Transcript Banda SHF - Sistemas de Comunicaciones Electrónicas y sus Areas
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ Departamento de Ingeniería Electrónica
TEMA V Comunicaciones en la Banda SHF (Microondas)
SUMARIO
1. Banda de Microondas, Parámetros y Sub bandas de microondas.
2. Características de la microondas.
3. Diagrama de Bloques de un sistema de microondas.
4. Repetidores de microondas.
5. Diversidad y Trayectoria.
6. Ecuaciones de Balance de Energía.
LA BANDA DE MICROONDAS
La banda GHz a 30 GHz SHF (Super Altas Frecuencias), tiene su banda desde 3 Banda SHF Longitud de Onda Inferior
3 * 10 8 30 * 10 9 0 , 01
m
Longitud de Onda Superior
3 * 10 3 * 10 9 8 0 , 10
m
LA BANDA DE MICROONDAS
¿De donde proviene el nombre de MICROONDAS?
ESTAN EN EL RANGO DE
10
mm A
100
mm
LAS SUB-BANDAS DE MICROONDAS
Banda GHz 1 a 2 2 A 3 3 a 4 4 a 6 6 a 8 8 a 10 10 a 12,4 12,4 a 18 18 a 20 20 a 26,5 26,5 a 40 Nombre Anterior L S S C C X X Ku K K Ka Nombre Actual D E F G H I J J J K K
SUB-BANDAS DE MICROONDAS DE USO MILITAR
Nombre de Banda P L S X K Q V Banda de Frecuencias 225 a 390 MHz 390 a 1550 MHz 1,5 a 5,2 GHz 5,2 a 10,9 GHz 10,9 a 36 GHz 36 a 46 GHz 46 a 56 GHz
CARACTERISTICAS DE LA BANDA DE MICROONDAS
La banda SHF tiene características más relevantes:
• Haces muy directivos
como
• Se requiere muy poca potencia de Tx • Se afectan mucho por la atmósfera • Las antenas utilizadas son parabólicas • Poseen gran ancho de banda
DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE UN SISTEMA RADIO DE MICROONDAS FM
DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE RADIO DE MICROONDAS FM La banda base es la señal compuesta que modula la portadora de FM y puede incluir uno o más de los siguientes:
a) Canales de banda de voz con multicanalización por división de frecuencia: b) Canales de banda de voz con FDM.
multicanalización por división c) de tiempo: TDM.
Teléfono de imágenes o video compuesto con calidad de radiodifusión.
d) Datos de banda ancha.
LIMITACIONES QUE PRESENTA LAS MICROONDAS DE FM
La distancia permisible entre TX y RX depende de: a) Potencia de salida del transmisor.
b) Umbral de ruido del receptor.
c) Terreno.
d) Condiciones atmosféricas.
e) Capacidad del sistema.
f) Objetivos de confiabilidad.
g) Expectativas de funcionamiento.
REPETIDORES DE RADIOMICROONDAS DE FM
Cuando la distancia entre Tx y Rx es tan grande que no permite que la señal de RF sea de los niveles adecuados para ser demodulada eficientemente y no es posible incrementar los niveles de repetidores, potencia, etapas de se hace relevo uso de la de los señal ubicados entre Tx y Rx originales
REPETIDORES DE RADIOMICROONDAS DE FM
Un repetidor de microondas es un receptor y un transmisor colocados espalda con espalda o en tándem con el sistema.
Típicamente, la distancia está entre 15 y 40 millas (24 y 64 Km)
TIPOS DE REPETIDORES DE MICROONDAS
Hay dos tipos de repetidores de microondas: a) Repetidores de banda base b) Repetidores de IF
REPETIDOR DE BANDA BASE
En este caso la portadora de RF recibida: i) Se convierte a una frecuencia de IF ii) Se amplifica iii) iv) Se Se demodula a banda filtra base La señal de banda base es demodulada permitiendo que ella (la señal de banda base) se vuelva a configurar para cumplir con las necesidades de ruteo de la red general de comunicaciones.
