Sistemas De Comunicaciones Electronicas (4ed)

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Contenido

1 ! WROD!1CC! 6N

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S ISTEMAS El FITRÓN ICOS DECOM( !NICACIONES MOCUII .ACIÓN y DEMODlII .AC IÓN 2

2

EL ESPECTRO ELECTROMAGNtTlCO 4 FrccucnciD.S de tr.msmisión .5 CID.SificadÓll de los transmisores 7 ANCHO DE BANDA Y CAPACIDAD DE INFORMACIÓN 8 MOOOS DE TRANSMISIÓN 10 Sfmplex (SX) 10 Semidúple:o. (HDX. de half duplcllO ) 10 DúpleJI lotal (FOX. de fu I! duplex) 10 Dúplex lotaVgcncrol (FIFOX, de (ulllfull duplex) 10 CONFIGURACIONES DE LOS CIRCUITOS 10 Tronsmisión a dos hilos II Transmisión a cuatro hilos 12 Hfbridos YSUpreSOfeS de t'CU 12 AN ÁLISIS DE SEÑALES 14 s.,naJa sc.n(lidal,,~ 14 Ondas pcriódicD.S no senoidllles (ondas complejas) 16 Serie de Fourier patlI una forma de ooda I"CCUlIIgular 22 Es~U'Os de

potenciDy energfa 26 TransfOl'T1Ulda.J de Fourier discreta y rnpidll 26 Efectos de limitoción de banda sobre las señola MEZCLAOO 27 SUITlll lineol 27 Mezclado no linclll 29

27

M

ANÁ LISIS DE RUIDO 34 Ruido 00 rom:llICionodo 34 Voluje del ru ido 37 Ruido correlacionado 38 Ruido impulsivo 40 Interfereocia 40 Re~lImen

del ruido 40 Re laciÓll de poIenci a de señal a ruido 40 FX lor de ru ido 'J cifra de ruido 42 Temperulurn equivalente de ruido 45 PREGUNTAS 46 PROBLEMAS 47

CAPITuLO 2

51

GENERACiÓN DE SEÑAL INTRODUCCiÓN 5 I OSCILADORES 5 I Osciladore,§ retroalimcntados

Oscillldorc:s

52

sinlonilados 54 Oscil:.dores simoni1.aOOs 5S Eslabilidad de la frecUl'ocia 59 !lO

Osc iladores de rnslal

60

OSCILADORES EN GRAN ESCALA DE INTEG RACiÓN 67 Geoc:raci6n de forma de ood;¡ ron cin::ui to integrado 68 LAros DE FASE CERRADA 72 hue ....·alos de enganche 'J de CBptllru 73 Osci lador comrolado por vohaje 74 Compamdor de fuses 7S Funcionamiento dellaw 80 Circui\o ill1cgf\\lJo pMU un hu.u de rase

~ rrudll.

de pr1:('isión

84

SIN I E IIZADORES DE FRECUENCIAS 89 Sinteli1Jldores directos de frecuencias 89 Sinteti1.3dores indirectos de frecuencias 92 PREGUNTAS 95 PROBLEMAS 96

CAPITuLO 3

TRANSMISiÓN POR MODULACiÓN DE AMPUTUD INTRODUCCiÓN 100 PRINC IPIOS DE MODULACiÓN DE AM PLITUD

100

100

LacnvolvcnledcA M 101 Espectro de frecuencias 'J ancllo de banda de Ar.1 101 Reprc:senlllCión flUOrial de II na olida de amplitud modu lada 103 Coeficiente de modlllaci6n 'J porcentaje de modulación 103 Distribución de \'olllljl:' de AM 107 Análisis dc AM en el dominio de l tiempo 110 Distribución de poIencia en AM III

Cálculos de ~-orril:'ntl:' cn AM 114 ModlllaciÓtl con IIna señal compleja de información CIRCUITOS MODULADORES DE AM 116 ModuladordeAMdebajonh'cJ li ó M otluhldor de AM de poIencill. intem¡wia

,

115

] 18

Conten ido

Mat rl'3.l protegido r.r derechos dE>

'11

I"r

Modulación simultánea de base '/ colector 122 Moduladores de AM en eill:uito integrado lineal 122 TRANSMISORES DEAM 127 Transmisores de bajo nivel 127 Transmisores de al to ni~~1 127 Patrones tro.pelOidales 127 Desplazamiento de la JIOI"Iadora 13 1 Úlvoh'cntes de AM producidas por señales complejas no seooidales MODULAC iÓN DE AM PLITUD EN CUADRATURA 135 PREGUNTAS 135 PROBLEMAS 136

