Radioreceptor de microondas de FM

En el radioreceptor que se muestra en la Figura 2.1b, la red separadora de canales proporciona el aislamiento y el filtrado necesarios para separar canales de microondas individuales, y dirigirlos hacia sus respectivos receptores.

El filtro pasabandas, el mezclador AM y el oscilador de microondas, bajan las frecuencias desde las RF de microondas hasta las FI, y las pasan al demodulador FM. Este demodulador es un detector convencional, no coherente de FM, es decir, un discriminador. A la salida del detector de FM, una red de deénfasis restaura la señal de banda base a sus características originales de amplitud en función de la frecuencia.

Figura 2.1 Diagrama simplificado de bloques de un sistema de radio FM de microondas: (a) transmisor; (b) receptor.

2.2.3 Radio repetidoras de microondas de FM

Normalmente, la distancia admisible entre un transmisor de microondas y un receptor asociado es de 23 a 64 Km. Esto depende de muchas variables del sistema, por ejemplo, de la potencia de salida del transmisor, del umbral de ruido del receptor, del terreno, de las condiciones atmosféricas, de las capacidades del sistema, de los objetivos de confiabilidad y expectativas de eficiencia.

Los sistemas de microondas de larga distancia salvan distancias mucho mayores. En consecuencia, un sistema de microondas de un solo salto, como el de la Figura 2.1, es inadecuado en la mayoría de las aplicaciones prácticas. En sistemas con más de 64 Km, o cuando hay obstrucciones geográficas, como una montaña, en la trayectoria de transmisión, se necesitan repetidoras.

Una repetidora de microondas es un receptor y un transmisor aislados espalda con espalda o en tándem con el sistema. En la Figura 2.2 se muestra un diagrama simplificado de bloques de una repetidora de microondas. La estación repetidora recibe una señal, la amplifica y la reconforma, y a continuación la transmite hacia la siguiente repetidora o estación receptora.

El lugar de las repetidoras intermedias depende mucho de la naturaleza del terreno entre ellas y el que les rodea. En la planeación preliminar, se suele suponer que las áreas son relativamente planas, y que las longitudes de los tramos (saltos) tendrán un promedio de 40 Km a 48 Km, entre estaciones. En un terreno relativamente plano, si se aumenta la longitud del tramo será necesario aumentar las alturas de las torres de la antena. La distancia exacta se determina principalmente por la falta de obstáculos en la línea de vista y por la intensidad de la señal recibida.

Cuando las frecuencias son mayores a 10 GHz, la pluviosidad local también podría tener una gran influencia sobre la longitud de trayectoria. Sin embargo, en todos los casos se deben usar trayectorias tan horizontales como sea posible, tomando en cuenta la posibilidad de interferencia, ya sea interna o externa.

Figura 2.2 Repetidora de microondas.

Existen tres tipos básicos de repetidoras de microondas: FI, banda base y RF, las cuales se muestran en la Figura 2.3. Las repetidoras FI también se llaman heterodinas. En una repetidora FI (Figura 2.3a) la portadora de RF recibida se reduce hasta una FI, se amplifica, reconforma y se sube a una RF, para retransmitirse a continuación. Nunca se remodula la señal a menos de la FI. En consecuencia, la repetidora no modifica información de banda base.

En una repetidora de banda base (Figura 2.3b) la portadora recibida de RF se baja hasta una FI, se amplifica, se filtra y a continuación se remodula hasta la banda base. La señal de banda base, que suele ser de canales de banda de voz multiplexados por división de frecuencia, se sigue remodulando hasta los niveles de grupo maestro, supergrupo, grupo o hasta de canal.

Lo cual permite reconfigurar la señal de banda base para cumplir con las necesidades de ruta de la red general de comunicaciones. Una vez reconfigurada la señal de banda base, modula en frecuencia a una portadora de FI, que se convierte en portadora RF y a continuación se retransmite.