REPETIDOR DE BANDA BASE
Se recibe la señal de RF, se lleva puede a IF volver y se demodula hasta banda base. La banda base se a configurar con otras señales.
El demodula banda amplifica nueva forma. Luego se repetidor la base, y modula RF le portadora de FM a la da la
REPETIDOR DE IF
La portadora de RF recibida se convierte en forma descendente a una frecuencia de IF, se amplifica y, con nueva forma, se convierte ascendentemente a una frecuencia de RF, y luego se retransmite.
DIVERSIDAD
Diversidad sugiere que hay más de una ruta de transmisión, o método de trasmisión confiabilidad disponibles del entre un transmisor y un receptor. En un sistema de microondas, el objetivo de usar diversidad es aumentar la sistema, aumentando su disponibilidad.
DIVERSIDAD
Confiabilidad (%) Tiempo de interrupcion (%) 0 50 80 90 95 98 99 99,9 99,99 99,999 99,9999 100 50 20 10 5 2 1 0,1 0,01 0,001 0,0001 Año (horas) Tiempo de Interrupción Por mes (horas) Día (horas) 8760 4380 720 360 24 12 1752 876 144 72 4,8 2,4 438 175 88 8.8
53 min 5,3 min 32 seg 36 14 7 43 min 4,3 min 26 seg 2,6 seg 1,2 29 min 14,4 min 1,44 min 8,6 seg 0,86 seg 0,086 seg
DIVERSIDAD
Si el sistema dispone de más de una ruta para la señal de RF, podrá seleccionar la que produzca la máxima calidad en la señal recibida.
La máxima calidad se determina evaluando la relación de portadora a ruido (C/N) en la entrada del receptor, o tan solo midiendo la potencia de la portadora recibida.
DIVERSIDAD Los tipos de diversidad que se utilizan son:
Frecuencia
Espacial
Polarización
Híbrido
Cuádruplo
ARREGLOS DE CONMUTACION
Para evitar la en un interrupción del servicio sistema de microondas por desvanecimiento o fallas, se recurre a los arreglos de conmutación.
Esta es una ruta alternativa que puede seguir la señal de IF desde el emisor hasta el receptor.
ARREGLOS DE CONMUTACION
Arreglo: Reserva Continua
ARREGLOS DE CONMUTACION Arreglo: Uso de Diversidad
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA
LA TRAYECTORIA de un sistema de radiocomunicaciones es el recorrido que sigue la señal a través del medio de transmisión para llegar desde el emisor hasta el receptor.
Este recorrido puede seguir varios caminos diferentes y algunas veces simultáneos
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA La trayectoria de espacio libre:
trayectoria de línea de directamente transmisora entre y las es la vista antenas receptora.
La onda reflejada a tierra:
de la es la porción señal transmisora que se refleja de la superficie de la tierra y es capturada por la antena receptora.
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA La onda de superficie
consiste de campos eléctricos y magnéticos asociados con las corrientes inducidas por la superficie de la tierra, depende de las características de la superficie de la tierra y de la electromagnética de la polarización onda.
La suma de estas tres trayectorias anteriores se llama la onda de tierra.
La onda de cielo
es la porción de la señal transmisora que se regresa reflejada por las capas ionizadas de la atmósfera de la tierra.
CARACTERÍSTICAS DE TRAYECTORIA
Para el estudio en microondas, son de interés solo las señales de ondas directas y las reflejadas.
GANANCIA DEL SISTEMA
a) La ganancia del sistema es la diferencia entre la potencia nominal de salida de un transmisor y la potencia mínima de entrada requerida por un receptor.
b) La ganancia del sistema debe ser mayor que o igual a la suma de todas las ganancias y por una pérdidas incurridas señal, conforme se propaga de un transmisor a un receptor.
La ganancia del sistema se utiliza para predecir la confiabilidad de un sistema para determinados parámetros del sistema.