CAPITuLO 4

132

140

RECEPCiÓN DE AMPUTUD MODULADA INTRODUCCiÓN 140 PARÁMETROS DEL RECEPTOR 140 Selectividad 141 Mejoramiento del ancho de banda 142 Sensibilidad 142 M:ugen dirn1mico 143 Fidelidad 143 I'trdida de insen:ión 144 Temperatura de lUido '/ temperatur. equivalente de lUido 145 RECEPTORES DEAM 145 Recep:or de radiorrecuencia sintonimda 145 Receptor supcrhetctodino 147 CIRCUITOS RECEPTORES DE AM 158 Circuitos amplificadore~ de RF 158 Amplificad0re5 de bajo lUido 161 Cimlitos de mezclador/convertidor 161 Cill:Uito$ amplificadores de FI 165 Cill:Uitos detectores dc AM 172 Con troles automálicO$ de glUUll1Cia 176 Cill:Uitos de reducción de ruido 178 Limitat!ores '/ diminadon:s de lUido 179 Medidas Illtc:mas de: !iclIalll ruido 18 1 Receptores de: AM en circuito integrndo lineal 182 RECEPTORES DE AM DE DO BLE CO NVERS iÓN 183 GANANCIA NETA DEL RECEPTOR 183 PREGUNTAS 186 PROBLEMAS 187

CAPITuLO 5 51S I EMA5 DE COMUNICACIONES DE BANOA LATERAL ÚNICA INTRODUCC iÓN 189 SISTEMAS DE BANDA LATERAL ÚNICA 189 AM de banda lateral única '/ portadora de máxima polcocia AM de banda lateral unica '/ portadora suprimida 191 AM dc banda lalctlll t1nica '/ portadora reducida 191 AM de banda lateral i!!dependiente 192 AM de banda laterJI residual 193 Comparación de la tr.lIlsmisiÓII oon banda lalctlll única y la AM COtl\'cocional 193

Contenido

189

190

•

Mat nal protegido por derer.hos df' :]l t"

ANÁ l iS IS MATEMÁTICO DEAM CON PORTA DORA SU PR IM IDA GENERAC iÓN DE BANDA [.ATE RA I . ON ICA 197 Modulador de anillo balance","" 197 Modulador ~1:uv:C'000 en contr:lfase (push· pull) t on FE! Modu lador de puente balanceado 201

200

Tr:!Osw iwr de: banda la!mllinica: método con (jUm :ro:; Trommi5Ol'" de banda IlIlcrallinica: rntlodo de desplv.amicnlo de ftlSC Tr;!n smiw de: Imndal gler;¡1 Ún ica: !crrer rnttpdo 213 Trammisor de banda laleral independienle 2 14 RECEPTORES DE BA NDA l ATERA[ f ' NICA ' 14 Receptor BFO de banda lalera! uni ca 2 14 RcceptO! OFO coherente de band3lalcrollinica

197

21 [

217

I.ATERAI ( ' N ICA n o BANDA l.An RA I . ÚN ICA CON PQIITAOOHA SUPRIM!llA y M I D .TIPI EXAOO POR D IV IS iÓN p E FREel !ENr IAS n i OOB I.E BA N DA I.AlERA I . CON PORTADORA SUPR IMIDA y Mt ll.TlPI EXAOO EN CI/ADRAD ¡RA MEDIC IONE S DE BANDA I AJE R A! ÚNICA 223 PRFG IINTAS 22S pROR! EMAS 215

"'1

CAPtrul

Q

6

TBANSMISION POR MOOULACION ANGUI dg

228

""8

INTRODl ¡CCrÓN MODlJl AC!ÓNANG I!! AR An~ Ii S¡ 5 n"'rm~tioo

128

2J I

Sen5ibjljd?d a ID dC'sviaci60 2 :\2 Formas de ooda de FM YPM 233 pqy jac jón de fa.", e iOOlce 'k U1ndU] lICión DesviaciÓn .... {m'"c ne ;? B 'j