La Figura 2.3c muestra otra configuración de repetidora de banda base. Esta repetidora remodula la RF hasta la bada base, la amplifica y la reconforma, y a continuación modula la portadora de FM. En esta técnica no se reconfigura la banda base. En esencia, esta configuración hace lo mismo que una repetidora de FI. La diferencia es que en una configuración de banda base, el amplificador y el igualador actúan sobre frecuencias de banda base, más que sobre FI.

Las frecuencias de banda base son, en general, menores que 9 MHz, mientras que las FI son de 60 a 80 MHz. En consecuencia, los filtros y amplificadores necesarios para las repetidoras de banda base son más sencillos de diseñar y menos costosos que los que se requieren para repetidoras FI. La desventaja de una configuración de banda base es la adición del equipo de recepción de FM.

Figura 2.3c Repetidora de microondas banda base.

La Figura 2.3d muestra una repetidora de RF a RF. En estas repetidoras la señal recibida de microondas no se baja a la FI o a la banda base; tan sólo se mezcla (heterodina) con una frecuencia de oscilador local en un mezclador no lineal.La salida del mezclador se sintoniza a la suma o diferencia de la RF que llega y la frecuencia del oscilador local, dependiendo si se desea conversión elevadora o reductora de frecuencia.

En las repetidoras de RF a RF la señal de radio sólo se convierte en frecuencia, para a continuación amplificarse y retransmitirse hacia la siguiente repetidora o estación receptora y no es posible la reconfiguración.

Figura 2.3d Repetidora de microondas RF.

2.3 Diversidad

Los sistemas de microondas usan transmisión en línea de vista, y en consecuencia debe existir una trayectoria directa de señal entre las antenas de transmisión y de recepción. Si esa trayectoria de señal sufre un gran deterioro, se interrumpirá el servicio. A través del tiempo las pérdidas en la trayectoria de radio varían con las condiciones atmosféricas y pueden causar una reducción correspondiente en la intensidad de la señal recibida, de 20,30, 40 dB o más. Esta reducción de intensidad de señal es temporal, y se conoce como desvanecimiento de radio.

El desvanecimiento puede durar desde unos milisegundos (corto plazo) o varias horas o hasta días (largo plazo). Los circuitos de control automático de ganancia, incorporados en los radiorreceptores, pueden compensar el desvanecimiento de 25 a 40 dB, dependiendo del diseño del sistema; sin embargo, los desvanecimientos mayores a 40 dB pueden causar una pérdida total de la señal recibida. Cuando esto sucede se pierde la continuidad del servicio.

La diversidad sugiere que hay más de una ruta de transmisión, o método de transmisión disponibles entre un transmisor y un receptor. El objetivo de usar diversidad en un sistema de microondas es aumentar la confiabilidad del sistema, aumentando su disponibilidad. La Tabla 2.1 muestra un medio relativamente sencillo para interpretar determinado porcentaje de confiabilidad del sistema a términos que se puedan relacionar fácilmente con la experiencia.

Cuando hay más de una trayectoria o método de transmisión disponible, el sistema puede seleccionar la ruta o método que produzca la máxima calidad en la señal recibida. En general, la máxima calidad se determina evaluando la relación de portadora a ruido (C/N, de carrier-to-noise) en la entrada del receptor, o midiendo la potencia de la portadora recibida. Hay muchas formas de obtener la diversidad, los métodos utilizados más comunes son: de frecuencia, espacial, polarización híbrido o cuádruple.

Tabla 2.1 Confiabilidad y tiempo de interrupción. Confiabilidad (%) Tiempo de interrupción (%) Años (horas) Tiempo de interrupción por mes (horas) Día (horas) 0 100 8760 720 24 50 50 4380 360 12 80 20 1752 144 4.8 90 10 876 72 2.4 95 5 438 36 1.2 98 2 175 14 29 minutos 99 1 88 7 14.4 minutos 99.9 0.1 8.8 43 minutos 1.44 minutos

99.99 0.01 53 minutos 4.3 minutos 8.6 segundos

99.999 0.001 5.3 minutos 26 segundos 0.86 segundos

2.3.1 Diversidad de frecuencia

La diversidad de frecuencia sólo consiste en modular dos RF distintas de portador con la misma información de FI, y transmitir entonces ambas señales de RF a un destino dado. En el destino se remodulan ambas portadoras y la que produzca la señal de FI de mejor calidad es la que se selecciona. La Figura 2.4 muestra un sistema de microondas de un solo canal con diversidad de frecuencia.

