSB) y Modulación en Frecuencia (FM). Para cada uno de 
estos tipos de modulación, la calidad de los audios recibidos se asemeja a la de los 
obtenidos de los experimentos realizados anteriormente [5][23]. 
    
 
  47   
Empleando la modulación AM, se obtuvo una voz apenas audible debido a 
que se aprovecha solo la tercera parte de la potencia en transmitir la señal de 
información, mientras que el resto es empleado en el envío de la portadora. Por 
este motivo, no resulta conveniente el uso de esta modulación en las 
comunicaciones vía EEJ [5]. 
 
Para el caso de la modulación DSB, los audios se reciben con mayor 
potencia que en el caso de AM, debido a que se evita la transmisión de la 
portadora. Con ello, se dedica toda la potencia al envío de la señal de información, 
con lo cual se logra una mayor eficiencia de potencia respecto a la modulación AM. 
Sin embargo, los audios son aún poco inteligibles, debido a que se transmiten las 
dos bandas laterales, las cuales son simétricas y, por lo tanto, redundantes.  
 
Los audios obtenidos usando la modulación SSB, tanto en LSB como en 
USB, se caracterizan por presentar temblores o “lloriqueos“. Éstos tienen su origen 
en las variaciones de fase de la señal y en los desvanecimientos que ésta 
experimenta debido a la modulación por el EEJ [5][23].  
 
Con el empleo de FM se consiguió una voz más inteligible que las obtenidas 
con los tipos de modulación mencionados anteriormente, por lo que a partir de éste 
se obtendrán las estadísticas para el estudio del canal de comunicaciones. La voz 
recibida, no obstante, se ve afectada por desvanecimientos rápidos y profundos, los 
cuales serán caracterizados en la sección siguiente. 
 
3.1.2. Caracterización de los desvanecimientos  
 
Las comunicaciones vía EEJ empleando modulación FM se ven afectadas 
por desvanecimientos, provocados por la caída brusca de la potencia de la señal 
debajo del nivel de ruido. Durante los breves instantes de tiempo en los que ocurren 
dichos desvanecimientos, se produce una irrupción impulsiva de ruido en el 
sistema. Por esta razón, este tipo de comunicaciones se caracteriza por la 
presencia de ruido impulsivo, cuya frecuencia de ocurrencia está determinada por el 
ancho espectral del EEJ. Estos desvanecimientos pueden ser observados con 
mayor claridad tanto en el espectrograma como en el gráfico de potencia de la 
señal  recibida respecto del ruido. 
 
    
 
  48   
Se muestra a continuación la caracterización gráfica de los 
desvanecimientos para un SNR alto y un SNR bajo, además de una comparación 
entre dos realizaciones del canal de comunicaciones EEJ con parámetros iguales.  
 
Las figuras 3.2 y 3.3 corresponden a la señal recibida en una simulación con 
un SNR alto. En la figura 3.2 a) se observa la presencia de los desvanecimientos 
(encerrados en una circunferencia), los cuales se muestran como ruido impulsivo 
presente durante toda la señal. En el espectrograma mostrado en la figura 3.2 b) se 
observa la presencia de distintas frecuencias para el intervalo que corresponde al 
silencio, el cual originalmente tenía una potencia cero, como se muestra en la figura 
3.1 b). Esto indica la presencia de ruido en la voz recibida, que resulta más notorio 
en la gráfica en los momentos de silencio, aunque se encuentra presente durante 
toda la señal. Los desvanecimientos se muestran en el espectrograma de la señal 
recibida como líneas rojas verticales delgadas que indican el amplio rango de 
frecuencias presentes en la señal para ciertos instantes de tiempo.  
 
 
Figura 3.2. Desvanecimientos de la señal para un valor alto de SNR. Gráficas de 
(a) la voz recibida y (b) su espectrograma.  
 
La figura 3.3 permite caracterizar los desvanecimientos como caídas rápidas 
y profundas de la potencia de la señal debajo del nivel del ruido. 
    
 
  49   
 
Figura 3.3. Desvanecimientos de la señal para un valor alto de SNR. Gráficas de la 
potencia de la señal recibida respecto del ruido (sin amplificar (a) y amplificada 
cerca del nivel de ruido (b)). 
 
Por otro lado, las figuras 3.4 y 3.5 corresponden a la simulación de una 
transmisión con un SNR bajo. Esto equivale a una disminución de la potencia de la 
señal transmitida o una menor intensidad del EEJ, por lo cual los desvanecimientos 
serán mayores que para valores altos de SNR.  
 
 
Figura 3.4. Igual que en la figura 3.2, pero para un valor bajo de SNR 
    
 
  50   
En la figura 3.4 se muestra la señal recibida y su correspondiente 
espectrograma. Se observa la presencia de una mayor cantidad de líneas verticales 
rojas delgadas, las cuales indican el aumento de la cantidad de desvanecimientos. 
Además, se percibe de manera cualitativa una disminución de la calidad de la voz, 
la cual se torna menos inteligible.  
 
En la figura 3.5 se observa que la señal recibida sufre un mayor número de 
desvanecimientos para un SNR menor. De aquí es posible deducir la existencia de 
una dependencia del número de desvanecimientos respecto del nivel de SNR. 
 
 
 
Figura 3.5. Igual que en la figura 3.3, pero para un valor bajo de SNR 
 
 
Finalmente, la figura 3.6 presenta una comparación entre los 
espectrogramas obtenidos de dos señales recibidas con dos realizaciones distintas 
del EEJ considerando los mismos parámetros de transmisión. Se observa que los 
desvanecimientos ocurren en distintos instantes de tiempo y es poco probable que 
coincidan entre sí debido a que éstos se encuentran asociados a la naturaleza 
aleatoria del EEJ. Esta aleatoriedad será aprovechada para la mejora de la calidad 
de la señal usando diversidad. 
 
    
 
  51   
 
Figura 3.6. Espectrogramas de los audios recibidos considerando dos realizaciones 
independientes del canal EEJ con los mismos parámetros de transmisión. 
 
3.1.3. Calidad en función de los parámetros del EEJ y del sistema de 
comunicaciones 
 
La calidad de las comunicaciones de voz se ve influenciada por los 
parámetros del EEJ y del sistema de comunicaciones, tales como el SNR y el 
ancho espectral del EEJ. El simulador permite realizar curvas estadísticas de la 
calidad de la voz recibida respecto a la variación de cada uno de estos parámetros. 
Para las estadísticas se considera la naturaleza aleatoria del canal EEJ, por lo que 
resulta necesaria la realización de muchos eventos para determinar la tendencia de 
la curva al valor esperado (media estadística) y su desviación estándar, la cual se 
indica también en las gráficas presentadas en las secciones siguientes.  
 
3.1.3.1. Calidad en función del SNR  
 
Aumentar el SNR equivale a incrementar la potencia de transmisión o 
disminuir la atenuación debido al EEJ, con lo cual se logra un menor número de 
desvanecimientos en la señal y, de esta forma, se obtiene un audio más inteligible. 
En la figura 3.7 se muestra la variación de la calidad de la voz respecto del SNR. 
Debido a la disminución de los desvanecimientos, el índice de correlación aumenta 
a medida que se incrementa el SNR.  
    
 
  52   
 
Figura 3.7. Índice de correlación en función del SNR y el ancho espectral 
 
3.1.3.2. Calidad en función del ancho espectral del EEJ 
 
El EEJ provoca desvanecimientos de la señal a una repetición que varía 
entre 20 y 100 Hz en el transcurso del día [9][23]. Esta frecuencia está asociada al 
ancho espectral del EEJ. A medida que el ancho espectral se incrementa, se 
producirá un mayor número de desvanecimientos, pero éstos durarán menos 
tiempo. Esto origina un efecto compensatorio que provoca que la inteligibilidad de la 
señal no se vea afectada por la variación del ancho espectral del canal EEJ en este 
rango de frecuencias. Por este motivo, en la figura 3.7 mostrada anteriormente se 
observa que, para distintos niveles de SNR, la calidad de la voz es independiente 
del ancho espectral del canal de comunicaciones EEJ.  
 
3.1.3.3. Calidad empleando diversidad 
 
El uso de diversidad permite obtener una mayor inteligibilidad de la voz, con 
lo cual se consigue una significativa mejora cualitativa de la misma. En la figura 3.8 
se aprecia de manera cuantitativa que el uso de dos realizaciones para la 
transmisión (diversidad 1) incrementa considerablemente el valor del índice de 
correlación respecto al caso de transmisión con solo una realización (diversidad 0). 
    
 
  53   
Se observa también que es posible obtener la misma calidad de la voz 
transmitiendo con aproximadamente 6 dB menos respecto al caso sin diversidad. 
Para más de dos realizaciones, esta mejora es solo incremental. Por ejemplo, en el 
gráfico se aprecia que con el uso de 4 realizaciones (diversidad 3) se logra el 
mismo índice de correlación que en el caso de 3 realizaciones transmitiendo con 1 
dB menos, aproximadamente. 
 
 
Figura 3.8. Índice de correlación en función del SNR y la diversidad 
 
3.2. Simulación de transmisión de datos 
 
Para la simulación de transmisión de datos se consideran los modos directo 
e indirecto de transmisión de datos descritos en las secciones 2.3.3.1 y 2.3.3.2 del 
capítulo 2. 
 
3.2.1. Simulación de la transmisión de datos de modo directo 
 
En la simulación de transmisión de datos directo se realiza la modulación 
digital de los bits empleando únicamente el simulador. Para ello, se emplean dos 
tipos de conformación de pulsos: rectangulares y gaussianos. Los primeros son 
    
 
  54   
más sencillos de generar, pero presentan el inconveniente de que se desperdicia 
potencia en transmitir los lóbulos laterales del espectro, correspondientes a las 
esquinas de los pulsos. Por otro lado, la conformación de pulsos gaussianos ofrece 
la ventaja de que permite mejorar la eficiencia espectral y la eficiencia de potencia 
de la señal respecto al caso anterior. Por esta razón, para un determinado nivel de 
SNR, con el uso de pulsos gaussianos se obtuvo una señal más robusta al ruido y, 
por lo tanto, con una menor cantidad de bits errados en la recepción, motivo por el 
cual se seleccionó este tipo de conformación de pulsos para la simulación. 
 