GANANCIA DEL SISTEMA
Potencia Maxima de Salida del Transmisor Ganancia Potencia Minima de la Entrada del Receptor
GANANCIA DEL SISTEMA
Matemáticamente, la ganancia del sistema es:
G s
P t
C
minima
donde:
G s = ganancia del sistema (dB) P C t = potencia de salida del transmisor (dBm) mínima = potencia mínima de entrada del receptor para un objetivo de calidad determinado (dBm)
GANANCIA DEL SISTEMA
En la ecuación se debe cumplir:
P t
C
mínima Pérdidas Ganancias
Las ganancias están dadas por:
At = ganancia de la antena transmisora (dB) relativa a un radiador isotrópico.
Ar = ganancia de la antena receptora (dB) relativa a un radiador isotrópico
Las Pérdidas están dadas por:
Lp = pérdida de la trayectoria de espacio libre entre antenas (dB) Lf = pérdida del alimentador de guías de ondas (dB) entre la red de distribución (véase tabla I).
Lb = pérdida total de acoplamiento o ramificación (dB) en los circuladores, filtros y red de distribución entre la salida de un transmisor o la entrada de un receptor y su alimentador de guías de ondas respectivo (véase tabla I).
Fm = margen de desvanecimiento para un determinado objetivo de confiabilidad.
GANANCIA DEL SISTEMA
Matemáticamente, la ganancia del sistema es:
G s
P t
C
mínima
F m
L p
L f
L b
A t
A r
en donde todos los valores dBm.
están expresados en dB o
GANANCIA DEL SISTEMA
Nota:
Debido a que la ganancia del sistema indica una pérdida neta, las pérdidas están representadas con valores dB positivos y las ganancias están representadas con valores dB negativos.
TABLA 1: PARÁMETROS PARA LA GANANCIA DEL SISTEMA
Frecuencia (GHz) Perdida del alimentador, L f Perdida por Ramificación (dB) Diversidad Ganancia de la antena, A t o A r Tipo Perdida (dB/100m) Frecuencia Espacio Tamaño (m) Ganancia (dB) 1.8
7.4
8.0
Cable coaxial lleno de aire Guía de onda elíptica Guía de ondas elípticas EWP 69 5.4
4.7
6.5
5 3 3 2 2 2 3.7
2.4
3.0
3.7
4.8
1.2
2.4
3.0
3.7
1.5
2.4
3.0
25.2
31.2
33.2
34.7
38.8
43.1
44.8
46.5
43.8
45.6
47.3
49.8
REPRESENTACIÓN GANANCIAS Y PÉRDIDAS DEL SISTEMA
PÉRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO LIBRE
La pérdida de trayectoria de espacio libre se define
como la pérdida incurrida por una onda electromagnética conforme se propaga en una línea recta a través de un vacío sin ninguna absorción o reflexión de energía de los objetos cercanos.
PÉRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO LIBRE
Se determina por la ecuación:
L p
4
D
2 4
c f D
2
en donde:
Lp = pérdida de trayectoria de espacio libre D = distancia f = frecuencia
= longitud de onda c = velocidad de la luz en el espacio libre
PÉRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO
Convirtiendo
LIBRE
a dB da
L p
(
dB
) 20 log 4
c f D
20 log 4
c
20 log
f
20 log
D
Cuando la frecuencia se da en MHz y la distancia en km,
L p
(
dB
) 20 log 4 3 20 log 3
x
10 8
f
(
MHz
) 20 log
D
(
km
)
L p
(
dB
) 32 .
4 20 log
f
(
MHz
) 20 log
D
(
km
)
Cuando la frecuencia se da en GHz y la distancia en km,
L p
(
dB
) 92 .
4 20 log
f
(
GHz
) 20 log
D
(
km
)
MARGEN DE DESVANECIMIENTO
El margen de desvanecimiento es un "factor de acolchonamiento" incluido en la ecuación de ganancia del sistema que considera las características no ideales y menos predecibles de la propagación de ondas de radio, como la propagación de múltiples trayectorias (pérdida de múltiples trayectorias) y sensibilidad a superficie rocosa.
