INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE RADIO

1. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE RADIO

2. 1- Objetivos: • Conocer y comprender principios básicos de comunicaciones • Poder realizar la configuración básica de sistemas • Capacitarse para la detección primaria de fallas

3. 2- Tipos de Transmisión: • SIMPLEX • SEMIDUPLEX • FULLDUPLEX

4. CORRESPONSAL A CORRESPONSAL B ESTACION FUENTE ESTACION COLECTORA SIMPLEX CORRESPONSAL A CORRESPONSAL B Instante T ESTACION COLECTORA ESTACION FUENTE Instante T+1 ESTACION FUENTE ESTACION COLECTORA SEMIDUPLEX CORRESPONSAL A CORRESPONSAL B FUENTE COLECTORA FUENTE COLECTORA FULL-DUPLEX

5. 3.1- Longitud de Onda: • (λ) es la distancia en el espacio dentro de la cual la función onda se repite a sí misma, en determinado tiempo. 3.2- Frecuencia: • (f) Número de ciclos por unidad de tiempo. Se mide en hertz (Hz) que es lo mismo que Seg-1 ya que es la inversa del período. "f = 1/ T " • La frecuencia está íntimamente relacionada con la λ, son inversamente proporcionales, físicamente implica que si una aumenta al doble la otra se reduce a la mitad. Si se multiplican se obtiene un valor constante, esa constante es la velocidad de propagación de la luz. c = F xλ • Donde: • F = Frecuencia (medida en Hertz) • c = Velocidad de propagación (3x108m/seg.) • λ = Longitud de onda (Mts.)

6. 4- mW y dBm dBm es potencia expresada en dB referida a 1mW / 50 Ohms. Para convertir mW a dBm, tenemos que multiplicar por 10 el logaritmo de la potencia expresada en mW. Por ejemplo, si la potencia máxima son 100mW: 10 x log 100mW = 20 dBm

7. 5- Propagación: • Las ondas electro magnéticas (EM) se propagan en línea recta, excepto cuando la Tierra y su atmósfera alteran su trayectoria. Donde: ht= Altura de la antena en mts. dt= 3,61x√ht(distancia al horizonte en Kms.) d = Distancia entre antenas

8. Existen 3 tipos de propagación: • Propagación por Ondas Terrestres • Propagación por Onda Espacial • Propagación en Línea Recta (línea de vista) ONDA TERRESTRE

9. 5.1- Ondas terrestres:Una onda terrestre es una onda EM que viaja a lo largo de la superficie de la Tierra. Por lo tanto, las ondas terrestres ó de tierra, se le llaman a veces ondas superficiales. ONDA TERRESTRE

10. ONDA TERRESTRE • Las ondas terrestres deben estar polarizadas verticalmente, pues el campo eléctrico en una onda polarizada horizontalmente sería paralelo a la superficie de la tierra y estas ondas se corto-circuitarían con la conductividad de la tierra misma. • Con ondas terrestres, el campo Eléctrico induce voltajes en la superficie de la Tierra, que produce corrientes inducidas. La superficie de la tierra también tiene resistencia y pérdidas dieléctricas, por lo que las ondas terrestres se atenúan a medida que se propagan. • Buenos conductores para ondas terrestres son por ejemplo, el agua salada de mar. Malos conductores por ejemplo, el desierto. • Las pérdidas de ondas terrestres se acentúan con la frecuencia, por lo que generalmente se usan para transmisiones de frecuencias menores a 2Mhz (Ej. radio AM). • La densidad del aire hace que el frente de onda se incline gradualmente. Con suficiente potencia, se puede propagar mas allá del horizonte.

11. ONDA TERRESTRE Utilización, ventajas y desventajas de las ondas terrestres • Se usan para comunicaciones entre barcos, y entre barcos y la tierra firme, así como en general para comunicaciones móviles marítimas. • Se pueden usar con frecuencias de 15Khz a 2Mhz. • Con suficiente potencia, pueden usarse para comunicar dos puntos cualquiera en el mundo. • Son relativamente inmunes a los cambios atmosféricos. • Requieren potencias relativamente altas • Como se limitan a frecuencias ultra bajas, bajas y medianas, se necesitan antenas muy grandes para su transmisión y recepción. • Las pérdidas de las ondas terrestres son muy variables, dependiendo de la superficie y su composición, lo que hace la confiabilidad y repetibilidad de la transmisión dependiente del terreno.

