DIVERSIDAD Transmisión de la misma información por dos rutas radioeléctricas diferentes que se vean afectadas de forma independiente por el desvanecimiento. Clasificación: Según los parámetros del camino radioeléctrico: Diversidad de espacio Diversidad de frecuencia Diversidad de ángulo Diversidad de polarización Diversidad de ruta Según el tipo de tratamiento de la señal Diversidad de selección Diversidad de conmutación Ventajas: Reducción del porcentaje de tiempo de un desvanecimiento dado Aumento de la fiabilidad al existir cierta redundancia Mejora en la calidad en la relación S/N o BER.
DIVERSIDAD DE ESPACIO Habilitación de dos trayectos radioeléctricos Dos antenas receptoras Separación: unas decenas de longitud de onda Un único transmisor No es probable un desvanecimiento simultáneo Separación entre antenas
h1: altura antena transmisora Ventajas: Utiliza una sola frecuencia Inconveniente: En caso de avería del transmisor se rompe el enlace (Gp:) TX (Gp:) RX1 (Gp:) RX2 (Gp:) PROC (Gp:) f1 (Gp:) f1 (Gp:) ?h
DIVERSIDAD DE FRECUENCIA Requiere un transmisor adicional y una frecuencia más de forma que cuando un desvanecimiento afecta a una frecuencia, el otro se encuentra libre. Para conseguir buena decorrelación, la separación debe ser del orden del 3-5%. Inconveniente: escasa disponibilidad de espectro, permite usar una separación de 1-2% (Gp:) Señal de información (Gp:) Procesador (Gp:) TX1 (Gp:) TX1 (Gp:) BR (Gp:) RX1 (Gp:) RX1 (Gp:) BR (Gp:) f1 (Gp:) f2 (Gp:) ?f
OTROS TIPOS DE DIVERSIDAD Diversidad cuádruple Combina diversidad de espacio y frecuencia. Se necesitan dos antenas, dos transmisores y dos receptores. Diversidad de trayecto Sólo se justifica en enlaces donde las precipitaciones puedan destrozar el enlace. Se realiza la comunicación por dos caminos diferentes. Diversidad angular Utiliza antenas con dos o más haces separados por pequeños ángulos en el plano vertical.
TRATAMIENTO DE SEÑAL EN SISTEMAS CON DIVERSIDAD Mejora por diversidad: Factor de mejora en un sistema 1+1 con diversidad de frecuencia:
Tratamiento de señal: conjunto de operaciones realizadas con las señales por los receptores de un sistema de diversidad. Selección por conmutación: elige la señal mejor de las presentes de acuerdo con un criterio de intensidad sencillez y economía degradación por las discontinuidades asociadas a la conmutación conmutación en tiempo breve (<10?s) ecualización en amplitud y fase Selección por combinación se combinan las señales en recepción después de haber sido puestas en fase esto resulta complicado en RF o FI por lo que se suele trabajar en banda base Combinación lineal:señales se suman en tensión y ruido en potencia Combinación de relación máxima
CALIDAD DE LOS SISTEMAS DE RADIOENLACE Representa el grado para el que ese sistema está en condiciones de proporcionar el servicio para el que se ha diseñado. Depende de la longitud de ruta y del número de procesos de modemodulación realizados. Calidad en cuanto a disponibilidad. Calidad en cuanto a fidelidad. Calidad en cuanto a disponibilidad: el sistema se encuentra en condiciones de utilizarse. Conceptos: Tiempo de disponibilidad e indisponibilidad. Umbral de indisponibilidad. Criterio: sistema indisponible cuando el umbral se supera un tiempo To. Indisponibilidad total:
Calidad en cuanto a fidelidad: en condiciones de disponibilidad pueden darse interrupciones que degradan el funcionamiento del sistema. Se mide en términos de BER.