El margen de desvanecimiento también considera los objetivos de confiabilidad del sistema.
Por lo tanto, se incluye como pérdida el margen de desvanecimiento en la ecuación de ganancia del sistema.
MARGEN DE DESVANECIMIENTO
Fm
30 log
D
10 log( 6
ABf
) 10 log( 1
R
) 70
en donde: Fm = margen de desvanecimiento (dB) D = distancia (km) f = frecuencia (GHz) R = confiabilidad expresada como decimal 1-R = objetivo de confiabilidad para una trayectoria de 400 km en un solo sentido o dirección.
A = factor de rugosidad = 4 sobre agua o en un terreno muy parejo = 1 sobre un terreno normal = 0.25 sobre un terreno montañoso muy disparejo B = factor para convertir una prob. del peor mes a una prob. anual = 1 para convertir una disponibilidad anual a una base para el peor mes.
= 0.5 para áreas calientes y húmedas.
= 0.25 para áreas normales tierra adentro.
= 0.125 para áreas montañosas o muy secas
UMBRAL DEL RECEPTOR
Un parámetro muy importante cuando se evalúa el rendimiento de un sistema de comunicaciones de microondas es la portadora a ruido.
La potencia de la portadora de banda ancha mínima en la entrada de un receptor que proporcionará una salida de banda base que pueda utilizarse se llama Umbral del Receptor o, a veces, Sensibilidad del Receptor.
UMBRAL DEL RECEPTOR
El umbral del receptor depende de la potencia de ruido de banda ancha que está presente en la entrada de un receptor, el ruido que se introduce en el receptor, y la sensibilidad al ruido del detector de banda base.
Antes de que se pueda calcular C mínima , tiene que determinarse la potencia del ruido de entrada.
UMBRAL DEL RECEPTOR
La potencia del ruido de entrada se expresa matemáticamente como:
N
KTB
en
N K = = constante potencia de de Boltzmann ( ruido 1.38
x 10-23
donde:
(watts).
J/K).
T = temperatura de ruido equivalente del receptor (Kelvin) (temperatura ambiente B = ancho de banda de ruido (Hertz).
= 290 K).
UMBRAL DEL RECEPTOR
Expresado en dBm
N
(
dBm
) 10 log
KTB
0 .
001 10 log
KT
0 .
001 10 log
B
El umbral del receptor es directamente proporcional al ancho de banda y la temperatura.
RELACIÓN PORTADORA A RUIDO VERSUS RELACIÓN SEÑAL A RUIDO
Portadora a ruido (C/N) es la relación de la "portadora" de banda ancha a la potencia de ruido de banda ancha (el ancho de banda de ruido del receptor).
El C/N se puede determinar a un punto de RF o de IF en el receptor. Esencialmente, el C/N es una relación señal-a-ruido de predetección (antes de la demodulación de FM).
La señal a ruido (S/N) es una relación de posdetección (después de la demodulación de FM). En un punto de banda base del receptor, se puede separar un solo canal de banda de voz del resto de independientemente.
la banda base y puede medirse
FIGURA DE RUIDO: (NF)
En su forma más sencilla, la figura de ruido (NF) es la relación señal-a-ruido de un dispositivo ideal, sin ruido dividido por la relación de S/N, en la salida de un amplificador o de un receptor.
En un sentido más práctico, la figura de ruido se define como la relación de S/N en la entrada de un dispositivo dividido por la relación de S/N a la salida.
N
ENTRADA Sistema o Dispositivo
N SALIDA
FIGURA DE RUIDO: (NF)
La figura de ruido se puede determinar entonces por la ecuación:
NF
(
dB
) 10 log
S
N Entrada Salida
Por lo tanto, la figura de ruido es una relación de relaciones.
La figura de ruido de un dispositivo totalmente sin ruido es la unidad o 0 dB.
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FM
Existen dos tipos de estaciones de radiomicroondas de FM: Estaciones terminales: son puntos, dentro del sistema, donde las señales de banda base se originan o terminan.