234

ANca" AR 24 5 poTENCIA pROM EDIO DE tINA ONDA DE MODl r¡ ACIÓN ANG ULAR 246 RJ/lOO y MOO!![ .AC IÓN ANGllI AR 2411

Modulación de fax debi do a uno g nal de jnu:rfcrencja 248 Mn" y!lIC jón de fm"LH: oc;a debida Du na se na l de jmr ñ r trnd:¡ PREt.~EA S I S y D Ee NFA S IS 25 I MODULADORES DE FREC UENC IA Y FASE 253 Modylhcrt/. (Gil' ro 10'1. ",rahmJ; (llb ): 10". pr1ahtru (1'11,): 10" eulltnz (EIIll

los servicios móviles dé: comu nicociooes terteSlres. te léfonos ce lulares, a lgunos sistemas

de rodar y de na' ·egación. y los sistemas de radio por microondas y por saté lite, Hablan· do con general idad . ~ considera que IIIS frecueocias mayon:s que I G ll z son de microon· das. y eso incluye al extremo superior del intervalo de UIIF.

FrtCutllci/1S SUf~r altll$ (S IIF. por sUf~rlri8h frrqj/~lIdts). Son sc:ilalc:s de 3 a 30 G Hz, donde está la ma)"ooA de las rn:cueoci:l.~ que se us.w-t e n siste rnllS de mdiocomunic¡¡cionc.s por microondas y .utel itaJe:s. f"r«uf'IIcioJ txtrrmatklmtntt altll$ (EUr. de txtrrm~l)' high frrqutllcits). Son scfUl le:s e ntre 30 Y 300 G Hz, y casi no se usan para radiocomunicaciones, a excepcioo de apl icaciooes muy complicOOas. costosas y espccialind as. Infrarrojo. Las f~cue nc¡1tS de l infrarrojo w n sei'iales de 0.3 a 300 T Ul. Y por lo gene· ral no se les cons idera como ondas de radio. Infrarrojo indica una radiación electromagnttica qut: e n ge ne ral se asocia ~"Qn d c alo r. Las se i'i a le$ infl1lrrojas se usan e n siso temas de gura de proyec tiles con blancos ttrmicos, o con la fotognlfia electrónica y la astronomra. Lu~ ,'¡,/bit. En la lul visible se iocl uyen las frecueocias el eclrom:agni licas capladas por el ojo humano (0.3 a 3 PHl!), Las comunicaciones con ondas lum inOW\ll sc u.\ótn en los sistemas de li bru ópfica. que en los últimos ailos han lIegodo a ser un medio pri nci pal de tlllllsmisión en los sistemas elecuón icos de comunicaciones. Hayos u/trol·jo/tla. royos X, royOj gamma y rUJoJ cósmicos: tienen poca apl icacioo en las

comunicaciones dectr6nicllS y en cOIIscxucncia no se describirán. Cuando se manejan onda~ de rad io se acoslllmbra usar unidades de longitud de onda. y no de frecue ncia. La longitud de onda es la di stancia que oc upa e n d espacio un c iclo de u na onda eleclromag nt tica. es deci r. la distancia e nt re los pUntOS corres pondie ntes e n una onda repetitiva. La longi tud de onda es i n" e~mente proporcional a la frecuencia de lo ond:l, y di rectamen te pmpúfC iona l :l ~ u vclocidad dc propagación. Se supono: q ue la vcloci d:ld

•

Ca pitulo 1 Mat~rI'll

protegido por derechos de 'lt.: or

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Esped)o~!! h'OlO&g11ético

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longitud di ando

FIGURA 1-4

l.......

Ondudl,tdlo _"'~_"""'-

(~)

delongm·'es de onda

de propaglKión de la energía electromagmWca en el espacio libre es J X 10' mis, La re ln· ción entre frecuencia, \'elocidad 'J longitud de onda se expresa en forma matemática como sigue

longitud de onda ""

