Sistemas de Radiocomunicación (Miguel Calvo) - COM

RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Sistemas de
Radiocomunicación
Miguel Calvo
Contenido
Introducción.
Bloques de un Sistema de Radiocomunicaciones.
Fuentes de señal. Codificación de Voz y Vídeo.
Modulaciones analógicas: AM, BLU, FM, PM.
Modulaciones digitales: PAM, PSK, QAM, FSK.
Características de antenas: diagrama, ganancia.
Enlace: pire, pérdidas.
Tipos de Antenas: lineales, aperturas, agrupamientos.
Acceso Múltiple y Duplexión.
Espectro y gestión
Servicios y Sistemas de Radiocomunicaciones
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
2
1
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Percepción
El progreso tecnológico está asociado a incertidumbres y riesgos
La exposición a campos EM de líneas de alta tensión, radares,
teléfonos móviles y estaciones base se percibe como riesgo para la
salud, especialmente en niños.
La construcción de nuevas líneas y estaciones base encuentra
mucha oposición pública.
La comunidad tiene derecho a conocer los planes de construcción de
equipamientos EM que puedan afectar a la salud y tomar parte en la
decisión.
Los desarrollos de tecnologías EM deben coordinarse con la
investigación de sus consecuencias potenciales para la salud
Sistemas de Radiocomunicación
3
Clasificación del campo EM
Campos estáticos (constantes y de variación muy lenta
con el tiempo):
– Atmosférico (12-150 V/m), geomagnético (0.07 mT)
– Pantallas de TV y vídeo (20 kV/m), equipos industriales (50 mT)
– Bajo líneas 500 kV (30 kV/m), resonancia magnética (2.5 T)
Campos de baja frecuencia (hasta 300 Hz ELF)
– Bajo líeas (12 kV/m, 10-30 µT)
– Procesos industriales (soldadura) (130 mT)
Radiofrecuencia (3 kHz a 300 GHz)
Campos ionizantes (por encima de 300 GHz)
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
4
2
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Radiocomunicaciones
Comunicaciones a distancia mediante ondas
radioeléctricas
– Ondas electromagnéticas que se propagan sin guía artificial
(líneas de transmisión, guiaondas, fibras,...)
– Frecuencias inferiores a 3000 GHz (óptica)
– No ionizantes (energía insuficiente para la ruptura de enlaces
moleculares)
Sistemas de Radiocomunicación
5
Sistema Radiocomunicaciones.
Diagrama de Bloques
Tasa de Bits
Rb
Fuente
Digital
Fuente
Analóg.
Codificador
de Fuente
Tasa de Bits
Rc
Codificador
de Canal
Tasa de Símbolos
Rs
Modulador
S/N, SINAD
Demodulador
Decodificador
de Canal
Tasa de Bits Rc
Tasa de Error Pc
Tasa de Bits Rb
Tasa de Error Pb
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
Decodificador
de Fuente
6
3
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
• Continuas / Discretas
• Aperiódicas / Periódicas
• Representación Tiempo /Frecuencia
Amplitud
Señales
T
Tiempo
Amplitud
Osciloscopio
f=1/T
Frecuencia
Analizador de Espectros
Sistemas de Radiocomunicación
7
Fuentes de señal
AUDIO
VIDEO
MULTIMEDIA
DATOS
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
8
4
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Codificación de voz
El objetivo de los algoritmos de codificación de voz es
transmitir, almacenar o sintetizar voz con una
determinada calidad usando el menor número de bits.
Los codificadores de voz se agrupan en dos categorías:
codificadores de ondas y vocoders.
– Los codificadores de ondas se dividen a su vez en codificadores
en el dominio del tiempo, como el PCM, DPCM y ADPCM, que
aprovechan la periodicidad y variación lenta de la señal y
codificadores en el dominio espectral, como los codificadores
subbanda SB entre otros, que aprovechan las redundancias
frecuenciales de la voz (suelen proporcionar mayor calidad pero
requieren tasas mayores).
– Los vocoderes consideran un modelo de producción de voz para
reproducirla..
Sistemas de Radiocomunicación
9
Codificación de Fuente
Muestreo PCM
En primer lugar se muestrea la señal siguiendo el criterio de Nyquist.
m(t)
m(t)s(t)
T
s(t)
T
TEOREMA
TEOREMADE
DEMUESTREO
MUESTREO
T=
fm
fs
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
1
fs
fs ≥ 2 fm
10
5
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Codificación de Fuente
Cuantificación y PCM
Las muestras de la señal se cuantifican en niveles. A cada nivel le corresponde
un código de bits a transmitir. Por ejemplo para 8 niveles hacen falta 3 bits.
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Código
Zona
tiempo
Sistemas de Radiocomunicación
11
Modelo de Generación de Voz
Frecuencia
Fundamental
del Tono
Generación
Generación
de
deTren
Trende
de
Impulsos
Impulsos
Generación
Generación
de
dePulsos
Pulsos
Guturales
Guturales
Control periódico/
aperiódico
Voz
Sintetizada
Modelo
Modelode
de
Tracto
TractoBucal
Bucal
(Filtro
(FiltroDigital)
Digital)
Generación
Generación
de
deRuido
Ruido
Blanco
Blanco
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
12
6
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Señales de Vídeo
El ojo humano es sensible a las ondas electromagnéticas en la banda
visible (entre 400 y 700 nm)
La retina tiene dos tipos de receptores: bastones, responsables de la
visión monocroma a niveles bajos de luminancia, y los conos,