Para cuantificar la calidad de las comunicaciones de datos transmitidas de 
modo directo se emplea como parámetro la tasa de error de bits (BER, Bit Error 
Rate). Este parámetro indica el porcentaje de bits errados recibidos respecto al total 
de bits transmitidos.  
 
3.2.1.1. Tipos de modulación 
 
Con la finalidad de simular la transmisión de datos a través del EEJ, se 
moduló la secuencia de pulsos generados con los siguientes tipos de modulación 
digital: ASK (Modulación por Desplazamiento de Amplitud), PSK (Modulación por 
Desplazamiento de Fase) y FSK (Modulación por Desplazamiento de Frecuencia). 
 
Las comunicaciones de datos empleando modulación ASK se caracterizaron 
por presentar una gran cantidad de bits errados debido a los desvanecimientos y la 
alteración de fase que provoca la modulación por el EEJ.  
 
Para el caso de una modulación PSK, la secuencia de bits tampoco logró 
ser recibida correctamente con el algoritmo implementado actualmente debido a la 
distorsión de fase que provoca el EEJ en la señal transmitida. Ello origina 
ambigüedades de fase en la señal, por lo cual se requiere de un procesamiento 
más complejo para decodificar los bits de manera correcta. 
 
La modulación FSK fue aquélla con la que se consiguió una mayor calidad 
debido a que la información se transmite en la variación de frecuencia de la señal, 
la cual no se ve afectada por el EEJ. Además, debido a que el desplazamiento 
Doppler de la señal es pequeño, el cambio en frecuencia de la señal es también 
pequeño y, por ende, no afecta la información transmitida. Por estos motivos, FSK 
fue el modo seleccionado para hallar las estadísticas de calidad de las 
    
 
  55   
transmisiones de datos a través del EEJ, las cuales se presentarán en las 
secciones siguientes. 
 
3.2.1.2. Caracterización de los desvanecimientos  
 
Para el caso de la simulación de transmisión de datos, se observa que los 
desvanecimientos afectan el mensaje transmitido dependiendo de las condiciones 
de SNR y de la tasa de bits que se emplea. 
 
En la figura 3.9 a) se muestra una secuencia de bits transmitidos y su 
respectiva señal conformada por pulsos gaussianos para un SNR bajo de 10 dB, 
ancho espectral de 10 Hz y tasa de bits de 1000 bps. En la figura 3.9 b) se aprecia 
la señal recibida afectada por los desvanecimientos, los cuales se muestran en 
voltaje como ruido impulsivo, y la secuencia de bits recibidos. Además, se encierra 
en una circunferencia los bits recibidos de manera incorrecta debido a los 
desvanecimientos de la señal. Estos bits errados representan el 8% del total de bits 
transmitidos.  
 
Figura 3.9. a) Secuencia de bits transmitidos (rojo) y señal conformada (verde) y b) 
Secuencia de bits recibidos (azul) y señal demodulada (negro) para un SNR bajo. 
SNR=10 dB, ancho espectral = 10 Hz, tasa de bits = 1000 bps, BER=6% 
 
En la figura 3.10 a) se observa otra secuencia de bits transmitidos y su señal 
conformada para condiciones de SNR alto de 30 dB y los mismos valores de ancho 
    
 
  56   
espectral y tasa de bits que en el caso anterior. En la figura 3.10 b) se muestra la 
señal demodulada y su respectiva secuencia de bits recibidos. En esta gráfica se 
observa una significativa disminución de los desvanecimientos en la señal recibida 
debido al incremento del SNR. Esto provoca que, para este ejemplo, la tasa de 
error de bits sea cero. 
 
 
Figura 3.10. Gráfico similar al de la figura 3.9 para un SNR alto. SNR=30 dB, ancho 
espectral = 10 Hz, tasa de bits = 1000 bps, BER=0% 
 
3.2.1.3. Calidad en función de los parámetros del EEJ y del sistema de 
comunicaciones 
 
La calidad de las comunicaciones digitales varía de acuerdo a ciertos 
parámetros del EEJ y del sistema de comunicaciones, tales como el SNR, el ancho 
espectral del EEJ, el espesor de la capa del EEJ y tasa de bits transmitidos. En 
función a la variación de éstos es posible obtener estadísticas que permiten analizar 
el efecto de dichas variaciones en la calidad de las comunicaciones de datos y 
caracterizar así el canal EEJ. 
 
3.2.1.3.1. Calidad en función del SNR  
 
A mayor SNR, la calidad de las comunicaciones de datos a través del EEJ 
mejora considerablemente. Al transmitir con mayor potencia o en condiciones de 
    
 
  57   
mayor intensidad del EEJ, la señal se verá menos afectada por los 
desvanecimientos y, por lo tanto, se tendrán menos bits errados en la recepción.  
 
En la figura 3.11 se muestra un gráfico de la variación de la calidad de las 
comunicaciones en función del SNR y el ancho espectral para una conformación de 
pulsos gaussianos. Se observa que al aumentar el SNR se logra una disminución 
de la tasa de error de bits.  
 
3.2.1.3.2. Calidad en función del ancho espectral del EEJ  
 
De manera similar a lo que ocurre para el caso de transmisión de voz, la 
calidad de las comunicaciones de datos no se ve afectada por la variación del 
ancho espectral. En la figura 3.11 se observa también que la variación del ancho 
espectral no influye en la calidad de los datos recibidos. Incrementar el ancho 
espectral equivale a tener desvanecimientos más frecuentes pero de menor 
duración [20], por lo cual en promedio la señal permanecerá igual cantidad de 
tiempo debajo del nivel del ruido que en el caso de un EEJ con menor ancho 
espectral. 
 
 
Figura 3.11. BER vs SNR considerando la variación del ancho espectral para un 
espesor del EEJ de 15 km y una tasa de bits de 2000 bps. 
    
 
  58   
3.2.1.3.3. Calidad en función del espesor de la capa del EEJ 
 
La calidad de las comunicaciones de datos también se ve afectada por el 
espesor de la capa del EEJ, el cual determina la máxima tasa de símbolos que 
pueden ser transmitidos. A mayor espesor, mayor será la dispersión del retardo que 
sufrirá la señal al pasar por el canal, lo que ocasionará que la máxima tasa de 
símbolos se vea limitada a un valor de 10 kbaudios, como se calculó en la sección 
2.3.3.1. Debido a que en las simulaciones se empleó la modulación FSK, en la cual 
cada símbolo representa un bit, teóricamente la tasa de bits transmitidos 
correctamente será como máximo 10 kbps. Esta tasa se podría aumentar con el 
empleo de modulaciones M-arias, en las cuales cada símbolo transporta M  bits, 
con lo que se tendrían M2  niveles. Con estos tipos de modulación, la tasa de bits 
transmitidos podría incrementarse considerablemente. Sin embargo, el máximo 
valor de M está limitado debido a que disminuyen las diferencias entre amplitudes, 
fases o frecuencias distintas que identifican cada nivel, con lo cual la señal será 
más vulnerable frente al ruido e interferencias. 
 
 
Figura 3.12. BER vs tasa de bits considerando la variación del espesor del canal 
EEJ y un SNR de 30 dB 
 
En la figura 3.12 se muestra un gráfico estadístico de la variación de la 
calidad de las comunicaciones digitales en función de la tasa de bits y considerando 
    
 
  59   
la variación del ancho del canal. Se opta por simular señales digitales con alto SNR, 
de modo que su calidad dependa más del espesor de la capa del EEJ que de la 
potencia de transmisión. Se observa que, a mayor espesor del canal EEJ, se 
producirá una mayor tasa de error de bits. Esto se hace más notorio en el caso de 
un EEJ con espesor de 15 km, en el que se aprecia que, para el nivel de SNR 
considerado, el BER empieza a incrementarse a partir de una tasa de 7 kbps, 
aproximadamente. Con esta tasa se consigue un BER de 0.1% y constituye la tasa 
de bits máxima a la cual, bajo buenas condiciones de SNR y para el tipo de 
modulación empleado en estas simulaciones, es posible la transmisión de datos a 
través del EEJ. 
 
3.2.1.3.4. Calidad en función de la tasa de bits 
 
La tasa de bits indica la cantidad de bits que se transmite por unidad de 
tiempo a través de un sistema de comunicaciones. Para el caso de la modulación 
FSK empleada en las simulaciones, cada símbolo transporta un bit de información. 
A medida que se reduce el tiempo de duración de cada uno de estos símbolos, 
éstos se verán más afectados ante los desvanecimientos, lo cual podría ocasionar 
la pérdida de bits con la consiguiente degradación de la calidad del mensaje 
recibido. El mensaje se vería aun más afectado por los desvanecimientos si se 
emplea una modulación M-aria, en el que cada símbolo transporta una mayor 
cantidad de bits.  
 
Figura 3.13. BER vs SNR considerando la variación de la tasa de bits 
    
 
  60   
En la figura 3.13 se observa la variación del BER respecto al SNR 
considerando la variación de la tasa de bits para un canal EEJ de 15 km de 
espesor. Se aprecia que, a medida que la tasa de bits se incrementa, aumenta 
también el BER. Además, a mayor SNR, se logra una disminución de la tasa de 
error de bits, pero solo hasta un determinado nivel de BER, el cual es menor para 
tasas más bajas. De lo anterior se concluye que, para alcanzar altas tasas de 
transferencia, se requiere aumentar el SNR pero solo hasta cierto valor, a partir del 
cual el BER se mantendrá constante debido a la limitación impuesta por el espesor 
de 15 km del EEJ. 
 