CFR Y TDFR CFR: circuitos teóricos modelo con longitud y número de procesos de señal determinados y suf. grandes como para abarcar muchas situaciones reales. Se define mediante (ejemplo para la recomendación 392 para más de 60 canales): Su longitud total (2500 km) Número y longitud de las secciones con interfaz de canal (3 secciones con 833 km). Número y longitud de las secciones homogéneas (sección sin derivación ni modulación de ningún grupo) (3 secciones de 277 km) Número y tipos de pares de modulación de señal MDF y mod. radioeléctrica. Conexión ficticia de referencia (HRX): modelo que proporciona estudios de calidad global. Tres grados de calidad: local, medio y alto. TDFR:entidad ficticia con una longitud y composición determinada que definen los modelos de redes de transmisión digital(Rec. 556).El grado de calidad será alto: Longitud de 2500 km 9 equipos múltiplex digitales y 9 secciones radioeléctricas.
INDISPONIBILIDAD DE UN RADIOENLACE. Se describe en términos de interrupciones, intervalos de tiempo en que: Se produce pérdida total o parcial de la señal. Se produce un ruido o tasa de error excesivo. Aparece una fuerte discontinuidad o existe gran distorsión de señal. Definición de las interrupciones: Criterio cuantitativo de las interrupciones: S/N o potencia de ruido y BER. Duración: Larga: mayores de 10 s e influyen notablemente en la disponibilidad. Breves: se suele especificar la duración total máxima admisible; influyen en la calidad de fidelidad. Causas de interrupción: Debidas a los equipos: suelen ser de larga duración. Condiciones anómalas de propagación. Interferencia: dentro del sistema o exterior al mismo.
EXPRESIÓN DE INDISPONIBILIDAD Sistema de comunicación dúplex luego hay que considerar los dos sentidos:
Descomposición de la indisponibilidad: de equipo y de propagación
Indisponibilidad de equipo, por separado y se suman las contribuciones. Indisponibilidad de propagación, por separado para cada vano y se combinan, en general de manera aditiva, cada contribución. Indisponibilidad de equipo, es el complemento a 1 de la disponibilidad. Depende de la fiabilidad que debe calcularse en régimen permanente y está relacionada con el tiempo entre averías (MTBF, mean time between failures). Para una conexión en serie: Tiempo medio de reparación (MTTR, mean time to repair) Indisponibilidad de equipo:
CRITERIOS Y OBJETIVOS DE INDISPONIBILIDAD Radioenlaces analógicos: Criterio: se considera un trayecto no disponible cuando se cumple una de estas dos condiciones durante al menos 10 s.: Nivel de señal en BB inferior en 10 dB al de referencia. Potencia de ruido no ponderada por canal superior a 10 pw. Objetivo:el trayecto debe estar disponible el 99.7% del tiempo. Aplicación a radioenlaces reales: I=0.3 L/2500 (280<2500) Duración: interrupciones menores de 10 s. Radioenlaces digitales: Criterio: se considera un trayecto no disponible cuando se cumple una de estas dos condiciones durante al menos 10 s.: Interrupción de la señal digital: pérdida de alineación o temporización. BER>.001 El período de indisponibilidad termina cuando no se mantienen las anteriores condiciones durante 10 s. Objetivos y duración: lo mismo que para los analógicos.
CALIDAD EN RADIOENLACES Criterios de calidad de fidelidad: especifican las degradaciones normal y máxima admisible junto con el tiempo en que puede superarse dicha degradación. Definiciones para radioenlaces digitales: Relación de segundos con errores ESR: relación entre el número de segundos con uno o más bits erróneos respecto al total. Relación de segundos con muchos errores, SESR: números de períodos de 1 s en los que la BER es superior a .001 respecto a los totales. Proceso: Definición para el CFR o el TDFR de los parámetros de calidad. Adaptación a los circuitos reales Aplicación en condiciones de disponibilidad. Factores de dependencia: Naturaleza de la señal moduladora y tipo de radioenlace.