"e1ocidad frt de frecuencia!' .. ,..ÓuÍf;u y de produt;to cru7,aOO de mida. con las f~ncillS determino...!as en los paSO! al y b). Soluci6n (a) Las tres primcm armónicas com~nden las dos frecuencias originales de entTada. de 5 'J 7 k.H;e: dos veces cada frecuencia original, \O 'J 14 kHz, 'J lJ'eS ''C!Ca cada frecuencia original, 15'J 21 kHL (b ) Lof; productos cro1~ con 1 'J 2 como vllofu de '" 'J" !le delmnil1Ioceso se repile; se produce un ~ ngt ntllltil"O, en el que la salida depende de la entrada y VK:e\'ersa. De acuerdo con el cri/trio dt &"khOU5tn. para que un circuito retroalimentado sostenga oscilac iones. la ganancia neta de voltaje en tomo al lazo de retroalimentación debe ser igualo mayor qLM: la unidad. y el desplazamiento neto de fase en tomo al lazo debe ser un míiltiplo entero positivo de 361)0, Hay cuatro requisitos JlI1111 que tnl.baje un oscilador retroa.limemado: UITIIJlificacidn, rE· lroolimtnlaci6n posilil'U. dt lt:nninación dtfncut:ncia y unafutntt de potencia ell!ctrica, 1. Amplificación. Un circuito oscilador debe tener cuando menos un dispositiyo aclh'o, y debe ser capaz de amplificar voltaje, De hecho. a \'eces se requiere que proporcione una ganancia infin ita, 2. Rt'lroalimt n/acidn posi/lm , Un ci rcui to OliCilador debe tellCT una lrnycctoria completa para que la sellal de salida regrese a la enu-ada. La seí'utJ de retroa.limenlACión debe ser ngtntratim, y eso quiere deci r que debe tencr la fase correcta y la amplitud necesaria JlI1111505tencr IlIS oscilaciones. Si la fase es incorrecta. o si la amplitud es insuficiente, bIS oscilaciones te$an. Si la amplitud es ue«iya. el amplificador se saluranl. La rE/roa/inltn/ación rtgtntlllt;l'(l se llama tambi61 ntroalinltntaci6n po.si,i\·o, donde "pOSitiva" si mplemente indica que su fase ayuda en el procdO de oscilación. '1 no ncccsarianICnle indica una polaridad posith'a (+) o negativa (-J. La rr/roalimtn/ucj6n dtgtnellll;\'a se llama rtlroalimtntadón ntgU/im. '1 proporciona una sellal de retroalimentación que inhibe la producción de oscil:u.:iOl1ell. J. Componen/U qUt de/tnnifllln lafruutncja. Un oscilador debe tener componen tes que detenninen la frecuencia. como por ejemplo resistores. capacitorcs. indllctores o cristales que pe. ¡¡¡itan ajuslJU' O eambillf la frecuencia de operación, 4. FUM /t dt podtr. Un oscilador debe tener una fllente de el11:rgra elfctrica. que puede ser una fucn\e de cd , La fig . 2-1 muestra un mode lo elfetrico de un circuito o.scilador rE/roal;~n/ado (es de-

cir, on amplificador de yoltaje con retrOAlimentación regenerad va). Un oscilador retroaJimentado es un circuito de lazo ctrrodo fonnado por un ampli ficador de voltaje con UJUI gotlllncw de 1'Oltajt de flltlJ abitrto (AI)' una traycctoria regenerau va que detennina la frecuencia con UIlIl I'l'lación dt rE/roolimt nlación (~) y un circuito sumador o restador. La ¡ananda de \'ohaje de lazo abieno es la ganancia de voltaje del amplificador con la tfUyCClOfÍ1I de retroalimentación abierta. La gatUlncia de mltajt: dt' laro ct'rrado ("' c/) es la ganancia genernl de yoltaje del circuito tOlal. con ellai'.o de retroalimentación ce=do. y siempre es menor que la de lazo abieno. L;I rel ación de retroalimenlACión no es más que la función de transfcrencia de la red de retroalimentación. es decir. la relación de su \'oHaje de salida D su voltaje de entmda. Pllt'B. una red de retroalimentación pa.~iva, la relación de retroa limentac ión siempre es menor que l .

-FIGURA 2-1

52

Modelo da un amplilicedor con lil1l oalimentaciOn

Capitulo 2 Mat nal protegido por derechos dfI aL-t')r

La.~

siguientes relaciones matemáticas se d«ivl1!\ de: la fig . 2-1

~ "" ~ V...,

VI

V¡ - V, - V4

v) .. A""V1 A• "" ~ V

,

I3V) V, ~ V,

V~ '" ~

en donde

VI '" voltaje de entrada e¡¡lema vl .. voltaje de entrada al amplificador V1 .. voltaje de salida V4 .. "oltaje de retroalimentación A...... ganaocia de voltaje de lazo abierto 13 .. relación de retroalimentación del lazo de retroalimentación

Se SUJitilUye V. de la pemiltima ecuación en la segul'lda Vl

5:

Asf.

V)

= (v, - I3V)A.,..

y

VJ .. V,A,,¡ - V)~D!