3.2.1.3.5. Calidad empleando diversidad  
 
De manera similar a lo que ocurre en el caso de voz, el empleo de 
diversidad permite mejorar la calidad de las comunicaciones de datos. Esto se debe 
a que los desvanecimientos se producen de manera aleatoria, por lo que es posible 
contrarrestar los efectos de estos desvanecimientos a través del empleo de 
diversidad.  
 
En la figura 3.14 se muestra la variación del BER respecto al SNR y la 
diversidad considerando una capa del EEJ de 15 km de espesor. Se observa que el 
BER disminuye considerablemente con la simulación de dos realizaciones 
independientes para la transmisión (diversidad 1). De esta forma, es posible 
transmitir la misma señal con 4 dB menos respecto del caso de transmisión con 
solo una realización (diversidad 0). Analizado de otra forma, con el mismo SNR es 
posible obtener un BER menor en 6% con el uso de realizaciones. En el caso de 
más de dos realizaciones, esta mejora es solo incremental respecto al número de 
diversidad inferior. Por ejemplo, con 4 realizaciones (diversidad 3) se logra obtener 
la misma calidad empleando 1 dB menos respecto al caso de transmisión con 3 
realizaciones (diversidad 2). De manera similar, se observa que, para el mismo 
nivel de SNR, el uso de 4 realizaciones produce un BER menor en 2% respecto al 
uso de 3 realizaciones. 
 
De esta forma se comprueba la utilidad del empleo de la técnica de 
diversidad para mejorar la calidad de la información digital recibida sin necesidad de 
incrementar la potencia de transmisión. 
    
 
  61   
Figura 3.14. BER vs SNR considerando distintos números de realizaciones para la 
simulación de diversidad para un canal EEJ de 15 km de espesor y una tasa de bits 
de 2000 bps 
 
3.2.2. Simulación de la transmisión de datos de modo indirecto 
 
Como se mencionó en el capítulo 2, la simulación de la transmisión de datos 
de modo indirecto consiste en modular los caracteres dentro del ancho de banda 
del canal de voz a través de un software de modulación y demodulación digital 
usado por radioaficionados, con el cual se generará un audio que será luego 
ingresado al simulador.  
 
El software de radioaficionados ofrece diversos tipos de modulación, entre 
los cuales se seleccionaron los siguientes modos: 
 
• PSK31 (@ 31 baudios) 
• PSK250 (@ 250 baudios) 
• QPSK31 (@ 31 baudios) 
• QPSK250 (@ 250 baudios) 
• MFSK32 (@ 32 baudios) 
• MFSK64 (@ 64 baudios) 
    
 
  62   
Con estos tipos de modulación a diferentes tasas fue posible estudiar la 
variación de la calidad de las comunicaciones de datos modulados usando el 
software de radioaficionados considerando distintos parámetros del sistema de 
comunicaciones. Para cuantificar dicha calidad se empleó como parámetro la tasa 
de caracteres errados recibidos respecto a los transmitidos.  
 
En las tablas 3.1 y 3.2 se presentan estadísticas de la variación de la tasa 
de caracteres errados para distintos tipos de modulación y diferentes tasas, 
considerando varios niveles de SNR, tanto el caso de transmisión con diversidad 
como con sin uso de esta técnica. Del análisis de ambas tablas pueden extraerse 
las siguientes observaciones respecto a la variación de los siguientes parámetros: 
 
a) SNR.- La tasa de caracteres errados disminuye a medida que se incrementa 
el SNR, como se observa en ambas tablas para los distintos modos 
empleados en las simulaciones. Por ejemplo, en la tabla 3.1 se observa que, 
para condiciones de SNR de 14 dB y empleando la modulación MFSK64 sin 
el uso de diversidad, se obtiene una tasa de caracteres errados de 5.56%, 
mientras que, para un SNR de 16 dB, la totalidad de caracteres se recibe 
correctamente. Esto puede comprobarse también en la figura 3.15, realizada 
en base a los valores obtenidos en la tabla 3.1. Esta figura muestra la 
variación de la tasa de caracteres errados en función del SNR para los 
modos PSK31 y PSK250. Se observa que, para ambos modos, la tasa de 
caracteres errados disminuye a medida que se incrementa el SNR. 
 
b) Tasa de bits.- El incremento de la tasa de bits provoca un aumento de la 
tasa de caracteres errados para niveles medio y bajo de SNR, lo cual se 
comprueba en ambas tablas para los distintos tipos de modulación (PSK, 
QPSK y MFSK). El uso de tasas altas presenta la ventaja de que la 
información puede ser transmitida a mayor velocidad, pero se requiere de 
condiciones de buen SNR para que el mensaje sea recibido sin errores. Por 
ejemplo, considerando la modulación PSK para un SNR de 14 dB (tabla 
3.1), con el modo PSK31 (a 31 bps) se obtiene la totalidad de caracteres 
correctamente recibidos, mientras que con el modo PSK250 (a 250 bps) la 
tasa de caracteres errados obtenidos aumenta de manera significativa a 
42.88%, por lo cual el mensaje resulta poco inteligible. En la figura 3.15 se 
observa que, efectivamente, la tasa de caracteres errados obtenidos para un 
mismo SNR es mayor con el modo PSK250 que con el modo PSK31. 
    
 
  63   
Tabla 3.1. Tasa de caracteres errados obtenidos de las simulaciones de 
comunicaciones de datos de modo indirecto sin el uso de diversidad 
SNR (dB) 
SIN DIVERSIDAD 
PSK QPSK MFSK 
PSK31 PSK250 QPSK31 QPSK250 MFSK32 MFSK64 
4 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 
6 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 
8 47.60% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 
10 17.02% 92.42% 65.74% 100.00% 36.17% 100.00% 
12 6.38% 80.0% 31.21% 100.00% 0.00% 87.66% 
14 0.00% 42.88% 0.00% 87.90% 0.00% 5.56% 
16 0.00% 25.00% 0.00% 33.15% 0.00% 0.00% 
18 0.00% 9.04% 0.00% 8.53% 0.00% 0.00% 
20 0.00% 3.49% 0.00% 2.04% 0.00% 0.00% 
22 0.00% 1.14% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
24 0.00% 0.76% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
26 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
28 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
 
 
Tabla 3.2. Tasa de caracteres errados obtenidos de las simulaciones de 
comunicaciones de datos de modo indirecto con el uso de diversidad 
SNR (dB) 
CON DIVERSIDAD 
PSK QPSK MFSK 
PSK31 PSK250 QPSK31 QPSK250 MFSK32 MFSK64 
4 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 
6 60.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 100.00% 
8 8.51% 98.86% 70.00% 100.00% 19.15% 100.00% 
10 0.00% 53.85% 4.26% 100.00% 0.00% 84.57% 
12 0.00% 32.50% 0.00% 91.86% 0.00% 0.00% 
14 0.00% 7.20% 0.00% 15.67% 0.00% 0.00% 
16 0.00% 1.52% 0.00% 1.71% 0.00% 0.00% 
18 0.00% 0.10% 0.00% 0.19% 0.00% 0.00% 
20 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
22 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
24 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
26 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
28 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
    
 
  64   
 
Figura 3.15. Tasa de caracteres errados vs SNR considerando la variación de la 
tasa de bits. Se emplean los modos PSK31 y PSK250  
 
 
Figura 3.16. Tasa de caracteres errados vs SNR considerando el uso de diversidad 
para el modo PSK31 
 
c) Diversidad.- La técnica de diversidad reduce de manera considerable la 
tasa de caracteres errados, con lo que se logra una gran mejora de la 
calidad del mensaje recibido. Por ejemplo, comparando las tablas 3.1 y 3.2 
para el caso del modo PSK31 y bajo condiciones de SNR de 10 dB, se 
obtiene una tasa de caracteres errados de 17.02%, la cual se reduce a cero 
con el empleo de diversidad. Esto puede comprobarse en la figura 3.16, 
realizada en base a las tablas anteriormente mencionadas, la cual presenta 
    
 
  65   
la variación de la tasa de caracteres errados respecto a la variación del SNR 
considerando la aplicación de la técnica de diversidad para el modo PSK31. 
Se observa que es posible obtener la misma tasa de caracteres errados 
transmitiendo hasta con 4 dB menos de potencia. 
 
Las observaciones extraídas de los cuadros estadísticos y las gráficas 
presentadas anteriormente corroboran las tendencias de las curvas estadísticas de 
las simulaciones de transmisión de datos modulados directamente, las cuales 
fueron presentadas en la sección 3.2.1. 
 
3.3. Otros resultados 
 
De manera adicional a los modos digitales mencionados anteriormente, se 
realizaron simulaciones usando el modo de transmisión por radiopaquetes. Además 
se implementó un squelch digital en el simulador, el cual se aplicó tanto para la 
transmisión de voz como de datos. 
 
Los modos de transmisión por radiopaquetes empleados para las 
simulaciones de transmisión de datos fueron Packet300, Packet1200 y Packet2400, 
los cuales transmiten a velocidades de 300, 1200 y 2400 baudios, respectivamente. 
Con el modo Packet300 se requirió niveles de SNR muy altos (más de 30 dB) para 
recibir correctamente los paquetes enviados. Con el uso de diversidad con dos 
realizaciones se logró obtener la misma calidad para niveles de SNR altos, pero 
ligeramente menores (a partir de 20 dB). A medida que la velocidad de transmisión 
se incrementa, los símbolos tienen menor duración, por lo que los paquetes 
transmitidos se ven más afectados por los desvanecimientos. Por esta razón, para 
los otros dos modos se requirieron niveles aun más altos de SNR y/o el empleo de 
diversidad. En las simulaciones usando Packet1200 fue posible recibir 
correctamente a partir de un SNR mayor a 45 dB sin el uso de diversidad y un nivel 
de 30 dB con el uso de dos realizaciones del canal. En el caso de Packet2400 solo 
fue posible recibir los paquetes empleando por lo menos tres realizaciones y niveles 
muy altos de SNR (más de 30 dB). 
 