responsables de la visión de los colores.
Hay tres tipos de conos con sensibilidades máximas al rojo (580 nm),
verde (540 nm) y azul (440 nm) respectivamente.
Para reproducir las imágenes se utilizan tres radiadores
monocromáticos en rojo (700 nm), verde (546.1 nm) y azul (435.8 nm),
un poco separados de las frecuencias de máxima sensibilidad para
poder separar los espectros (en la práctica no son monocromáticos).
Sistemas de Radiocomunicación
13
Televisión Monocroma
Una imagen bidimensional se descompone en elementos (pixeles)
mediante transductores fotoeléctricos.
Las salidas de estos transductores y la información necesaria para
reconstruir la imagen (señales de sincronismo) junto con el sonido
forman la señal de TV.
En el extremo transmisor la cámara explora la imagen línea a línea de
izquierda a derecha y de arriba a abajo. Al finalizar cada línea un
rápido retroceso permite comenzar la nueva línea. Al terminar una
pantalla, un rápido retroceso del haz de exploración permite
comenzar la exploración de la siguiente.
En los sistemas de 625 líneas la pantalla se explora 50 veces por
segundo, en dos campos entrelazados, con lo que se transmites 25
imágenes por segundo.
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
14
7
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Estructura de trama 625/50
(767 pixeles/línea) (aspecto 4:3)
12.45 µs
51.55 µs
1.5 µs
25 líneas
Líneas impares
287.5
18.5 µs
40 µs
25 líneas
Líneas pares
287.5
20 µs
Duración de Línea = 64 µs
Sistemas de Radiocomunicación
15
Estructura de Línea
Luminancia
100 IRE
Sincr.
40 IRE
64 µs
t
La resolución horizontal es de 767 pixeles por línea y se transmiten 625 líneas
de imagen en 1/25 seg. El ancho de banda equivalente es de unos 7.4 MHz.
Teniendo en cuenta las dimensiones del haz de electrones y la distancia media
entre el observador y la pantalla, se transmite entre 4.2 y 6 MHz.
La modulación usada en sistemas terrenales es Banda Lateral Vestigial.
El sonido utiliza una banda de 15 kHz. Se transmite en una subportadora
modulada en FM.
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
16
8
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
TV Color. Espectro Banda Base
fsc=3.579545 MHz
Luminancia
6.8 MHz
Audio
Crominancia
Y
R
M
G
x
Q
B
I
+
x
-90
Sincr.
Retorno
de línea
Osc. Subport.
Sistemas de Radiocomunicación
17
Codificador de vídeo
El régimen binario requerido por una señal RGB-HDTV de
estudio, con 1080 líneas activas, 1920 muestras por línea,
8 bits por muestra y 30 pantallas por segundo es de:
3x1080x1920x8x30 = 1.5 Gbps.
Para difundir esta señal en canales de 6 MHz se requiere
que la velocidad de transmisión se reduzca a unos 20
Mbps es decir por un factor de 75.
Las técnicas de compresión utilizadas para ello son:
–
–
–
–
–
procesado adaptado a la fuente,
reducción de la redundancia temporal,
reducción de la redundancia espacial,
explotación del sistema visual humano y
mejoras de la eficiencia de codificación.
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
18
9
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Bloques y Vectores de Movimiento
1
5
3
2
7
6
10
9
2
3
4
5
6
7
8
12
9
10
11
12
16
13
14
15
16
8
11
14
13
1
4
15
Bloques de la imagen
previa usados para la
predicción de la nueva
Imagen previa después de
usar los vectores de movimiento
para ajustar su posición
Sistemas de Radiocomunicación
19
Tramas I, P y B
Predicción
hacia atrás
Predicción
hacia adelante
B
I
B
P B
P B
P B
P B
P
B
I
Orden de
Presentación
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14
Orden de
Transmisión
2
1
4
3
6
5
8
7
10 9
12 11 14 13
B
15
16
Intra-coded picture
Predictivelly-coded picture
Bidirectionally-coded picture
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
20
10
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Modulaciones Analógicas
Puede variarse la amplitud, frecuencia o fase de la portadora.
Si se varía la amplitud la
modulación es AM
Si se varía la frecuencia:
modulación FM
Si se varía la fase: modulación PM
En una representación polar del
fasor tanto FM como AM cambian
el ángulo y se denominan
modulaciones angulares.
s ( t ) = A ( t ) sen (2π f (t ) + φ (t ))
AM
FM
PM
s (t ) = A(t ) sen(θ (t ))
Sistemas de Radiocomunicación
21
Modulación AM
Con una señal moduladora sinusoidal de frecuencia fm
em
x
+
AM
~ Ec sen(ωct)
sen(ωct)
~
AM
Ec+em
m x(t)
+
AM
~ sen(ωct)
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
BFP
22
11
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Espectro AM
Requiere un ancho de banda doble del de información.
Transmite potencia a la frecuencia de portadora que no
transporta información.
Sistemas de Radiocomunicación
23
Modulación BLU (SSB)
Para mejorar la eficiencia de transmisión de AM se suprime la
portadora y una de las bandas laterales
USB
m(t)
X
BFP
DSB-SC
LSB
~ sen(ω t)
c
Modulador
Balanceado
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
24
12
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Modulación de Frecuencia
La desviación ∆f de la frecuencia instantánea respecto a la frecuencia
de portadora fc es proporcional a la amplitud instantánea de la tensión
moduladora.
t
m(t)