VI - pV)

Se reagru pa y factoriza esla ecuación. como sigue

V) + VJjM.,.." V,A""

Asf.

V1( 1 ... fiA D!) .. V,A.,¡

,

(2-1)

siendo Ad la ganancia de voltaje de: law..emulo. La fórmula acostumbl'llda para 13 gl1!\ancia de voltaje de lazo cerrado de un amplificador retroalimcnlado es A"i(l + 1M....). Si en cualqujer frecuencia 1M.... baja a - 1. e l denominador de [a ecuación 2- 1 baj a a ~ '1 V"",,VC1Il es infinito. CUllI1do estO sucede. el circui to oscilará y se podrá quitar la entmda externa. Para que se produzcan las oscihtcioltCs autosostenida.~. un circuito debe cumplir con los cualro n::quisilos básieos qlJ(' se describieron anteriormente; ta.mbi~n debe cumplir con el criterio de la ecuación 2· 1 y debe apegarse al modelo básico de circuito retroalimentadoquc se mues1m al la fig. 2- 1. Aunque la acci ón de osci[adar se puede lograr en mucha.s fonnas diSlinta.'i. las configum:i0ne5 más comunes son las redes HC de desplv.amiento de fase. los circuitos tanque LC (o circuitos l.C resonantes). los cri Slale~ de cuar.w y los chips de circui to integrado. La ciase de oscilación que se use en determinada aplica.::ión depende de los siguientes eriterios: 1.

F~uencill.

nece!iJlri1l de operud6n.

Z. Estabilidad ~uerida de fn:euencia . 3. Operación con frecuencia variable o fija. 4. Requi sitos o limitaci ones de diStorsión. 5. POIencia necesaria en la salida.

6. Tamaño físico. 7. ApliellC i6n (por ejemplo. di gital o analógica). 8. Costo. 9. Fiabilidad y dumbilid:ul. 10. Exactitud ncce.wia.

53

Generación de &8ftal Mat~rI'll

protegido por

der~hos

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F1GUAA 2-2 Red do adeIanto-i eu aso: lo) CUl,figu 8Ci011 del ci'-cuW: lb) CU'VB de tronsfeo enciB de el 10 &da o saidB (fU

Osciladores no sintonizados El oscilador de puenle de Wien es un oscilador Re no sinton il.aOO de corri miento de fase. que usa retroalimentaciÓn tllnlO positiva como ocgati \'a.. Es un circuito oscilador rclati vame nte eStable. de baja fl1':Cuencia, que se sintoniza con facilidlld. '1 se suele UUT en generadores de: señal para produ.cir frecuencias de 5 Hz a 1 M Hz. Este circuitoosciludorde puente de: Wien fue el que utilizó lu compailfa Hewlett Packard en su disello original de generudor de señales, La fig. 2-2a mueslra una red sencilla de lldclanlo-relr.lSO. A la frecuencia de: oscilación Vol. R - Xc '1 la señal sufre un ~pl:v.amiento de fase de: _ 450 a tm\'6; de Z, '1 ()(rode + 450 a lrav~ de Zz. En consec:ucncia, en/... el desplazamiento tOlal de fasoc: a trJvb de la red de lldclanlo-retra· SO es exactamente 0". A frecuenci as mcnores que la frccucocia de oscilación. el desplazamiento de fase: a tnlvb de La rcd es de ade lanto. '1 para rrecucnci,,-~ superiores el dcspl31.amiemo se retr.lSa. A frecuencias CJl:tremadamente bajas e t funciona eomo circuito abierto, '1 00 ha'l salida.. A fn.'cucn· cias cxtremadamc:nte alias. el funciona como un COI1otircuito '1 no hay salida. Una red de adelanto-relraso es un divisor re activo de vohaje. en el que el vohaje de enIr:lda ~ divide entre Z, (la eombinad6n de R , Y e, en s de:ltiempo encendioo. y negativo durante el 25'1> rc:5tanle. En COfIsc:

"11

1.....'

