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= 2C 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