12. ONDA TERRESTRE 5.2- Ondas Espacial (troposféricas):Las ondas EM que se dirigen arriba del horizonte de radio, se les llama ondas troposféricas, con un ángulo relativamente grande con respecto a la superficie de la tierra. ONDAS TROPOSFÉRICAS

13. ONDAS TROPOSFERICAS ONDA TERRESTRE Utilización, ventajas y desventajas de las ondas troposféricas: • Las ondas troposféricas se irradian hacia el cielo, donde la ionosfera (parte superior de la atmósfera) refleja ó refracta las ondas de cielo hacia la tierra nuevamente. Por ello, a este tipo de propagación se le conoce también como propagación ionosférica, y se localiza de 50 a 400km arriba de la superficie terrestre. • La ionosfera absorbe gran cantidad de radiación solar, lo que ioniza las moléculas de aire, creando electrones libres. • La ionosfera tiene 3 capas D, E y F, que varían según su altura y la densidad de ionización, de menor a mayor, y con el horario del día. • Cuando una onda RF pasa a través de la ionosfera, su campo E ejerce una fuerza sobre estos electrones libres haciéndolos vibrar. Esto produce una reducción en la corriente, que es equivalente a reducir la constante dieléctrica del aire, lo cual causa que la velocidad de propagación aumente, y cause la desviación de las ondas EM hacia las regiones de baja densidad electrónica .

14. ONDAS TROPOSFERICAS ONDA TERRESTRE Utilización, ventajas y desventajas de las ondas troposféricas: • Las ondas troposféricas se irradian hacia el cielo, a medida que las ondas se apartan más de la tierra, la ionización aumenta, pero hay menos moléculas para ser ionizadas. A mayor densidad de iones, mayor refracción. • La capa D es la más cercana a la tierra y tiene poco efecto en la dirección de propagación de las ondas RF. La ionización de la capa D desaparece de noche. Esta capa refleja ondas VLF y LF y absorbe las ondas MF y HF. La capa E está entre 100 y 140 Km. arriba de la tierra y su punto de máxima densidad es alrededor del mediodía en 70km. Casi desaparece en la noche también, y refleja las ondas de HF durante el día. Arriba de UHF, las frecuencias no están afectadas por la ionosfera debido a su pequeña longitud de onda, por lo que debe haber una frecuencia máxima de transmisión de ondas de cielo que se puedan refractar de vuelta a la tierra sin perderse. A esta frecuencia se le llama Frecuencia crítica. De forma similar, el máximo ángulo vertical de una onda tal que sea refractada de vuelta a la tierra es el Ángulo crítico

15. ONDAS TROPOSFERICAS 5.3- Propagación en línea recta:Esta propagación se refiere a la energía EM que viaja en las capas inferiores de la atmósfera terrestre. Las ondas directas incluyen tanto las ondas directamente transmitidas, como las indirectamente reflejadas. ONDAS DIRECTAS

16. ONDAS TROPOSFERICAS ONDA DIRECTA ONDA REFLEJADA ONDA TERRESTRE Utilización, ventajas y desventajas de la propagación en línea recta: • Las ondas directas incluyen tanto las ondas directamente transmitidas, como las indirectamente reflejadas. • La intensidad del campo eléctrico depende de la distancia entre las dos antenas, por el efecto de atenuación y absorción, y de la interferencia que pueda haber entre las ondas directas y las ondas reflejadas. • Para que que este tipo de propagación sea efectivo se necesita que entre las antenas exista una línea de visión, es decir puedan verse una a la otra

17. Utilización, ventajas y desventajas de la propagación en línea recta: • En el caso de que se presente un obstáculo entre las 2 antenas, es necesario colocar una estación repetidora, la cual cuenta con 2 radios conectadas “back to back” la cual se encarga de recibir la señal de la radio emisora, y transmitirla de forma “transparente” a la radio receptora, salteando asi el obstaculo y recreando una “linea de vision virtual” entre las radios emisora y receptora