INTERFERENCIAS DE RF EN RADIOENLACES Criterios de clasificación: origen, situación relativa de los canales y trayecto recorrido. Origen: Intrasistema Intersistema Situación relativa de los canales: Interferencia cocanal: se produce dentro del ancho de banda del canal. Interferencia de canal adyacente: a frecuencia contigua del canal interferido. Trayecto recorrido: Comparten un mismo trayecto y se desvanecen simultáneamente con la señal. No tienen un trayecto común y no se desvanecen a la vez. Consecuencias: En sistemas digitales aumenta la probabilidad de que el ruido térmico origine errores.
PROTECCIÓN DE LOS RADIOCANALES (I) Métodos de protección: Conmutación de protección se aplica al caso de fallo de equipos. Diversidad para contrarrestar el desvanecimiento. (sólo emplea redundancia en RX) Esquemas sin diversidad: Sin reserva, no ofrece ninguna protección Con reserva, esquema de tipo 1+1: requiere dos TX y dos RX, conm. en TX.
(Gp:) Señal de información (Gp:) Procesador (Gp:) TX1 (Gp:) TX2 (Gp:) RX2 (Gp:) RX1 (Gp:) BR (Gp:) f1 (Gp:) f2 (Gp:) ?f (Gp:) conmutador
PROTECCIÓN DE LOS RADIOCANALES (II) Esquemas con diversidad: Sin reserva Diversidad de espacio: 1 TX y 2 RX en la misma frecuencia. Selección por conmutación o combinación Se denomina isofrecuencia con dos antenas Con reserva Diversidad de frecuencia: 2 TX y 2 RX en frecuencias diferentes. Selección por conmutación o combinación Se denomina heterofrecuencia con una antena Diversidad mixta Combinación de diversidad de espacio y de frecuencia Heterofrecuencia con dos antenas
CALIDAD EN RADIOENLACES DIGITALES Calidad en cuanto a probabilidad de error: Energía por bit Densidad espectral de ruido Calidad de error en un radioenlace digital: Distorsión consecuencia del desvanecimiento selectivo se traduce en IES Interferencia cocanal. Problemas en cualquier transmisión digital: Conversión de señales analógicas a digitales y a la inversa. Transmisión y recepción eficiente de señales digitales Revisión de sistemas de transmisión digital: Sistemas de transmisión digital: banda de base, señales moduladas. Técnicas de modulación y demodulación digital
TRANSMISIÓN DE SEÑALES DIGITALES (I) Señales digitales en banda base: Utilización de códigos NRZ.: niveles de tensión 1 y -1. Transmisión digital de señales en banda base: Densidad espectral de una secuencia de pulsos: Ancho de banda finito. Problemas con interferencias. Necesidad de filtrado de las señales: Posibilidad de interferencia entre símbolos (IES) Reducción de la IES mediante una elección adecuada del filtrado: IES será nula siempre que en el instante de muestreo (Tb) las “colas” de los pulsos precedentes sean nulas: filtro en coseno alzado propuesto por Nyquist:
TRANSMISIÓN DE SEÑALES DIGITALES (II) La forma de de h(t) es:
Transmisión en RF de señales digitales Necesidad de una modulación de una onda de RF IES por problemas de limitación del ancho de banda si no se usan filtros Nyquist. Esquema de transmisión:
Consecuencia: siempre hay una distorsión porque no se pueden conseguir filtros en coseno alzado exactos: margen de implementación. (Gp:) MOD. PSK (Gp:) Portadora f (Gp:) s(t) (Gp:) Ecualizador (Gp:) Filtro en coseno alzado (Gp:) Portadora f1 (Gp:) x/sen(x)
MODULACIÓN Y DEMODULACIÓN DIGITAL Tipos de modulación digital: QAM, PSK, FSK. QAM
PSK
FSK Definiciones: Período de símbolo: intervalo de tiempo transcurrido en cambiar de estado la característica de modulación de la señal modulada: Ts. Alfabeto: conjunto de todos los símbolos de un tipo de modulación: Tasa de bits erróneos: BER número de bits erróneos sobre el total transmitido. Probabilidad de error por bit: probabilidad de que se reciba incorrectamente un bit Tasa de símbolos erróneos: (SER) número de símbolos erróneos transmitidos.