s( t ) = A cos  ω c t + 2 π k f ∫ m( τ )d τ 
0


s(t)
kf = cte de desviación de frecuencia
VCO
m ( t ) = A m cos ω m t
fc




k A
∆f
s( t ) = A cos  ω c t + f m sin ω m t  = A cos ω c t +
sin ω m t 
fm
fm




∆f/fm es el índice de modulación mf
Sistemas de Radiocomunicación
25
Señales y espectros FM
Portadora
Moduladora
Modulada
10
BW
5
Espectro infinito.
0
10 . log
BW ancho de banda
de Carson
B = 2(m f + 1) f m = 2(∆f + f m )
P
j
5
10
15
20
fc
0
20
40
80
100
120
140
j
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
60
26
13
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Demodulación FM
El filtro de FI se supone ideal y su ancho de banda B permite el paso
de s(t) con distorsión mínima
x (t ) = A cos( ω c t + φ (t )) + n (t ) = A cos (θ (t ))
El demodulador deriva θ(t) para
obtener la señal moduladora
nout
-fm
1 dθ (t )
[
] = k f m(t ) + nout (t )
2π dt
Intercambio C ↔ B
fm
f
Ruido parabólico
y (t ) =
S 3  C  B  ∆f 
=    
N 2  N  f m  f m 
2
Sistemas de Radiocomunicación
27
Modulación Digital
Modulación digital es el proceso por el que los símbolos digitales se
transforman en señales compatibles con el canal de comunicaciones.
En las modulaciones paso banda la información modula alguna característica de
la portadora.
Para enviar información digital puede modularse la amplitud, la frecuencia o la
fase de la portadora, en sistemas PAM, FSK y PSK respectivamente.
Cualquier tipo de modulación digital puede ser “directa” o “diferencial” según la
amplitud/frecuencia/fase de la portadora se determine por el estado de la señal
moduladora o por el cambio de estado de la señal moduladora.
La amplitud/frecuencia/fase de la portadora adopta un número finito M de
valores.
El tiempo de transición más el tiempo durante el que la fase se mantiene
constante se denomina “periodo de símbolo” y la onda transmitida se denomina
“símbolo”.
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
28
14
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Señales moduladas digitalmente
Amplitud → PAM
Frecuencia → FSK
Fase → PSK
Amplitud y Fase → QAM
Sistemas de Radiocomunicación
29
Representación fasorial
Q
p.
Am
Fase
0 grad
Cambio de Amplitud
I
Phase
0 drad
Cambio de Fase
0 deg
0 deg
Cambio de
Amplitud y Fase
Cambio de Frec.
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
30
15
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Constelaciones
Q
Q
Q
I
I
2 PAM
I
4 PAM
Q
8 PAM
Q
Q
I
I
QPSK
BPSK
I
8PSK
Q
I
4QAM
16 QAM
Sistemas de Radiocomunicación
I
31
Modulador IQ
I:
π/2
Portadora
Q:
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
32
16
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Demodulación
Demodulador
de máxima
verosimilitud
∫ r (t )s (t )dt
Ts
1
0
señal
recibida
∫ r (t )s (t )dt
Ts
Elige
el valor
mayor
2
0
r(t)=s(t)+n(t)
Decisión
∫ r (t )s (t )dt
Ts
M
0
Filtro
adaptado
El valor u(Ts) a la salida de un filtro será igual al de la salida de los
correladores si h(Ts- τ) = s(ττ) -> Filtro adaptado.
u(t ) =
Demodulador
coherente
∫ h(t − τ )r (τ )dτ
t
0
r(t)
s1 ( t ) = cosω
ω ct
x
∫
Ts
0
Salida
~
Sistemas de Radiocomunicación
33
Comparación entre esquemas
Eficiencia espectral:
R
W
bits seg
Hz
Probabilidad de error:
 M −1