Se realizó también la implementación de un squelch (silenciador) en el 
simulador, basado en los experimentos de comunicaciones de voz realizados en 
1972 por Heraud [18]. Como se mencionó en la sección 1.3, el squelch permite 
suprimir la salida de audio del receptor durante los cortos instantes de tiempo en los 
    
 
  66   
que se producen los desvanecimientos en la señal, con lo cual se logra que éstos 
sean menos perceptibles al oído. En las simulaciones de transmisión de voz de este 
trabajo se comprobó que, en efecto, los desvanecimientos son menos notorios, de 
manera similar a los resultados obtenidos en los experimentos de Heraud [18]. Sin 
embargo, no es posible lograr una mejora real de la calidad de la voz, lo cual sí se 
consigue con la aplicación de diversidad. Para el caso de datos, tanto modulados 
de manera directa como indirecta, la calidad tampoco mejora debido a la pérdida de 
información que se produce al silenciar parte de la señal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  67   
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 4 
PRUEBAS DE CAMPO: ENLACE JICAMARCA-PARACAS 
 
En este capítulo se describen la configuración y el procedimiento seguido 
para la ejecución de las pruebas de campo realizadas a través del enlace 
Jicamarca-Paracas. Se muestran además los resultados de dichas pruebas y el 
análisis respectivo de las mismas.  
 
4.1. Introducción 
 
Con el objetivo de demostrar las mejoras en las comunicaciones utilizando 
diversidad, se realizaron pruebas de campo empleando el enlace entre Jicamarca y 
Paracas para comunicaciones vía EEJ diseñado y establecido por Chocos [5]. Para 
dichas pruebas se optó por el empleo de la técnica de diversidad en frecuencia 
debido a la disponibilidad de los equipos y la simplicidad de la configuración y 
procesamiento respecto de otras técnicas de diversidad. 
 
Antes de ejecutar las pruebas de campo, se realizaron pruebas de 
laboratorio dentro de las instalaciones del Radio Observatorio de Jicamarca con el 
propósito de conocer el comportamiento de los equipos, ensayar la configuración 
para el experimento y probar el procesamiento a emplear para el tratamiento de las 
señales y la aplicación de diversidad. Estas pruebas se realizaron en dos partes. En 
la primera de ellas se ensayó el esquema que se emplearía para las pruebas, con 
la diferencia de que la salida de la parte de transmisión sería atenuada y conectada 
directamente a la recepción. En la segunda parte, se transmitió la señal con línea 
de vista entre dos puntos cercanos dentro del ROJ y sin presencia del EEJ, con lo 
cual fue posible ajustar algunos parámetros de configuración, identificar y superar 
    
 
  68   
algunos inconvenientes en el procedimiento original planteado y definir finalmente el 
esquema a implementar en las pruebas entre Jicamarca y Paracas. 
 
4.2. Geometría del enlace 
 
Como se mencionó anteriormente, las pruebas de campo se realizaron 
sobre la base del enlace Jicamarca-Paracas para comunicaciones vía EEJ 2. Este 
enlace usa parte del sistema del radar biestático Jicamarca-Paracas del ROJ, el 
cual opera a una frecuencia de 49.92 MHz. Este radar es utilizado para la medición 
de la región E del perfil de densidad de electrones [11].  
 
En la tabla 4.1 se presentan los parámetros del enlace de comunicaciones. 
A partir de las coordenadas de cada estación se calculó el locus de 
perpendicularidad [5], conformado por todos los puntos en los que se cumpla la 
condición de Bragg, lo cual se grafica en la figura 4.1. El plano de elevación del 
enlace se aprecia en la figura 4.2, la cual representa el EEJ a una altura promedio 
de 100 km y muestra una separación entre ambas estaciones de 222.41 km, en las 
que se ubican antenas orientadas con un ángulo de elevación de 41.96 º hacia una 
región determinada por el locus de perpendicularidad en la que las ondas de radio 
serán dispersadas por las irregularidades del EEJ. 
 
Tabla 4.1. Características del enlace de comunicaciones 
 
PARÁMETRO JICAMARCA -> PARACAS 
COORDENADAS DEL LUGAR DE TRANSMISIÓN 11.950º S   76.867º O 
COORDENADAS DEL LUGAR DE RECEPCIÓN 13.852º S   76.249º O 
ALTITUD DEL LUGAR DE TRANSMISIÓN 524 m.s.n.m. 
ALTITUD DEL LUGAR DE RECEPCIÓN 12 m.s.n.m. 
DISTANCIA ENTRE LOS PUNTOS DE TRANSMISIÓN 
Y RECEPCIÓN 212.41 km 
ÁNGULO DE INCLINACIÓN DE LAS ANTENAS 41.96 º 
PÉRDIDAS DE PROPAGACIÓN EN EL ESPACIO 
LIBRE (@  49.92 MHz) -116.11 dB 
                                               
2
 En [5] se halla una descripción detallada de los cálculos del enlace y la 
configuración del sistema de comunicaciones en el enlace Jicamarca-Paracas. 
    
 
  69   
 
Figura 4.1. Locus de perpendicularidad entre las estaciones de Jicamarca y 
Paracas [5] 
 
Figura 4.2. Plano de elevación del enlace Jicamarca-Paracas [5] 
 
4.3. Configuración del sistema 
 
La configuración del sistema considera tanto la configuración del hardware 
como del software empleado en las pruebas de campo. 
 
4.3.1. Configuración del hardware 
 
La ejecución de las pruebas de campo considera la transmisión desde 
Jicamarca usando la técnica de diversidad en frecuencia, para lo cual se emplean 
dos radio transceptores operando a frecuencias distintas. La recepción se realiza en 
    
 
  70   
Paracas mediante un sistema de adquisición basado en receptores digitales, el cual 
permite el posterior procesamiento de los datos en una computadora [26].  
 
Los principales componentes de cada una de las estaciones son los 
siguientes: 
 
Transmisión (desde Jicamarca): 
• 2 Radio transceptores 
• 2 Fuentes de alimentación para las radios 
• 2 Interfaces entre la computadora y el radio transceptor 
• 1 Computadora 
• Antenas 
 
Recepción (en Paracas): 
• Sistema de adquisición basado en receptores digitales 
• 1 Computadora para el procesamiento 
• Antenas 
 
Los parámetros básicos de este sistema se consignan en la tabla 4.2 y el 
diagrama de bloques de la configuración del sistema se presenta en la figura 4.3. 
De manera más detallada, en las secciones siguientes se describirán las 
configuraciones realizadas tanto para la parte de transmisión como para la 
recepción. 
 
Tabla 4.2. Parámetros básicos del sistema de comunicaciones 
PARÁMETRO CARACTERÍSTICA 
FRECUENCIAS DE OPERACIÓN 49.75 MHz y 50.25 MHz 
POTENCIA DE TRANSMISIÓN 80 W 
ANCHO DE BANDA DE TRANSMISIÓN 25 kHz 
ANCHO DE BANDA DE CADA CANAL 
DE RECEPCIÓN 250 kHz 
ANTENAS 
Arreglo de 16 antenas Yagi de 4 elementos y 18 
dBi de ganancia. 
Frecuencia de operación: 50 MHz 
Ancho de banda: 1 MHz 
Polarización cruzada – dipolo doblado. 
    
 
  71   
 
    
 
  72   
4.3.1.1. Configuración del sistema de transmisión 
 
Para la transmisión empleando diversidad se reproduce un audio en la 
computadora, el cual puede contener voz o datos modulados en el ancho de banda 
del canal de voz. Luego, a la salida de la tarjeta de sonido, se divide la potencia de 
la señal en dos partes iguales con la finalidad de obtener dos señales idénticas que 
serán transmitidas a cada una de las radios operando a frecuencias distintas. Antes 
de que ingresen las señales, se coloca una interfaz de aislamiento para proteger 
tanto la radio como la tarjeta de sonido y, a la vez, controlar la radio a través del 
puerto serial de la computadora.  
 
En la tabla 4.3 se indican las características de las radios empleadas 
[27][28]. Una de ellas fue configurada para operar a la frecuencia de 49.75 MHz y, 
la otra, a 50.25 MHz, de modo que se encuentren aproximadamente alrededor de 
49.92 MHz, la cual constituye la frecuencia de operación del sistema del radar 
biestático Jicamarca-Paracas. Además, la separación entre las frecuencias 
seleccionadas (500 kHz) es mucho mayor que el ancho de banda de la señal 
modulada transmitida (25 kHz), con lo cual se asegura que los espectros de las 
señales no se interferirán.  
 
Tabla 4.3. Características de los radios transceptores empleados en la transmisión 
desde Jicamarca 
 
PARÁMETRO RADIO TRANSCEPTOR 1 RADIO TRANSCEPTOR 2 
MARCA YAESU ICOM 
MODELO FT-897 IC-706MKIIG 
POTENCIA MÁXIMA 
@ 50 MHz 100W 100W 
BANDAS HF, 6M, 2M, 70CM HF, 6M, 2M, 70CM 
MODOS AM, FM, SSB, CW, PACKET RADIO a 1200 y 9600 BPS 
AM, FM, SSB, CW, PACKET 
RADIO a 1200 y 9600 BPS 
SENSIBILIDAD EN 
FM @ 50 MHz -120 dBm @ SNR = 12 -120 dBm @ SNR = 12 
IMPEDANCIA DE 
ENTRADA / SALIDA 50 Ω 50 Ω 
VOLTAJE DE 
ALIMENTACIÓN 13.8 VDC 13.8 VDC 
    
 
  73   
Se configuraron además las radios para que transmitan con modulación FM, 
debido a que es el tipo de modulación que mejor calidad de comunicaciones ofrece, 
de acuerdo con los experimentos realizados anteriormente [5][23] y los resultados 
obtenidos de las simulaciones del presente trabajo. Se estableció además la 
potencia de transmisión a 80 W, la cual se mantuvo para todo el experimento. 
 