18. 6- Espectro Radioeléctrico

19. 7- Componentes de un Sistema • Mástil y antenas • Duplexores • Cable Coaxil • Conectores • Protector Gaseoso • Equipo de radio • Fuentes de energía • Baterías • Recinto y gabinete

20. 7.1- Antenas: 7.1.1- Tipos: Omnidireccionales • Omnidireccionales: • Formación de dipolos

21. 7.1- Antenas: 7.1.2- Tipos: Direccionales • Direccionales: • Yagi • Parábola • Diedro

22. 7.1- Antenas: • Rango de frecuencia • Ancho de banda • Ganancia • Diagrama de radiación • Potencia de RF admisible • Dimensiones Físicas • Material • Tipo de montaje

23. Formación de dipolos vs. Direccional Parábola Diedro

24. 7.2- Duplexores: • Frecuencia de trabajo • Ancho de banda • Atenuación • Perdida de inserción • Dimensiones físicas

25. 7.3- Cable Coaxil: • Tipo • Longitud • Atenuación por metro • Frecuencia de operación • Impedancia característica • Material Dieléctrico

26. 7.3.1- Características Eléctricas

27. 7.3.2- Modelos y equivalencias

28. 7.3.3- Especificaciones

29. 7.4- Conectores: • Tipo • Pérdida en función de la frecuencia • Armado

30. 7.5- Protector gaseoso: • Ancho de banda • Conectores • Montaje

31. 7.6- Equipos de radio: 7.6.1- Características • Frecuencia • Ancho de banda • Tipo de modulación • Homologación • Dimensiones físicas y peso • Rangos de temperatura y humedad • Gabinete

32. 7.6.2- Spread Spectrum • Técnicas: -Frecuency Hopping -Direct Sequence • Bandas: -902 a 928 Mhz -2,4 a 2,484 Ghz -5.725 a 5.825 Ghz • Requerimiento de licencia: No • Potencia: Menor a 1 W

33. 7.6.2- Spread Spectrum Frequency Hopping - Direct Sequence

34. 7.6.3- Interfase / MODEM • Tipo (Asincrónica, Sincrónica, LAN, Etc.) • Velocidad de transmisión • Velocidad de recepción • Modos y normas (RS-232, V35, ETHERNET, Etc.)

35. 7.6.4- Transmisores • Estabilidad en frecuencia • Impedancia de salida • Potencia de salida • Nivel de emisiones de armónicos y espúreas • Tiempo de establecimiento de portadora

36. 7.6.5- Receptores • Estabilidad en frecuencia • Impedancia de entrada • Sensibilidad de entrada y Squelch • Selectividad • Rechazo a frecuencias espúreas

37. 7.6.6- Alimentación • Tensión de entrada • Consumo en transmisión • Consumo en recepción • Protecciones

38. 7.7- Fuentes de energía: Tipo: alimentación de línea, fotovoltaica, eólica, etc. Características: tensión de salida, potencia a entregar, protecciones, etc.

39. 7.8- Baterías: • Material del compuesto • Vida útil • Potencia máxima (Tensión y Corriente) • Tiempo de carga • Tiempo de suministro continuo

40. 7.9.2- Recinto • Espacio interior • Aislamiento ambiental • Seguridad • Transportabilidad 7.9.1- Gabinete • Tamaño • Material • Montaje • Aislamiento

41. 8- Cálculo de Enlace • Cuando se realiza el cálculo de un enlace, en verdad, lo que se calcula es la intensidad de campo a recibir por la radio receptora, el cual debe estar dentro de los limites de sensibilidad de esta. El campo recibido es dependiente de las siguientes características del sistema: • Potencia entregada por el transmisor • Las ganancias de las antenas que componen el sistema • La distancia de separación que exista entre las antenas • La frecuencia de trabajo del sistema • Para asociar todos estos factores, se planteo una formula, de la cual se puede despejar el factor necesario para el calculo.