3
erfc
kγ b  , PAM

2
1
M
M
−





 π 
, PSK
PM ≈  erfc kγ b sen  
 M 





3
, QAM
kγ b 
 2erfc
 2(M − 1)


γ b = SNR media por bit
k = log 2 M
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
34
17
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Antenas
Son los elementos transductores que convierten las
ondas de corrientes o tenciones de las líneas de
transmisión y guiaondas en ondas de radio y viceversa.
Los tipos principales de antenas son
– Antenas de hilo (monopolos y dipolos)
• Usadas con coberturas omnidireccionales
– Antenas de bocina
• Alimentadores para reflectores
• Antenas de cobertura global desde satélites( BW ~ 17.4)
– Antenas reflectoras (simples y múltiples, centradas y
descentradas -offset-)
• Haces estrechos, múltiples, haces contorneados.
– Arrays de elementos impresos, ranuras o bocinas.
Sistemas de Radiocomunicación
35
Antenas simples: Dipolo y monopolo
Dipolo
Monopolo
Línea bifilar
balanceada
λ/2
Dipolo doblado
36
Sistemas de radiocomunicación
Sistemas de Radiocomunicación
36
18
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Diagrama de Radiación y Ganancia
Representación de la intensidad de radiación en cada dirección.
Una antena isótropa radia una onda esférica con una potencia uniforme
Pt/4π
π en cualquier dirección ( θ , ϕ ) del espacio.
Pt es la potencia entregada a la antena.
Una antena direccional radia una potencia P( θ , ϕ ) en la dirección ( θ , ϕ ).
P (θ,ϕ)
θ,ϕ)
GANANCIA
θ
θ=ϕ=0
ϕ
G (θ , ϕ ) =
Pmax
Pt/4 π
G
m ax
=
En decibelios: G = 10 log(Gmax) dBi
P (θ , ϕ )
Pt
4 π
P m ax
Pt
4 π
Sistemas de Radiocomunicación
37
Características del Diagrama
0
CP
SL
Nivel de lóbulos secundarios
FdB ( θ )
Nivel de polarización cruzada
XP
50
θ
0
θ3dB//2
HPBW =
25
θ3dB
Ancho de haz a 3 dB
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
38
19
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Diagrama de radiación del Dipolo
39
Sistemas de Radiocomunicación
39
Diagramas de Antenas de Satélite
Global
Spot
Spot
Zonal
Zonal
17.4
Hemi-Global
Cobertura
Global
Sistemas de radiocomunicación
Sistemas de Radiocomunicación
40
20
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Área Efectiva y PIRE
La antena capta la potencia contenida en su Área de Abertura Efectiva Ae.
Si la antena fuera perfecta y sin perdidas Ae = A = πD2/4 . En la práctica:
Ae = η ⋅ A
θ=ϕ=0
Gmax =
4πAe 4πηA
π ⋅D 
= 2 = η