En la figura 4.4 se muestra parte de la disposición de los equipos 
anteriormente mencionados para la transmisión desde Jicamarca. Se observan la 
computadora en la que se reproduce el audio a transmitir, las dos radios operando 
a frecuencias distintas y, sobre cada una de ellas, las interfaces de aislamiento. 
  
 
Figura 4.4. Disposición de los equipos para la transmisión empleando diversidad en 
frecuencia. La misma señal se transmite a través de dos radios operando a 
frecuencias distintas. 
 
 
Figura 4.5. Arreglo de antenas para la transmisión desde Jicamarca (16 antenas 
Yagi) 
    
 
  74   
Finalmente, las señales moduladas obtenidas a la salida de las radios son 
combinadas y enviadas para su transmisión. Para ello se emplea el arreglo de 
antenas Yagi del radar biestático Jicamarca-Paracas. El arreglo de antenas en 
Jicamarca consta de 16 antenas Yagi con polarización cruzada, las cuales se 
encuentran dispuestas de manera lineal según se muestra en la figura 4.5. El 
arreglo de antenas se caracteriza además por estar diseñado para operar a una 
frecuencia de 50 MHz, con un ancho de banda de 1 MHz y 18 dBi de ganancia. 
 
4.3.1.2. Configuración del sistema de recepción 
   
El sistema de recepción empleado en las pruebas de campo en Paracas 
consta de tres componentes principales [29]. La primera de ellas se encarga del 
tratamiento analógico de la señal recibida, para lo cual se emplean filtros 
pasabanda, amplificadores, desacopladores de DC y limitadores para proteger el 
sistema contra sobrevoltajes. La segunda parte permite generar un reloj estable 
para el sistema de adquisición. Finalmente, la tercera parte se compone de un 
sistema de adquisición de datos basado en receptores digitales integrados en una 
tarjeta comercial de la serie Echotek (de la empresa Mercury Computer Systems), 
la cual es colocada en una computadora destinada a la adquisición de datos a 
través de la interfaz PCI [29]. En la figura 4.6 se presenta la disposición de los 
equipos para la recepción en Paracas. 
 
El sistema de adquisición basado en receptores digitales permite ejecutar 
una serie de tareas. Primero, realiza la conversión análogo/digital de la señal 
proveniente del arreglo de antenas. A continuación, separa la señal digitalizada en 
distintos canales (por frecuencia y polarización), cada uno de los cuales es 
trasladado a banda base, tras lo cual se realiza la decimación y filtrado digital de 
cada una de las señales obtenidas [26].  
 
El software de adquisición de la tarjeta permite almacenar los voltajes de las 
señales obtenidas en archivos de datos, los cuales serán posteriormente 
procesados. Permite además configurar una serie de parámetros para la 
adquisición, los cuales incluyen el número de canales, las frecuencias a adquirir, la 
resolución de muestreo, el tamaño de los archivos de datos, etc. Para los 
propósitos de las pruebas se configuró la tarjeta para que adquiera cuatro canales 
de datos: dos por cada frecuencia (49.75 MHz y 50.25 MHz), cada una de las 
cuales se recibe con dos polarizaciones. El software permite definir también el 
    
 
  75   
ancho de banda de cada canal de recepción, el cual está determinado por la 
resolución a la cual se adquiere la señal (4us). La inversa de este parámetro indica 
la frecuencia de muestreo (250 kHz), la cual debe ser mayor o igual que la 
frecuencia máxima de la señal transmitida, según el criterio de Nyquist. De esta 
forma, se define para las pruebas un ancho de banda por canal de recepción de 
250 kHz, el cual es mayor que el ancho de banda por canal de transmisión (25 
kHz), con lo que se aseguran las comunicaciones de voz y datos que se desean 
realizar.  
  
 
Figura 4.6. Disposición de los equipos para la recepción en Paracas. a) 
Computadora de adquisición empleada en las pruebas, b) Desacopladores de DC 
de los pre-amplificadores de campo, c) Pre-amplificadores, d) Computadora de 
adquisición empleada en el sistema del radar biestático, e) UPS, f) Visualización en 
tiempo real de la señal recibida. 
 
 
Figura 4.7. Arreglo de antenas para la recepción en Paracas (2x8 antenas Yagi) 
    
 
  76   
En la figura 4.7 se muestra el arreglo de antenas Yagi usadas para las 
pruebas. El arreglo consta de 2x8 antenas dispuestas de manera lineal, las cuales 
presentan las mismas características que las empleadas para la transmisión en 
Jicamarca.  
 
4.3.2. Configuración del software y programas empleados 
 
Para la realización de las pruebas de campo se usaron diversos software y 
programas, los cuales serán descritos a continuación: 
 
4.3.2.1. Software de transmisión 
 
La reproducción del audio transmitido se realiza de manera automática 
mediante el programa ROJ Beacon. Este es un programa escrito en lenguaje C y 
desarrollado en el Radio Observatorio de Jicamarca, el cual permite reproducir 
periódicamente un archivo de sonido en el computador a intervalos fijos de un 
minuto [5]. La interfaz gráfica del programa se muestra en la figura 4.8. 
 
 
Figura 4.8. Interfaz gráfica del programa para transmisión ROJ Beacon 
 
4.3.2.2. Software de modulación y demodulación de datos 
 
Las comunicaciones de datos en las pruebas de campo se realizaron 
mediante la modulación de dichos datos en frecuencias audibles. Para ello se 
emplearon software de modulación digital, diseñados y usados por 
radioaficionados, tales como Fldigi [30], cuya interfaz se muestra en la figura 4.9, y 
MixW2 [31]. Ambos soportan una amplia variedad de tipos de modulación digital, 
    
 
  77   
entre los cuales destacan PSK31, QPSK, MFSK, RRTY, radiopaquetes (en el caso 
de MixW2), entre muchos otros usados por radioaficionados. 
 
Previa a la etapa de transmisión, los caracteres son ingresados por teclado 
al programa, el cual los modula en tonos de acuerdo con el tipo de modulación 
seleccionado. El audio generado es grabado y almacenado para su posterior 
reproducción en el programa ROJ Beacon usado para la transmisión.  
 
Para la recuperación de los caracteres en la recepción se reproduce el 
archivo de sonido obtenido del procesamiento de los datos recibidos de las 
pruebas. Los caracteres recibidos son mostrados en pantalla y pueden ser 
comparados con los caracteres transmitidos para obtener la tasa de caracteres 
errados. 
 
 
Figura 4.9. Interfaz del software de modulación digital Fldigi 
 
4.3.2.3. Programa de procesamiento de datos 
 
Se desarrolló un programa en lenguaje IDL (Interface Definition Language) 
[32] con la finalidad de realizar el procesamiento de los datos de las pruebas de 
campo. Este programa se encarga principalmente de leer los archivos de datos del 
experimento, demodular las señales recibidas de cada uno de los canales y realizar 
el procesamiento para el uso de diversidad. La descripción detallada del programa 
se encuentra en los anexos. 
    
 
  78   
Para realizar este procesamiento, el programa ejecuta una serie de tareas. 
Primero, lee los archivos de datos crudos adquiridos, los cuales contienen los 
niveles de los voltajes de cada uno de los canales en banda base, además de la 
información de la configuración de los parámetros del experimento, como son el 
período de muestreo, el número de canales, el tamaño de los archivos de datos, 
etc. Una vez leída la información de cada canal, se procede a limitar el espectro de 
la señal a través de un filtro pasabajos, con el cual se logra disminuir 
considerablemente el ruido. Luego, se demodula en banda base las señales de 
cada uno de los canales. Para las pruebas se consideró únicamente modulación 
FM. A continuación, se corrige el retardo existente entre los distintos canales con la 
finalidad de que estén sincronizados para el uso de diversidad. Para la aplicación 
de esta técnica se emplea el método de combinación por tasa máxima, la cual 
consiste en ponderar cada una de las señales por su nivel de SNR. Por último, a 
partir de la señal resultante, se genera un archivo de sonido que contiene voz o 
datos modulados en tonos, el cual será almacenado para su posterior análisis. 
 
Adicionalmente, este programa permite calcular el SNR de cada uno de los 
canales para usarla como referencia de la intensidad de la señal recibida. El 
programa implementa también un squelch digital, el cual, como se mencionó en la 
sección 1.3, permite que los desvanecimientos de la voz sean menos perceptibles, 
pero no logra una mejora real de la calidad de la misma.  
 
4.3.2.4. Programa de análisis de datos 
 
Para el análisis de los resultados de las comunicaciones de voz se 
desarrolló un programa en el entorno de programación MATLAB [33]. El programa 
creado permite calcular el índice de correlación entre la voz recibida de las pruebas 
de campo y la voz recibida en condiciones de línea de vista. El programa permite 
también obtener gráficos del espectrograma de la voz, para lo cual se aprovechan 
las funciones ya implementadas con las que cuenta esta herramienta 
computacional. 
 
4.4. Procedimiento empleado 
 
Las pruebas de campo se realizaron durante una campaña que se extendió 
desde el 13 al 16 de octubre del 2008. Los dos primeros días se realizaron pruebas 
preliminares bajo condiciones reales de transmisión vía EEJ y se definió finalmente 
    
 
  79   
la configuración a emplear en el experimento. Éste se realizó los dos días 
siguientes, durante los cuales se vio favorecido por la gran intensidad que presentó 
el EEJ, sobre todo durante el último día.  
 