MODULACIONES PSK (I) (Gp:) Secuencia de entrada (Gp:) Selector de fase: Acm,Asm (Gp:) Modulador balanceado (Gp:) Modulador balanceado (Gp:) OL (Gp:) DF 90 (Gp:) + (Gp:) Salida al transmisor
Eficiencia de banda: relación entre el regimen binario y el ancho de banda requerido
MODULACIONES PSK (II) (Gp:) Recuperación de portadora (Gp:) DF 90º (Gp:) FILTRO INTEGRADOR (Gp:) FILTRO INTEGRADOR (Gp:) MUESTREO (Gp:) MUESTREO (Gp:) SINCRONIZADOR (Gp:) V=X+jY Um=Re(VVm*) (Gp:) Vm*
MODULACIONES QAM (Gp:) Recuperación de portadora (Gp:) DF 90º (Gp:) FILTRO INTEGRADOR (Gp:) FILTRO INTEGRADOR (Gp:) MUESTREO (Gp:) MUESTREO (Gp:) SINCRONIZADOR (Gp:) Cálculo de la mínima distancia (Gp:) CAG
CÁLCULOS DE CALIDAD E INDISPONIBILIDAD EN RADIOENLACES DIGITALES Objetivo: longitud óptima de vano compatible con especificaciones de calidad; cuanto mayor pueda ser dicha longitud menor coste económico habrá. Debe hacerse un estudio del desvanecimiento en una doble línea: A frecuencias inferiores a 10 GHz. Causa fundamental: propagación multitrayecto. Conforme aumenta la frecuencia disminuye la longitud del vano con lo que también lo hace el efecto del multitrayecto. Origina cálculos para la fidelidad. A frecuencias superiores a 10 GHz Causa fundamental: las precipitaciones. Afecta tanto a los cálculos de fidelidad como de indisponibilidad. Ambos son excluyentes por lo que los tiempos de interrupción deben sumarse. Realización por separado de los cálculos de indisponibilidad y fidelidad.
EVALUACIÓN DE LA INDISPONIBILIDAD Realización del cálculo: Porcentaje de indisponibilidad en cada vano. Suma de todos los porcentajes. Comparación con el objetivo de la recomendación. Metodología: Evaluación de la indisponibilidad de equipo. Obtención del umbral de recepción: Th3 Cálculo del margen de desvanecimiento plano: M=Pt-Ltt+Gt-Lb+Gr-Ltr-Th3 Determinación de la atenuación excedida por lluvia el 0.01% del tiempo Resolución de p en la siguiente ecuación lo que determina el valor de la indisponibilidad:
EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE ERROR Se evalúan los porcentajes para desvanecimiento plano y selectivo por separado. Radioenlaces digitales de baja capacidad (<34 Mbit/s): Sólo se determina el margen plano de desvanecimiento
Po se determina de acuerdo con los métodos (3.18.5) Radioenlaces digitales de capacidad media o alta: Se han de calcular los dos porcentajes (para desvanecimiento plano y selectivo) Dos métodos para desvanecimiento selectivo Método de la signatura Signatura para una BER dada: lugar geométrico de los máximos de profundidad de desvanecimiento selectivo en función de la separación entre frecuencia portadora y frecuencia de ranura. La resistencia a la degradación es mayor cuanto más angosta y baja sea. Altura de la curva depende de: modulación, existencia de ecualización y ?. Anchura depende de: modulación y ecualización. Método del margen neto de desvanecimiento
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