V"," voltaje de salida del detCCtor de rase (vol(5)

donde

V ..

v..V¡( volts m.i\imos)

Cuando f .. = ¡,. V

Vd = 2 co s(O¡

+ O,,)

(2-14)

V

- - cosO

2

•

en donde O/ + 9.. ., O.. (error de fase). El ángulo 9.. es el CITO!' de fase: que se: requiere pI1Tll cambiar la rrecuencia de wida del VCO def. afIo un cam bio igual a Aj. que a ~'ece§ se llama error ellJlieo defaS#!. La sorumcia de lazo parll un PLLes sólo el producto de las glUIIUIciu o funciones de transferencia individuales en torno allalo. En la fig. 2-30. la ganancia de lalO abieno es el produc to de IIIS ganancias del comp3T11dor de fases. dc:l filtro pasabajas. dc:lamplirlCador '1 del VCQ. Esto se: expresa matemáticamente: como sigue:: Ganllnda dclluo.

KL

y

KL K", K, K. K"

... -

K

=

L

-

= K",K¡ KaKo

(2- 15a)

ganancia de lno ahie:no del PLL (heru por radián) ganancia del comparodor de fases (vol(5 por lOIdián) ganancia del filtro pasabajas (volt$ por \'011 ) ganancia del amplificador (vol~ por voll) ganancia del veo (heru por volt) (volt)(volt)(voItXhertz) (mdXvollXvoll)(volts)

=

henz md

o bien. la ganancia del PLL con IIlZO abieno (K.). e:n m(!ianeslsegundo (s - 1) es

K• =

ciclosls ciclos 211' rad = X : 211'K, -d . , ... ro d -5 CICO

(2-I.5b)

fupresada en decibele5 e5 Koi~8 ) - 20 108 K.

(2-16)

Paniendo de las eculICioncs 2- 10. 2- 13b '1 2- 16, se deduoen 1M siguiemes relaciones V" .. (9.)(K",) volts V.., .,. (V,,){K¡K K. )

(2- 17)

"ol~

Al .. (V... )(Ko) hertt

(2- 18) (2- 19)

Como se dijo antes. el intervalo de retención de un PLL es el de las frecuencias de entrada en las que el PLL permanece enganchlldo. EoliO supone que antes estaba enganchado el PLL. El intervalo de retención está limitado por la oscilación. de pico a pico. del voltaje de salida del comparador de fases, ~ V"" '1 depende de las runciooes de transferencia dd comparador de fllSCS, el amplificador y d veo. Se puede ver en lafig. 2-28c que el vollDje de salida V" del comparador de fllSCs es correctivo para :!:1I'n miMes (=9(JO). Fuero de esos Ifmilcs. In polwidad de V", se invienc '1 en realidad persigue a In frecuencia del VCO al alejarse de la frecuencia de entrada externa. Por cons iguiente, d error wimo de fase (e~) que se permite es =n12 radianes, y d voltaje múimo de salida del comparudor de fases es

=V""Ml. '11 I.... r

= '::OOk.HZ 110 ~Hz

120 l Hz

= 1:60 kH.

130kHZ:::::

5l 5l 5l 5l 5l T

T

T

T

T

11O ~H.

180\H.

19(1kH.

5l 5l 5l E;J

T

T

M6dulo o.o;ll.dor

L

{ --V otelladot

T

T

~w_

Y filtro cM

1-·'"

FI'*""

deNJ~

.

J.. J.. J.. J.. J.. J.. J.. J.. 100kHz 800 kHz

900kHz

IMH.

U MH.

1.2MH.I 1.3 MHr

I .U~H.

1.5MHr

U I MHz

AGURA 2-38 SOntetimdtr de frecuencia de cristalee múltiples

de 160 IcHz ,/700 kH1.. Y las salidas del me7.Chtdof balanceado son sus frecuencias de suma y de

difemw:ia (700 kHz :!: 160 kHz "" S40 kHz y 860 kHz). El fillro de salida se sintonil.a a S40 kHz. que es la frecuencia de la portadora para el canal 1. Para generar la frecuencia de portadoro para el canal 106 se selecciona el cristal de 100 kHz con el crislaI de 1100 kHz (diferencia) (1 el de 1500 kHz (suma). La separación núnima enLrC fn:cucncillli de salida en un si mC:liLlldor se llama r'tsoluci6n. La resolución del sintetilador de la figura 2·38 es 10 kHz.