Durante el experimento se monitoreó constantemente la intensidad del 
campo magnético. A mayor magnitud de la diferencia de la componente horizontal 
del campo magnético medida en dos estaciones, una ubicada dentro del área 
cubierta por el EEJ y otra fuera de su influencia (∆H), mayor será la intensidad del 
EEJ y, por consiguiente, se esperará una mejor calidad de las comunicaciones [5]. 
La base de datos del magnetómetro en línea que se encuentra en la página web del 
Radio Observatorio de Jicamarca contiene gráficas de la variación del campo 
magnético medido en distintas estaciones. De esta base de datos se extrajo la 
figura 4.10, la cual presenta la variación en el tiempo de la diferencia de los ángulos 
de Declinación (∆D) y de las componentes Horizontal (∆H) y Vertical (∆Z) del 
campo magnético medidos entre Jicamarca y Piura, ubicada la primera dentro de la 
zona cubierta por el EEJ y, la segunda, fuera de ella. Se observa que el ∆H es 
mayor para horas entre las 8 a.m. y las 3 p.m. (en los gráficos el tiempo aparece en 
escala UT), por lo cual se optó por realizar las transmisiones durante estas horas 
diurnas. Además, se observa que en este último día el valor del ∆H fue muy alto 
respecto a otros días (valor máximo de 120 nT).  
 
Figura 4.10. Gráfica de la variación de la diferencia de las componentes del campo 
magnético medidas entre Jicamarca y Piura para el segundo día de las pruebas de 
campo. Se observa que la intensidad del H∆ (línea central azul) se incrementa 
considerablemente en horas del día (gráfica disponible en [4]) 
    
 
  80   
Todos los resultados presentados en este documento corresponden a las 
pruebas realizadas el último día del experimento. Desde las 8:00 a.m. hasta las 3 
p.m. se transmitió cada cierto tiempo la misma secuencia de archivos de voz y de 
datos modulados en distintos modos y empleando distintas tasas. En Paracas, el 
computador de adquisición se configuró para que adquiera constantemente, de 
modo que se logre obtener archivos de datos crudos de todo el experimento. De 
esta forma, se consiguieron ejemplos de la variación de la calidad de la voz y datos 
para distintos niveles de SNR, el cual está asociado a la intensidad del EEJ y éste 
último, a su vez, al valor del ∆H. Con los datos así obtenidos fue posible conseguir 
ejemplos que muestran la calidad de la voz y datos recibidos para distintos 
parámetros, los cuales serán evaluados en la sección siguiente. 
 
 
4.5. Resultados de las pruebas de campo 
 
Las pruebas de campo permitieron determinar la calidad de las 
comunicaciones a través del EEJ, tanto de manera cualitativa como cuantitativa, así 
como validar los resultados obtenidos en el simulador. Los resultados tanto para el 
caso de la transmisión de voz como de datos se describen a continuación: 
 
 
4.5.1. Resultados de la transmisión de voz 
 
En las pruebas de campo se logró transmitir con éxito la voz a través del 
EEJ. El audio empleado es el mismo que el que fue usado para la simulación, el 
cual consta del mensaje ‘Buenos días. Good morning’, seguido por silencio y, 
finalmente, por un tono. La gráfica de esta señal y su espectrograma se mostraron 
en la figura 3.1. 
 
El parámetro empleado para la cuantificación de la calidad de la señal es el 
índice de correlación de la señal recibida de las pruebas vía EEJ respecto a la señal 
recibida en condiciones de línea de vista. 
 
 
 
 
 
    
 
  81   
4.5.1.1. Calidad de la voz en función del SNR 
 
La calidad de las comunicaciones de voz varía en función del SNR. A mayor 
potencia de transmisión e intensidad del EEJ, la señal caerá menos veces debajo 
del nivel de ruido. De esta manera, ocurrirán menos desvanecimientos y se 
mejorará la inteligibilidad de la misma, lo cual se percibe claramente en la calidad 
de los audios recibidos. Ello puede verificarse de manera gráfica en las figuras 4.11 
a) y 4.12 a), las cuales muestran la señal recibida para niveles de SNR de 11 dB y 
21 dB, respectivamente. En éstas se observa que los desvanecimientos, mostrados 
como ruido impulsivo, son menos frecuentes en el caso de SNR más alto. Además, 
en el espectrograma correspondiente a la señal con SNR de 21 dB se comprueba la 
ocurrencia de un menor número de desvanecimientos, debido a que se presentan 
menos instantes de tiempo en los cuales la potencia se encuentra distribuida en 
todo el rango de frecuencias que en el caso de una señal con SNR de 11 dB. Esta 
diferencia puede cuantificarse a través del índice de correlación de cada una de las 
señales recibidas con la transmitida. Para el caso de la señal con SNR de 11, se 
obtuvo un índice de correlación de 0.27 y, para la de SNR de 21 dB, el valor de este 
parámetro aumentó a 0.7. 
 
 
Figura 4.11. a) Audio recibido y b) su espectrograma para un SNR de 11 dB 
    
 
  82   
 
Figura 4.12. a) Audio recibido y b) su espectrograma para un SNR de 21 dB 
 
 
4.5.1.2. Calidad de la voz en función del empleo de diversidad 
 
De los resultados de las simulaciones se concluyó que el uso de diversidad 
permite mejorar la calidad de las comunicaciones de voz. Esta afirmación puede 
corroborarse a través de las pruebas de campo, en las cuales se aprecia de manera 
cualitativa que, efectivamente, los audios recibidos son más inteligibles debido a la 
disminución de los desvanecimientos. 
 
En las figuras 4.11 y 4.12 mostradas en la sección anterior se observan el 
audio recibido y su espectrograma para niveles de SNR de 11 y 21 dB, 
respectivamente, para los cuales se ha considerado el uso de una sola frecuencia. 
Aplicando diversidad se obtienen las gráficas mostradas en las figuras 4.13 y 4.14. 
En éstas se aprecia que, para ambos valores de SNR, la diversidad permite mitigar 
los desvanecimientos disminuyendo el ruido impulsivo en el audio, lo cual se 
evidencia en el espectrograma como una menor cantidad de instantes de tiempo en 
los que la potencia se distribuye en todo el ancho del espectro.  
 
    
 
  83   
 
Figura 4.13. a) Audio recibido empleando diversidad y b) su espectrograma para un 
SNR de 11 dB 
 
Figura 4.14. a) Audio recibido empleando diversidad y b) su espectrograma para un 
SNR de 21 dB 
    
 
  84   
Esta mejora puede ser comprobada de manera cuantitativa a través del 
índice de correlación. Para el caso de la señal con un SNR de 11 dB, se observa 
que el coeficiente de correlación mejora de 0.27 a 0.44 con el uso de diversidad en 
frecuencia. De manera similar, para el caso de la señal con un SNR de 21 dB, se 
obtiene un incremento del coeficiente de correlación de 0.7 a 0.82, lo cual corrobora 
los resultados estadísticos de las simulaciones. 
 
4.5.2. Resultados de la transmisión de datos 
 
En las pruebas de campo se emplearon radio transceptores para la 
transmisión, por lo cual se optó por la transmisión de datos modulados dentro del 
ancho de banda del canal de voz. Como se mencionó en la sección 2.3.3.2, la 
ventaja de emplear este tipo de transmisión es que permite experimentar con 
diversos modos ya implementados en el software de modulación digital de 
radioaficionados. Sin embargo, en la práctica, la tasa de transmisión de datos se ve 
limitada por el ancho de banda del canal de voz y por la máxima desviación en 
frecuencia del modulador FM de los radio transceptores. 
 
Los tipos de modulación empleados en las pruebas fueron los mismos que 
en el caso de las simulaciones de transmisión de datos de modo indirecto 
realizadas en el capítulo 3. Nuevamente, el parámetro usado para cuantificar la 
calidad de los comunicados de datos fue la tasa de caracteres errados. 
 
En la tabla 4.4 se muestra el ejemplo de una transmisión de datos 
empleando modulación PSK250 para niveles de SNR de 15, 17 y 21 dB. 
Considerando una transmisión sin diversidad para condiciones de SNR de 15 dB, 
se recibe un mensaje poco inteligible, en el cual el porcentaje de caracteres errados 
es muy alto y asciende aproximadamente a 35%. Después de aplicar diversidad, 
esta tasa disminuye considerablemente a solo 0.76%, con lo cual es posible 
comprender el mensaje. De manera similar, para niveles de SNR de 17 dB se 
obtiene una tasa de caracteres errados de 9.47%, la cual se reduce a solo 0.38% 
con el uso de diversidad. Finalmente, se observa que para un SNR alto de 21 dB es 
posible recibir correctamente todos los caracteres, por lo que no se requiere el uso 
de diversidad. De esta forma, se comprueba que, a medida que el SNR mejora, la 
señal recibida presentará una menor tasa de caracteres errados. Además, se 
comprueba la mejora significativa que ofrece el empleo de diversidad en las 
comunicaciones de datos.  
    