Estaciones repetidoras: son puntos, simplemente se "repiten" o se amplifican.
dentro del sistema, donde las señales de banda base se pueden volver a configurar o donde las portadoras de RF
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FM
Estación terminal de radiomicroondas, banda base, enlace de entrada de línea de cable e IF de FM
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FM
Estación terminal de radiomicroondas transmisor y receptor.
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FM
Configuración esquemática de una Estación repetidora de radiomicroondas
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS Interferencias entre DE FM estaciones radiomicroondas.
repetidoras de
En algunas ocasiones y según la distribución de las estaciones repetidoras, es posible que se presenten anomalías entre estaciones repetidoras que estén alineadas o no, lo cual ocasiona perturbaciones o interferencias entre ambas.
Para resolver esta situación, es posible utilizar frecuencias diferentes entre estaciones repetidoras adyacentes. Se recibe la señal de entrada con una frecuencia y al retransmitirla se envía con una frecuencia diferente.
ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FM Interferencias entre estaciones repetidoras de radiomicroondas.
Sistema de microondas para el tratamiento de interferencias multisaltos. Uso de frecuencias alta/baja
Actividades de Autodesarrollo Visite la página web http://www.gmtvaritec.com/?mod=calculo&IDSeccion=3 , http://www.radioptica.com/Radio/calculo_radioenlaces.asp
Familiarícese con la misma y ponga en práctica los conocimientos página web.
adquiridos realizando cálculos con el sistema de proyección de esta
ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS
Analice los problemas resueltos del libro Tomasi, Capítulo 17.
Resuelva capítulo 17.
algunos problemas del
FIN DEL TEMA 5
Gracias
DIVERSIDAD en FRECUENCIA
La diversidad de frecuencia solo consiste en modular dos portadoras de RF distintas con la misma información de FI, y transmitir entonces ambas señales de RF a un En el destino, destino se demodulan dado.
ambas portadoras y la que produzca la señal de FI de mejor selecciona.
calidad, es la que se
DIVERSIDAD en FRECUENCIA
DIVERSIDAD ESPACIAL
La salida de un transmisor se alimenta a dos o más antenas, físicamente separadas por una cantidad apreciable de longitudes de onda.
De igual manera, en el receptor, puede haber la más de una antena que proporcione señal de entrada al receptor.
Si se usan varias antenas receptoras, también deben estar separadas por una cantidad apreciable de longitudes de onda.
DIVERSIDAD ESPACIAL
DIVERSIDAD de POLARIZACION
Para este caso, una sola portadora de RF se propaga con dos polarizaciones electromagnéticas diferentes, vertical y horizontal, debido a que las ondas electromagnéticas de distintas polarizaciones están sometidas degradaciones de no necesariamente a las transmisión.
mismas
DIVERSIDAD de POLARIZACION
La diversidad de polarización se usa en general junto con la diversidad espacial.
Un par de antenas de transmisión y recepción se polariza en sentido vertical, y el otro También es en sentido posible usar horizontal.
en forma simultanea la diversidad de frecuencia, espacial y de polarización.
DIVERSIDAD de POLARIZACION
DIVERSIDAD HIBRIDA
Consiste en una trayectoria normal de diversidad de frecuencia, en la que los dos pares de transmisor y receptor en un extremo de la trayectoria separados entre están sí y conectados a distintas antenas, separadas verticalmente como en la diversidad espacial.
DIVERSIDAD HIBRIDA
El arreglo proporciona un efecto de diversidad espacial en ambas direcciones; receptores en una están porque los separados verticalmente, y en la otra porque están separados horizontalmente.
DIVERSIDAD de CUADRUPLE
Es una combinación de diversidad de frecuencia, espacial, de polarización y de recepción en un solo sistema.
Proporciona la transmisión confiable; sin embargo, más también es la más costosa.
DIVERSIDAD de CUADRUPLE
Su desventaja obvia es que necesita equipo electrónico, frecuencias, antenas y guías de ondas redundantes, que son cargas económicas.