2
λ
λ
 λ 
2
Donde η es la eficiencia (entre 0.6 y 0.8).
PT
Distancia R
GT
PR
AReff
GT PT PIRE
=
4π R 2 4πR 2
G λ2
PR = F ⋅ Ae
Ae = R
4π
2
2
 λ 
 4π R 
PR = PIRE ⋅ G R ⋅ 
=
L
p

 λ 
 4π R 
F =
Diámetro D
GR
PT W
2
4π R 2 m
F =
[ PR ] = [ PIRE ] + [ G R ] − [ L p ]
Sistemas de Radiocomunicación
dBW
41
Reflectores de Estaciones
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
42
21
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Reflector Parabólico Descentrado
Intersección del Paraboloide de revolución con un
cono de eje ψ0 y ángulo ψ s. La apertura es
Circular. La figura presenta el corte por el plano
vertical de simetría φ=90º.
n
D
ρ
y
ψ
2ψs
yf
ψ0
(Plano del papel)
zf
C
xf
z
F
Diámetro: D
Altura Offset (“Clearance”): C
Ángulo Offset: ψ 0
Semiángulo subtendido: ψs
Sistema de Referencia
Alimentador: xf,yf,zf
Sistemas de Radiocomunicación
43
Reflectores Dobles Descentrados
Cassegrain
Offset
Gregoriano
Offset
Más utilizado por
ser más compacta
β
α
Elipsoide
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
44
22
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Otras Configuraciones Reflectoras
Utilizadas
Foco del paraboloide=
Vértice de la bocina
Bocina Reflector
Reflectores
de Rejilla
Antena Periscópica
Sistemas de Radiocomunicación
45
Bocinas Rectangulares
Bocina Piramidal
Bocina Sectorial Plano H
E
E
Bocina Sectorial Plano E
Bocina Corrugada
E
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
46
23
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Programa ASYRIO
Alimentador y BFN Plana
Sistemas de Radiocomunicación
47
Arrays (Yagui-Uda)
Yagi de doble reflector
Yagi de cuernos
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
48
24
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Espacio Radioeléctrico
Comprende los recursos de espacio, tiempo y frecuencia.
– Las radiocomunicaciones se separan en alguna de estas
magnitudes dependiendo de la técnica de acceso múltiple
utilizada
Frecuencia
Separación en frecuencia
Tiempo
Separación en tiempo
Separación en espacio
Espacio
Sistemas de Radiocomunicación
49
Técnicas de Acceso Múltiple
FDMA: a cada usuario se le asigna exclusivamente una
porción del ancho de banda total durante todo el tiempo.
TDMA: a cada usuario se le asigna todo el ancho de banda
durante una fracción de tiempo de forma cíclica (p.e. una
ranura en cada trama).
CDMA: a cada usuario se le asigna un CODIGO y se le
permite usar todo el ancho de banda todo el tiempo.
FDMA
f
TDMA
f
CDMA
f
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
t
t
t
50
25
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Acceso Múltiple y Duplexión
TDD
30 kHz
4.6 ms
45 MHz
TDMA
2 ms
CT2
100 kHz
0 1 2 3 0 1 2 3 0
0.57 ms
200
kHz
CDMA
AMPS
TACS
NMT
CT0
CT1
GSM
45
DCS1800
MHz
IS-54
PDC
IS-95
45 MHz
1.25 MHz
PHS
DECT
300
kHz
5 ms
Frecuencia
FDMA
FDD
Tx MS
Rx MS
W-CDMA
5 MHz
Sistemas de Radiocomunicación
Tiempo
51
Transmisión DS-CDMA
Rb=1/Tb
s(t)
X
m(t)
Canal
X
r(t)
u(t)
X
LPF
x(t)
X
p(t)
Generador
de Código
Sincroniz.
de Código
Rc=1/Tc
Integ.
p(t)
2cos(ω
ωct)
cos(ω
ωct)
v(t)
Generador
de Código
m(t)= ±1 con Rb=1/Tb
p(t)= ±1 con Rc=1/Tc
s(t)=m(t)p(t) cos(ω
ωct)
r(t)= m(t)p(t) cos(ω
ωct)(2 cos(ω
ωct))
= m(t)p(t) + m(t)p(t) cos(2ω
ωct)
u(t)=m(t)p(t)
x(t)=m(t)p(t) p(t)=m(t)p2(t)=m(t)
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
52
26
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Acceso DS-CDMA
La estación receptora recibe la señal deseada s(t) superpuesta a las señales si(t)
de los N-1 restantes usuarios. Por tanto:
r (t ) = s (t ) +
N−1
∑
i= 1