Sinletizador de rm:utnda de un solo cristal. La lig. 2·39 mueslrn un diagr:lllU1 de bloques de un si,lIetitJl(iQr de/ruut:ncill de un criswl que de nuevo usa la sumlil, re¡;ta. multipli cación y di visión de frecuencias pan! genemr frecuencias de I H1': a 999.999 Hz. en incrementos de I Hz. Un cristal de 100 kH1': es la fuente del oscilador maeslrO. del que se deri van todas las frecucncias. La frecucncia del oscilador maestro es una frecuencia base que se di vide repetidamente entre 10. paf1I gcnerarciroco frecucocias ilUbbase ( 1OIo:H1':, I kH 7~ 100 Hz. 10 H7. Y I Hz). Coda frecuencia subbase se alimenta a un generador ~o de armónicas (multiplicador de frecuencias). que consiste en un aIllpliflCaOOr no lineal con un filtro si nton il.llble. El filtro se puede sinloniur con cada una de las primeras nueve armónicas de su rm:uenc ia base. En consecuencia, las frecuencias de salida posibles del generador de armónicas 1 son Oa 900 Io:l-I z en incrementos de 100 kHz: para el generador de armónicas 2. de 10 a 90 kHz en incrementos de 10 kHz. elcéter.!. La resolución del sintctizadO\" se dctcffilina por las veces que se divide la frecuencia del oscilador maestro de crist:!.l. Para el sinteti zador de la fig. 2-39. la resollK:ión es de I Hz. Los me~lodore5 que se usan son moduladores balllJlCead05. con fillros de salida que se sintoníl.lln a la)llrna de las dos frecuencias de entrada. Por ejemplo. las armónicas seleccionadas en la tabla 2-1 producen una frecuencia de: salida de 246.] 13 Hz. Esta tabla muestra una lista de las posiciones del selectO\" para cada gencflldor de: armón¡~s. y las frecue ncias de entrada '1 salida de cada mezclador. Se: puede ver que los cinco mezd~ tan sólo suman las frecuencias de: glida de los seis generadores de arlTlÓllieas. con tm; niveles de mezclado.

90 1,

capitulo 2 Mat nal protegido por derechos dfI aL'!')r

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6-27. 6-2.8.

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6-JI.

6-32. 6-JJ.

(a) La eantidad de conjuntos de: ban.dü laterales !ignHieativa!. (b) Las ampli tudes de h.lndIIs later.de! . A continuación. (e) Trace el espectro de frccueoo as de salida. Pan un \nn§miwr de ~i con variación de port3dorn de 80 t ll )!., de:termine la desviaeión de frecuencia. Si la amplitud de la sena! rnoduladom disminuye en un fX IOf de 4, determine la nueva des" iación de: frttUCncia. Pnra o;;c,rtII sdlal de o:ntrada. un transmisor COiI",1 cial de F M tiene una de!;"iación de fnx:uenda 4/ " 40 t Hz. Detmllioc la desviación de frecuencill,i lIumenta la amplitud de la sei\al moduladoraen un factor de 4.) . Un tnutSmisorde FM tiene una rrtalCncia en , eposof~" ~ MHly una sensibilidad lila desvia· ción K, .. S I:I bN. Cakule ladesviaeión de frccuencio pan! una sen.l moduladonl "..(1) " 4 VpDelennine la ~lación de des\'iación Y el ancho de banda en el peor de los c;lSOS para un , ¡PeRla de FM con fe:

(d) ~ '. !"tonaL '... " fa

fase) a tr~\'é.~ de L, (V'.,J)' La A entr.tnte se ¡nl'iene 180" con ellr.lI1sformador TI y se divide por iguallmll1: 4. 'J 4- En 13 rrcruc:ncia de resonancia (la FI central) del cin:uilO tanque secundario, la comente: 1, del secundario está en fase con el voltaje 101& securKl.:uio. V,. y desfasada 180" respecloa Vu . También. ddlido al acoplamiento flojo. el I'fim;ario de TI ruociooa como un indudOl". y la corriente 1" del primario estA desfasada 90" 0011 resp('CIO11 V... '/, debido 11 que la inducción mag· nél iCll depende de la oonic:mc: del primario. el " o haje inducido en el .'c:c:undario está desfasada 90" con respttto a V... ( Vul. Por consiguiente. V,.. y V'.h están desfas",las 180" cnl«: sI. y en cuadl'1lIUrol, o c.k$faud ll$ 90" mpeMo a V,ol' El voltllje 11 IfU"b del diodo soperior VI)I es la suma "tetoria! de V,,", Y VLo< y d voltaje a ITavés del diodo inferior. Vm . es la 5uma vectorial de V,.,) Y V(b- En La fig. 7-4b se muestnln los diagr.unas vectoriales; COITeSpom.licnles. De acuerdo con la figura. Jos volll1jes a tr;wú de DI YDI son iguales. As/. en la n:sonancia. / , e 12 son iguales. y C, y Cl cargan a voIlIlp de igual magninKI. pero poIaridodcsopuc:slas. En COIlSIX"UCI"ICia, v .... - Ve, - Vo - O v. Cuando 1:. A sube de la ~allt"io (XL> Xc>. la impedallt"ia del circuito IIlnque secundario se ... uel~"C inducti Vll. y la corriente dd secundario se n:tnLSól un ángulo O reliptCto al \'Olwje del ilC("un· daño: el ángulo es plOpo, cional a la ffiasnitud de: la dc;sviación de frecuencia. El diagrama fasonal correspoodiente se ve en la tig. 7-4c. AlII se ve que la suma \·ectorial del voltaje 11 1ra\'6¡ de D, t!I mayor que la suma vectorinl de los ,"Oltap 11 uu"6; de: D 2• En oon5CCucnd D. e, cvga mic:ntnasque el de5clllla. y V... se hace posili\"O. CuaBdo la A baja de la resonancia (XL < Xd. la comente del secundario se adelanta al voltaje del s«ulldario un ángulo O. que de nuevo t!I propordOlllll a la