En la Figura 2.4a, la señal de entrada de FI se alimenta a un divisor de potencia, que la dirige a los transmisores A y B de microondas. Las salidas de RF de los dos transmisores se combinan en la red combinadora de canales y se alimentan a la antena de transmisión.

Figura 2.4a. Sistema de microondas con diversidad de frecuencia: transmisor.

En la Figura 2.4b, el separador de canales dirige las portadoras A y B de RF a sus respectivos receptores de microondas, donde se bajan a FI. El circuito detector de calidad determina que canal, el A o el B, es de mejor calidad, y dirige ese canal por el conmutador de FI para seguirlo remodulando hasta la banda base.

Figura 2.4b. Sistema de microondas con diversidad de frecuencia: receptor.

Los arreglos de diversidad de frecuencia constituyen una redundancia de equipo, completa y sencilla, y tienen la ventaja de proporcionar dos trayectorias eléctricas del transmisor al receptor. Su desventaja es que duplica el espectro de frecuencia y el equipo necesarios.

2.3.2 Diversidad espacial

En la diversidad espacial, la salida del transmisor se alimenta de dos o más antenas, físicamente separadas por una cantidad apreciable de longitudes de onda. De igual forma, en el receptor, puede haber más de una antena que proporcione la señal de entrada al receptor. La Figura 2.5 muestra un sistema de microondas de un solo canal, con diversidad espacial.

En la diversidad espacial hay más de una ruta de transmisión entre un trasmisor y un receptor. Cuando existen condiciones atmosféricas adversas en una de las rutas, es improbable que la ruta alterna tenga el mismo degradamiento. La probabilidad de recibir una señal aceptable es mayor cuando se usa diversidad espacial que cuando no se usa.

Figura 2.5. Sistema de microondas con diversidad espacial: (a) transmisor; (b) receptor.

Los arreglos de diversidad espacial proporcionan redundancia de ruta, pero no redundancia de equipo. La diversidad espacial es más costosa que la diversidad de frecuencia, por las antenas y las guías adicionales. Sin embargo, la diversidad espacial, proporciona un uso suficiente del espectro de frecuencias y una protección bastante mayor que la diversidad de frecuencia.

2.3.3 Diversidad de polarización

En la diversidad de polarización, una sola portadora de RF se propaga con dos polarizaciones electromagnéticas diferentes, vertical y horizontal. Las ondas electromagnéticas de distintas polarizaciones no necesariamente están sometidas a las mismas degradaciones de transmisión. 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 en sentido horizontal. También es posible usar en forma simultánea la diversidad de frecuencia, espacial y de polarización.

2.3.4 Diversidad híbrida

La diversidad híbrida 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 están separados entre sí y conectados a distintas antenas, separadas verticalmente, como en la diversidad espacial. El arreglo proporciona un efecto de diversidad espacial en ambas direcciones. Este arreglo combina las ventajas operativas de la diversidad de frecuencia con la mejor protección de la diversidad espacial. Sin embargo, la diversidad híbrida tiene la desventaja de requerir dos radiofrecuencias para obtener un canal en funcionamiento.

2.3.5 Diversidad cuádruple

La diversidad cuádruple es otra forma de diversidad híbrida y proporciona la transmisión más confiable; sin embargo, también es la más costosa. El concepto básico de diversidad cuádruple es bastante sencillo: es una combinación de diversidad de frecuencia, espacial, de polarización y de recepción en un solo sistema. Su desventaja es que necesita equipo electrónico, frecuencia, antenas y guías de onda redundantes, que son cargas económicas.

A continuación se amplía la información anterior, para tener una mejor visión y entendimiento de los elementos de un sistema de microondas.