s i (t )
La señal a la salida del multiplicador de código es por tanto
x ( t ) = m ( t )p
2
N−1
(t ) + ∑
i= 1
m
i
(t )p i (t )p ( t )
Con lo que se vuelve a ensanchar el espectro de las señales interferentes, que
ya había sido ensanchado en transmisión. Estas señales actúan por tanto como
ruido con una densidad espectral de potencia muy baja.
Si J(t)cos ωct es una señal interferente, a la salida del multiplicador se tendrá
su espectro ensanchado actuando como ruido.
x ( t ) = m ( t )p
2
(t ) + J (t )p (t )
Sistemas de Radiocomunicación
53
Espectro Radioeléctrico
Es el conjunto de bandas de frecuencia usadas para
radiocomunicaciones.
Comprende las frecuencias entre 3 KHz y 3000 GHz
– Es un recurso natural limitado
– Su utilización cambia con la evolución de las tecnologías y la
introducción de nuevos servicios
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
54
27
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Bandas de Frecuencia
Banda
Gama de frecuencias
Ondas miriamétricas (VLF)
3 a 30 KHz
Ondas kilométricas (LF)
30 a 300 KHz
Ondas hectométricas (MF)
300 a 3000 KHz
Ondas decamétricas (HF)
3 a 30 MHz
Ondas métricas (VHF)
30 a 300 MHz
Ondas decimétricas (UHF)
300 a 3000 MHz
Ondas centimétricas (SHF)
3 a 30 GHz
Ondas milimétricas (EHF)
30 a 300 GHz
Ondas decimilimimétricas
300 a 3000 GHz
Sistemas de Radiocomunicación
55
Gestión del Espectro
Es un recurso natural reutilizable pero escaso -> debe
optimizarse su uso por el mayor número posible de
usuarios
Su gestión debe tener carácter internacional, a nivel de la
UIT y se instrumenta en el Reglamento de
Radiocomunicaciones (RR)
Las bandas de frecuencia se atribuyen a servicios en las
CMRs (Cuadro de Atribución de Frecuencias del RR)
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
56
28
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Cuadro Nacional de Atribución de
Frecuencias (CNAF)
Inspirado en el Cuadro Internacional del RR
Traslada al ámbito nacional las atribuciones de las
diferentes bandas a los servicios contenidos en el RR
Recoge modificaciones consecuencia de Decisiones y
Recomendaciones a nivel Europeo (Conferencia Europea
de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones
CEPT)
Sistemas de Radiocomunicación
57
Servicios de Radiocomunicaciones
Los servicios radioeléctricos de mayor interés social son:
– Servicios Móviles (Terrestre, Marítimo, Aeronáutico)
– Servicios Fijos (Radioenlaces, WLL, LMDS)
– Servicios de Radiodifusión (Sonora y TV)
– Servicios por Satélite (Móviles y de Radiodifusión)
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
58
29
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Servicios de Difusión
Servicio
Potencias radiadas
Difusión sonora
AM en Onda Corta
3 – 30 MHz PRA Megavatios (Radio Exterior de España)
AM en Onda Media
531 a 1602 KHz con PRA de 1 a 1000 KW (Arganda)
FM (87.5 a 108 MHz)
Tipo A con PRA de hasta 500 W
Tipo B de hasta 150 W
Tipo C de hasta 50 W
DAB
195 a 223 MHz (ámbito nacional y regional) hasta 1 KW
1467,5 a 1492 MHz (ámbito local)
Difusión de TV
Analógica
VHF (174-230 MHz) UHF (470 a 862 MHz) 1 a 100 kW
Digital
UHF (470 a 862 MHz) hasta 1 KW (500 W en SFN)
Radar Marítimo
Para 36 millas de alcance: 4 KW
Sistemas de Radiocomunicación
59
Balance de Enlace: Relación C/N
La potencia recibida es:
Por tanto la C/N será:
PR =
PIRE ⋅ GR
L p ⋅ LA
El ruido total es:
C
PIRE ⋅ G R
G
1 1
=
= ( PIRE ) ⋅ ( R ) ⋅
⋅
⋅
N L p ⋅ L A ⋅ ( kTB IF )
T L p LA
S 3  C  B  ∆f
=   
N 2  N  f m  f m
En sistemas analógicos FM:
En sistemas digitales, p.e. BPSK:
γb =