 
  85   
Tabla 4.4. Mensaje transmitido y mensajes recibidos usando modulación PSK250 
para valores de SNR bajo y medio considerando el uso de diversidad 
MENSAJE 
TRANSMITIDO SNR 
 
@Mensaje de prueba para comunicaciones via EEJ. Esta es 
una comunicacion punto a punto utilizando al Electrochorro 
Ecuatorial como medio de dispersion. Mensaje 1. Mensaje 2. 
Mensaje 3. Mensaje 4. Mensaje 6. Mensaje 7. Mensaje 8. 
Mensaje 9. Mensaje 10. Hola mundo.@ 
 
MENSAJE 
RECIBIDO 
PSK250 
  
SIN DIVERSIDAD 
 
 
CON DIVERSIDAD 
15 dB îaensa]e_epseee p a co 
euniciones vue EE Esta es  
ent ° 
i edn on nO   p +tmutelizando 
al Elect? m rro Eccatoritl 
como medio de d n„rsoonu 
MenseA. Mensaje C o 
MSaDa  enkMen  e\e 4. 
Mensaje. Mennaje 7. 
Mensa#e 8 n teensaoaile. 
Mensajl1to. Uola muedo.@ 
 
Porcentaje de caracteres 
errados: 35%, 
aproximadamente 
 
@Mensaje de prueba para 
comunicaciones via EEJ. Esta 
es una comunicacion punto a 
punto utilizando al 
Electrochorro Ecuatorial como 
medio de dispersion. Mensaje 
1. Mensaje 2. Mensaeae en. 
Mensaje 4. Mensaje 6. 
Mensaje 7. Mensaje 8. 
Mensaje 9. Mensaje 10. Hola 
mundo.@ 
 
Porcentaje de caracteres 
errados: 0.76% 
 
17dB @Mensaje de prueSa 
ratoomunicacioner gia EE 
Esta es una couunicac on 
puoeo a punC utilizand  al 
Electrochorro Ecuatorial 
como medit de dispersion. 
Mensaje 1. Mensajr2. Mea  
aje 3. Mensaje 4. nsaje 6. 
Mensaj 
7. Mensaje 8u Mensaje 9. 
nsaje 10. Hoà mundo.@ 
 
Porcentaje de caracteres 
errados:  9.47% 
 
@Mensaje de prueba para 
comunicaciones via EEJ. Esta 
es una comunicacion punto a 
punto utilizando al 
Electrochorro Ecuatorial como 
medio de dispersion. Mensaje 
1. Mensaje 2. Mensaje 3. 
Mensaje 4. Mensaje 6. 
Mensaje 7. Mensaje 8. 
Mensaje 9. Mens  je 10. Hola 
mundo.@ 
 
Porcentaje de caracteres 
errados: 0.38 % 
 
21 dB @Mensaje de prueba para 
comunicaciones via EEJ. 
Esta es una comunicacion 
punto a punto utilizando al 
Electrochorro Ecuatorial 
como medio de dispersion. 
Mensaje 1. Mensaje 2. 
Mensaje 3. Mensaje 4. 
Mensaje 6. Mensaje 7. 
Mensaje 8. Mensaje 9. 
Mensaje 10. Hola mundo.@ 
 
Porcentaje de caracteres 
errados: 0 % 
 
@Mensaje de prueba para 
comunicaciones via EEJ. Esta 
es una comunicacion punto a 
punto utilizando al 
Electrochorro Ecuatorial como 
medio de dispersion. Mensaje 
1. Mensaje 2. Mensaje 3. 
Mensaje 4. Mensaje 6. 
Mensaje 7. Mensaje 8. 
Mensaje 9. Mensaje 10. Hola 
mundo.@ 
 
Porcentaje de caracteres 
errados: 0 % 
 
    
 
  86   
En el CD de anexos se presentan más ejemplos de los resultados de 
comunicaciones de datos para distintos niveles de SNR, tipos de modulación y 
velocidades de transmisión, tanto considerando el uso de diversidad como 
prescindiendo de ésta. Los resultados de estas pruebas pueden resumirse en las 
tablas 4.5 y 4.6, las cuales indican la tasa de caracteres errados obtenidos de las 
pruebas para los distintos parámetros del sistema mencionados anteriormente. 
 
Del análisis de los ejemplos de las tablas es posible validar  los resultados 
de las simulaciones, los cuales se indican a continuación: 
 
a) El aumento del nivel de SNR permite obtener comunicaciones de datos con 
una menor tasa de caracteres errados. Por ejemplo, para el caso de 
modulación QPSK250, con un SNR de 14 dB se obtiene un mensaje poco 
inteligible, con una tasa de caracteres errados de 81.17 %. Para un valor de 
SNR de 17 dB, esta tasa disminuye a 10.23 %. Esta diferencia de 3 dB 
equivale a duplicar la potencia de transmisión, con lo cual se logra mejorar 
significativamente la calidad de las comunicaciones. 
 
b) Para cada uno de los tipos de modulación, la tasa de error de bits es mayor 
en los casos de modos con velocidades de transmisión más altas, como se 
anticipó en los resultados de las simulaciones. Por ejemplo, bajo 
condiciones de SNR de 14 dB, con el modo QPSK31 (@31 baudios) la 
totalidad de caracteres fueron recibidos correctamente. El modo QPSK250 
(@250 baudios) permite transmitir el mismo mensaje en menor tiempo, pero 
presenta el inconveniente de que se ve más afectado por los 
desvanecimientos en condiciones de bajo SNR. Por este motivo, en el 
ejemplo se observa que, para el mismo nivel de SNR, la tasa de error 
obtenida es muy alta (81.17%). 
 
c) El uso de diversidad permite mejorar significativamente la calidad de las 
comunicaciones de datos. Por ejemplo, de la comparación de las tablas 4.5 
y 4.6 se observa que, para un nivel de SNR de 10 dB, con el modo PSK31 
se obtiene una tasa de caracteres errados de 7.79%. Con el uso de 
diversidad, este valor se reduce a cero, lo cual confirma el gran potencial del 
uso de diversidad en las comunicaciones vía EEJ. Con el modo QPSK250, 
por ejemplo, se obtiene una tasa de caracteres errados de 10.23% para 
condiciones de SNR de 17 dB. Con el uso de diversidad, es posible obtener 
    
 
  87   
una tasa muy cercana de caracteres errados (11.36%) para un SNR de 14 
dB, lo cual significa que, para este ejemplo, con diversidad pudo 
conseguirse una calidad similar de comunicaciones con un SNR 3 dB 
menor. 
 
Tabla 4.5. Tasa de caracteres errados obtenidos de las pruebas de comunicaciones 
de datos sin el uso de diversidad 
SNR (dB) 
SIN DIVERSIDAD 
PSK QPSK MFSK 
PSK31 PSK250 QPSK31 QPSK250 MFSK32 MFSK64 
10 7.79% 100.00% 17.86% 100.00% 0.00% 64.94% 
14 0.00% 38.96% 0.00% 81.17% 0.00% 0.00% 
17 0.00% 9.47% 0.00% 10.23% 0.00% 0.00% 
21 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
 
Tabla 4.6. Tasa de caracteres errados obtenidos de las pruebas de comunicaciones 
de datos con el uso de diversidad 
SNR (dB) 
CON DIVERSIDAD 
PSK QPSK MFSK 
PSK31 PSK250 QPSK31 QPSK250 MFSK32 MFSK64 
10 0.00% 87.66% 0.38% 100.00% 0.00% 5.52% 
14 0.00% 3.57% 0.00% 11.36% 0.00% 0.00% 
17 0.00% 0.38% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
21 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 0.00% 
 
Los resultados de estas pruebas mostraron también que, para las mismas 
condiciones de SNR, las transmisiones de datos fueron más inteligibles que las de 
voz, especialmente para velocidades de transmisión bajas. Se observó además 
que, en condiciones de bajo SNR, las comunicaciones de datos a bajas tasas de 
transmisión podían aún ser comprendidas a pesar de que se perdían algunos 
caracteres en la recepción. 
 
4.6.  Otros resultados 
 
De manera similar a lo efectuado en las simulaciones, se realizaron pruebas 
adicionales empleando el modo de transmisión por radiopaquetes e implementando 
un squelch digital en el procesamiento de la voz y datos. 
    
 
  88   
Al igual que en el caso de la simulación de transmisión de datos modulados 
a través del software de radioaficionados, se experimentó con la modulación de 
datos en radiopaquetes. Para ello se usaron los modos Packet300, Packet1200 y 
Packet2400, los cuales transmiten a 300, 1200 y 2400 baudios, respectivamente. 
De ellos, únicamente con el modo Packet300 y bajo condiciones de muy alto SNR 
(21 dB) se logró recibir correctamente solo uno de los dos paquetes transmitidos sin 
el uso de diversidad. Con el empleo de esta técnica se logró recibir la totalidad del 
mensaje correctamente. Para niveles inferiores de SNR, no fue posible recibir 
ningún mensaje debido al efecto de los desvanecimientos, incluso con el uso de 
diversidad. Además, para las condiciones de SNR del experimento y el número de 
diversidad, tampoco fue posible decodificar correctamente el mensaje con los 
modos Packet1200 y Packet2400 debido a su alta tasa de transmisión, como se 
observó en las simulaciones del capítulo 3. 
 
Se implementó también un squelch digital en el programa de procesamiento 
con la finalidad de analizar el efecto de su aplicación en la voz y datos recibidos en 
las pruebas. Se comprobó que los desvanecimientos resultan menos perceptibles 
en el caso de la voz, de manera similar a lo obtenido en las simulaciones en el 
capítulo 3 y en los resultados de la implementación del squelch realizados por 
Heraud [18]. Sin embargo, la calidad de la voz no se ve realmente mejorada. Para 
datos, se verificó que el uso del squelch no logra disminuir la tasa de caracteres 
errados, lo cual corrobora los resultados de las simulaciones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  89   
CONCLUSIONES 
 
Entre las conclusiones más significativas de este trabajo destacan las 
siguientes: 
 
1. Se logró cumplir con los objetivos de este trabajo de tesis: 
• Se desarrolló un simulador de comunicaciones de voz y datos a través 
del EEJ 
• Se estudió el canal de comunicaciones EEJ y los parámetros que lo 
caracterizan  
• Se comprobó la mejora en la calidad de la voz y datos recibidos 
empleando diversidad, tanto en las simulaciones como en las pruebas 
de campo en el enlace Jicamarca-Paracas. 
 