42. 8- Cálculo de Enlace • Fórmula: • RSSI = Pout – Pal1 + Gant1 – Pair + Gant2 – Pal1 • Donde: • Pout: Potencia entregada por el transmisor. • Pal1: Pérdidas en el cable de antena1. • Pal2: Pérdidas en el cable de antena2. • Gant1: Ganancia correspondiente a la antena 1 (transmisor) • Gant2: Ganancia correspondiente a la antena 2 (receptor) • Pair: Perdidas en el medio. Este valor, proviene de otra formula la cual incluye los factores “frecuencia” y “distancia”. • Pair : 32.4 + 20 log f (Mhz) + 20 log D (km)

43. 9- MODEMS Si uno desea comunicar equipos digitales, lo mas normal seria pensar que estos deberían comunicarse mediante señales binarias, es decir por un código de 1 o 0, representados cada uno por un valor predeterminado de tensión. Si nosotros analizamos las señales a transmitir, podemos observar que están formadas por una suma infinita de señales de distinta frecuencia (señal digital). Por otro lado, todos los medios de transmisión, poseen capacidades distribuidas e inductancias, factores que convierten a la línea en un filtro pasabajo, es decir, todo el ancho de banda de nuestra señal a transmitir, no puede viajar por el medio. Por lo tanto, se realiza una modulación y demodulación de la señal digital, transformándola en una señal analógica. Los dispositivos encargados de generar las comunicaciones son denominados DTE (Data Terminal Equipment) y los encargados de realizar la comunicación DCE (Data Comunication Equipment)

44. DTE DTE Medio de transmisión. Por Ej:. Línea telefónica Señal digital Señal digital Señal analógica DCE DCE (Modem) (Modem) 9- MODEMS Para realizar entonces una comunicación entre 2 equipos de datos (DTE), son necesarios dos equipos de comunicación (DCE) para modular y demodular esa información a transmitir. Este dispositivo se conoce con el nombre de MODEM

45. 9.1- RS-232 Conector DB-9 Conector DB-25 Para realizar una comunicación entre un equipo DTE y otro DCE existen estándares como el RS-232, el cual define parámetros para “estandarizar” el formato de la comunicación. Dichos parametros incluyen: Niveles de tension maximos y minimos, Esquemas de cableado, formato de la transmision (handshaking), etc. Esquema básico del conexionado de un puerto RS-232

46. Entre dos dispositivos conectados bajo el estándar 232 se realiza un proceso denominado “HandShake” el cual permite organizar la comunicacion. Para esto se utilizan las lineas Clear To Send (CTS) y Request To Send (RTS), Estas señales son manejadas por los 2 equipos, para asi poder determinar en que momento transmitir sus datos. La PC pide “permiso” (RTS) al modem para poder transmitir, mientras que este le devuelve (CTS) cuando la transmision es posible. De la misma manera, el modem receptor detecta que se le estan enviando datos, comunicandoselo a la PC receptora mediante (DCD), la cual se pone a la espera de la informacion entrante. A continuación se observa un diagrama temporal del proceso “HANDSHAKING” para su mejor comprension.

47. DCE DCE DTE DTE (Modem) (Modem) Sentido de las señales dentro del puerto en una comunicación entre un equipo terminal (DTE) y un equipo comunicador (DCE) Puerto RS-232 RTS CTS TxD Puerto RS-232 DCD RxD

48. El modem receptor detecta la caída de la portadora El modem avisa a la PC que no esta listo para transmitir y queda a la espera de la orden RTS y esperando portadora. La PC no desea seguir transmitiendo y se mantiene la portadora un poco mas para evitar ruidos en la transmisión Se completa el envió del paquete de datos que generalmente se identifica con un bit de stop El modem estableció la portadora estando listo para transmitir avisando mediante CTS La PC envía al modem todos los datos, estos son recibidos por su par, y enviados a la 2da PC La radio receptora detecta portadora y espera los datos La PC desea transmitir datos, avisándole al modem mediante la señal RTS MODEM DCD TX MODEM RxD 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 RX MODEM RxD PC RTS MODEM CTS PC TxD Diagrama temporal del proceso de handshaking t