2
Eb CTb C B
=
=
No N B N R
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
N = kTB IF
B = 2( ∆f + f m )
C
BER = f  
N
60
30
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Objetivo de calidad
Los demoduladores funcionan por encima de un umbral mínimo de C/N:
•FM de banda estrecha: (C/N)min > 5 dB
•FM de banda ancha : (C/N)min > 11 dB (umbral extendido 8.5 dB)
•BPSK (BER 10-5): (C/N)min > 10 dB
La interferencia puede considerarse como ruido (caso peor): N=NoB + I
S/N
50
BER
0.1
45
40
PB ( EbNo )
S/N b.e.
35
S/N b.a.
30
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
C/N
0.000001
0
EbNo
12
C/N
Sistemas de Radiocomunicación
Cobertura contínua
61
v
(u1,v1)
D
u
EB
Los ejes forman 60º
y la distancia unitaria
es 3R
(u2,v2)
La distancia entre dos celdas
es
R
D 2 = i 2 + ij + j 2
=
+
+
3R
donde i = u2 - u1 y j= v2 - v1
son enteros
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
62
31
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Efectos de la Interferencia C/I
Deseado
Interferente
D
R
R
Nivel relativo
Nivel de portadora C
10
1
C/I
0.1
0.01
Nivel de interferente I
(D-R)/R
0.001
0.1
R
1
D
10
Distancia relativa
100
Sistemas de Radiocomunicación
63
Distribución de canales
Los canales se reparten entre un conjunto de células que forman un racimo.
Este racimo se extiende al resto de células formando un patrón de repetición celular.
Dos células que tienen los mismos canales se llaman cocélulas y están separadas D.
La relación C/I producida por las células interferentes puede aproximarse por:
C D
≈ 
I R
n
siendo n el exponente de pérdidas (2 en espacio libre, 4 en
tierra plana
La relación entre la separación mínima entre dos
cocélulas D y el radio R de las células se relaciona con
el número de células N que forman el racimo como
Por tanto, considerando 6 células interferentes
y tierra plana (n=4), se obtiene:
D
= 3N
R
N=
2C 
 
3 I 
Para un sistema analógico C/I =18 dB y Nmin=7 mientras que para un TDMA digital
C/I = 9 dB y Nmin = 3.
Para un CDMA con C/I = -15 dB el valor de N es 1.
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
64
32
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
Incremento de la Capacidad
Cuanto menor sea N más canales habrá por célula y mayor será la capacidad.
Cuando no se puedan distribuir más canales
se pueden usar células más pequeñas
aumentando la capacidad por km2.
Se realiza mediante subdivisión celular.
La sectorización consiste en dividir la célula en un
cierto número de sectores (3), cada uno de ellos con
un conjunto diferente de canales e iluminado por una
antena directiva. Cada sector puede considerarse
como una nueva célula.
Disminuye la Interferencia Cocanal => Pueden usarse
racimos menores => Aumenta el número de canales
por célula y la Capacidad
Sistemas de Radiocomunicación
65
Evolución de las Redes Móviles
MOVILES
TERRESTRES
ANALOGICO
DIGITAL
IMT2000
AMPS,TACS
GSM, DECT, ...
UMTS
U
1ª generación
2ª generación
3ª generación
P
MOVILES POR
SATELITE
T
1994
HAZ
GLOBAL
(GEO)
2000
HACES
MULTIPLES
(GEO)
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
HACES
MULTIPLES
(NO-GEO)
66
33
RADIACIONES ELECTROMÁGNETICAS:
SALUD Y SOCIEDAD
GSM, GPRS y UMTS
BTS
BSC
BS
PSTN
RNC
HLR/AuC
EIR
WMSC
IWU
SS7
Border
Gateway
(BG)
Empresa 1
Billing System
Serving GPRS
Support Node
(SGSN)
Servidor
Ruter
Charging
Gateway (CG)
GPRS
backbone
network
(IP based)
LAN
Internet
Empresa 2
Servidor
Lawful Interception
Gateway (LIG)
Operadores
PLMN
Gateway GPRS
Support Node
(GGSN)
INFRASTRUCTURA GPRS
Ruter
Internet
Sistemas de Radiocomunicación
Sistemas de radiocomunicación
67
34