2. El programa de simulación desarrollado se basa en un modelo matemático 
del canal EEJ para simular comunicaciones analógicas y digitales a través 
de éste sin necesidad de implementar físicamente el enlace. En el simulador 
se consideran distintos tipos de modulación analógica (AM, Doble Banda 
Lateral, Banda Lateral Única y FM) y modulación digital (ASK, FSK y PSK). 
Además, permite definir las condiciones de SNR y caracterizar los 
parámetros del canal de comunicaciones EEJ, como su ancho espectral y el 
espesor de la capa del EEJ. Se simula también la aplicación de diversidad, 
la cual puede ajustarse a distintas técnicas: diversidad espacial, en 
frecuencia, en polarización o en tiempo. Finalmente, con ciertas mejoras, 
este simulador puede ser utilizado en el estudio y diseño de otros tipos de 
modulación, técnicas de transmisión y recepción y estrategias de 
procesamiento. 
 
3. El simulador desarrollado ha sido satisfactorio y logra reproducir muy bien el 
tipo de comunicaciones de voz realizadas a través del EEJ que se 
obtuvieron en los experimentos realizados con anterioridad para distintos 
tipos de modulación y parámetros del sistema. Por ejemplo, simulando una 
transmisión con modulación Banda Lateral Única, la voz recibida se 
caracterizó por presentar  “lloriqueos”, de modo similar a los audios de las 
pruebas de Chocos [5]. De manera similar, para el caso de modulación FM, 
se presentaron desvanecimientos o cracks en la voz recibida. 
    
 
  90   
 
4. El simulador permite estudiar los parámetros del canal de comunicaciones 
EEJ. Uno de estos parámetros es el ancho de banda de coherencia del 
canal, determinado por el espesor de 15 km del EEJ. Debido a este espesor, 
el ancho de banda del canal se limita a 10 kHz, mientras que la tasa de 
símbolos teórica máxima es de 10 kbaudios. Para el tipo de modulación FSK 
empleado en las simulaciones, fue posible alcanzar una tasa de 7 kbps con 
un BER de 0.1%. 
 
5. La calidad de las comunicaciones de voz y datos mejora a medida que se 
incrementa el SNR. Tanto en las simulaciones como en las pruebas de 
campo se consiguió una buena inteligibilidad para niveles de SNR a partir de 
16 dB, aproximadamente. A medida que el SNR disminuye, el nivel de la 
señal permanecerá más tiempo debajo del nivel del ruido, por lo que se verá 
más afectada por los desvanecimientos, lo cual provoca que la inteligibilidad 
de la voz disminuya y la tasa de error de bits aumente.  
 
6. De los resultados de las simulaciones se dedujo que la variación del ancho 
espectral no influye en la calidad de las comunicaciones en el rango de 
frecuencias del canal de comunicaciones del EEJ (de 20 a 100 Hz). Esto se 
debe a que, si bien la frecuencia de los desvanecimientos es mayor, éstos 
tienen una mayor duración, por lo que en promedio la calidad de la voz y 
datos recibidos no se ve afectada por los cracks. 
 
7. En el caso de comunicaciones digitales, el aumento de la velocidad de 
transmisión provoca que la señal se vea más afectada por los 
desvanecimientos. Esto se debe a que, al aumentar la tasa de símbolos 
para un determinado tipo de modulación, la duración de dichos símbolos 
disminuye, por lo cual son más vulnerables a los desvanecimientos. 
 
8. A través de las simulaciones y las pruebas de campo se comprobó que el 
empleo de diversidad mejora la calidad de las comunicaciones de voz y 
datos debido a la aleatoriedad de los desvanecimientos producidos por el 
canal EEJ. Para el caso de voz, se empleó el índice de correlación como 
parámetro de cuantificación de la calidad, mientras que para datos se usó la 
tasa de bits o de caracteres errados. De los resultados de las simulaciones 
se dedujo que el uso de dos realizaciones para la transmisión incrementa de 
    
 
  91   
manera significativa la calidad de la voz y datos, tanto de manera cualitativa 
como cuantitativa. Para voz, se observó que con dos realizaciones es 
posible transmitir la voz hasta con 6 dB menos respecto del caso de 
transmisión sin diversidad y, para datos, es posible transmitir hasta con 4 dB 
menos. El uso de más de dos realizaciones para la transmisión produce solo 
una mejora incremental de la calidad de la voz y datos. Para ambos casos, 
esta mejora es de 1 dB, aproximadamente. Por este motivo, resulta más 
provechoso el uso de diversidad con solo dos canales.  
 
9. En las pruebas de campo entre Jicamarca y Paracas se empleó la técnica 
de diversidad en frecuencia por ser la más sencilla de implementar debido a 
la disponibilidad de los equipos y configuración del sistema. Los resultados 
de dichas pruebas permiten validar los resultados del simulador, tanto para 
el caso de voz como de datos. Se comprueba así que el empleo de 
diversidad mejora de manera cualitativa y cuantitativa la calidad de las 
comunicaciones de voz. Para el caso de datos, se observó que esta mejora 
es aun más significativa, ya que se logró recuperar una mayor cantidad de 
caracteres y decodificar mejor el mensaje transmitido.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
  92   
RECOMENDACIONES 
 
Las recomendaciones que pueden derivarse de este trabajo son las 
siguientes: 
 
1. Sería conveniente implementar un enlace de comunicaciones vía EEJ entre 
dos puntos ubicados a lo largo del EEJ, como son Jicamarca y Puerto 
Maldonado. Entre estos puntos se aprovecharía el aumento de la sección 
transversal del EEJ, con lo cual se espera una mejora de la calidad de la voz 
y datos recibidos debido al aumento del volumen de dispersión.  Además, se 
experimentaría con un enlace más largo y se podría evaluar su influencia en 
la calidad de las comunicaciones. 
 
2. Como se mencionó, existe una relación cuantitativa entre la intensidad del 
EEJ y el ∆H medido entre dos estaciones ubicadas una dentro y otra fuera 
de la zona determinada por el EEJ. A mayor magnitud del ∆H, mayor será la 
intensidad del EEJ y, por lo tanto, mejor será la calidad de las 
comunicaciones a través del este medio. Por esta razón, se recomienda 
contar con estadísticas basadas en la variación del ∆H en el tiempo, de 
modo que pueda conocerse mejor la variación de la intensidad del EEJ para 
distintos días, meses y años y, de esta manera, predecir la calidad de las 
comunicaciones obtenidas en los experimentos. 
 
3. Para el presente trabajo, se ha simulado la transmisión de datos empleando 
modulaciones binarias (de solo dos estados). El modo con el cual se 
alcanzó mayores tasas de transmisión fue FSK, con la que fue posible 
transmitir hasta 7 kbps con un BER de 0.1%. Esta tasa puede ser 
incrementada con el empleo de modulaciones M-arias, las cuales permiten 
transmitir una mayor cantidad de bits por símbolo. Se recomienda también 
emplear otras técnicas y esquemas de modulación para contrarrestar los 
desvanecimientos, tales como OFDM [34], interleaving y códigos de 
detección y corrección de errores. El efecto de estas técnicas en la calidad 
de los datos recibidos puede ser estudiada inicialmente a través de su 
implementación en el simulador. De esta manera, se podrá estudiar la 
capacidad máxima del canal EEJ. 
 
    
 
  93   
4. De las simulaciones se ha demostrado que el ancho de banda del canal EEJ 
es de 10 kHz, el cual, para el tipo de modulación empleado en este trabajo, 
permite una tasa de transferencia máxima de 7 kbps. Esta tasa de bits 
puede ser incrementada en la práctica mediante el empleo de múltiples 
canales para la transmisión de información digital, lo cual se conoce como 
multichannel. Este tipo de transmisión hace uso de la técnica de Espectro 
Ensanchado (Spread Spectrum), que consiste en transmitir la señal a lo 
largo de una banda de frecuencias mucho más amplia que el ancho de 
banda original de la información que se desea enviar. Empleando 
multichannel se podría enviar la información repartida en varios canales de 
10 kHz, de modo que las señales no estén correlacionadas y se logre así 
enviar una mayor cantidad de bits al mismo tiempo y por el mismo medio. 
 
5. En el futuro se proyecta implementar la parte de transmisión empleando un 
sistema basado en Software Defined Radio (SDR). Esta técnica permite 
implementar mediante software partes que típicamente estaban diseñadas 
en hardware, como filtros, amplificadores, moduladores, demoduladores, 
detectores, etc.  La ventaja de esta técnica es que permite implementar 
distintas tecnologías de manera flexible, de modo que puede ser 
reconfigurado vía software. Un modulador basado en SDR permitiría 
estudiar mejor el canal de comunicaciones EEJ y aplicar nuevas técnicas de 
modulación y transmisión. A diferencia de los radio transceptores, no se 
vería limitado por el ancho de banda del canal de voz y la máxima 
desviación en frecuencia del modulador FM, por lo cual sería posible 
transmitir comunicaciones digitales directamente sin necesidad de generar 
audios. De esta forma, se estudiaría mejor la capacidad del canal EEJ y se 
podrían implementar nuevas técnicas de transmisión, como multichannel, 
descrito anteriormente. Para la recepción se seguirían empleando los 
receptores digitales, ya que permiten aplicar distintas técnicas de 
demodulación en el procesamiento de la señal y ensayar métodos 
alternativos de recepción. 
 
 
 
 
 
 
    
 
  94   
REFERENCIAS 
 
[1] Forbush, S., M. Casaverde (1961). Equatorial Electrojet in Perú. No.620. 
Carnegie Institution of Washington. 
 
[2] Balsley, Ben B. (1967). Evidence for Plasma Turbulence in the Equatorial 
Electrojet. Institute for Environmental Research, Technical Memorandum #89. 
 
[3] Cohen R., K. Bowles (1963). Ionospheric VHF Scattering Near the Magnetic 
Equator During the International Geophysical Year. Journal of Research of the 
National Bureau of Standards. Vol 67D. No.5 
 
[4] Base de datos de los magnetómetros, Radio Observatorio de Jicamarca 
http://jro.igp.gob.pe/database/magnetometer/html/magdata.htm 
Consultado en junio de 2009. 
 
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