280

capitulo 7

Mat rnl protegido p?f derechos da ':l.ul')r

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FIGURA 705 ClM"iO do rcsp' ..... de vc• . ia en funci6n de la frecuencie de t-'" discriminedor

magnitud del cambio de frecuencia. Los (asares correspondientes se ven en la fi g. 7-4d. Se 1I¡Rdaque la suma vectorial de 105 voltajes IIlr.1V&de D I t'5 ahora menor que la suma vcdoríal de 10$

voltajes a trav~$ de D!. En con$«uencia, el descarga mi entras que el carga. Y V... se vuelve negativo. Un discriminOOor de Foster-5ee1ey se lintoniza inyectando una frecuencia igual a la F1 central y si ntonizando a C~ paro O V en la salida. La descripción antmor '1 la lig. 7-4 indican que el volt.aje de salida de un discriminodQr de Fostcr·Seclcy es directamente propordonaJ a la magnitud y dirección de la desviación de f~ cucncia. La fig. 7-$ muestra una curva carncteristica de respuesta de vol taje en función de la

frecuencia para un discrimin3dorde r-oslcr-Sttley. Por razones obvias se le llama con frecuencia C14I'\'(I S. Se ve que la curva de voltaje de salida en función de desviación de frecuencia es más lineal que la de un delector por pendiente, '1 COlno sólo hay un c ircuito tanque, es más fácil de sintonizar. Para una demodulación sin distonión se debe restringir l. desviación de frecuen· cia a la parte lint:tl de la curva de respuesta en frecutrlCia del circu ito secundario sintonizado. Como en el caso del detectoT por pendiente. un discriminador de Foiter-Sceley responde. va· naciones de amplitud y tambi~n de frecucl'ICia y, en ronsecuencia, debe estar precedido por un circuito limitador separado. El dtlUfQr de rtlacl6n tiene una gran ventaja sobre el detector por pendiente y el discriminador de Fostcr-Seeley par1I demodulación de FM: es relativamente inm ulIe a variaciones de amplitud en su senal de entrada. La liS. 7-611 mllCStr.I. el diagrama de un detector de relación. Al igual que el discriminador de Fmter-Seeley. un detector de relac ión tieDetedor de rdadón.

ne un solo circuito sintonizado en el secundario del tnlnsfonnador. Asf. su funcionamiento se parece:tl del discnminadorde Foster-Secley. De hecho. los vectores de voltaje para D I Y Dl son icltnticos con los del cireuito discriminador de Foster-Sceley de la lig. 7-4. Sin embargo, en el detector de relación se inviel1e un diodo (D l ) y la ooniente I,¿ puede pasar en tomo 1ll1117.o más e.l .lano del circuito. Asf. ~ de vlU'ios ciclos de la señal de entrada, el capacitor 1.'1'1 paraltla C. se carga. más o mcfl()!;:tI voltaje máximo a LI"lI.vts del devllJ1ado secundario de TI ' La rellCtanda de e, es baja, y R, tM sólo es un camino de cd para la ooniente dIol diodo. Por consiguiente, la eonstante de tiempo para H. Y C, es suficientemente llII'ga como pant que los cambios r.ipidos de amplitud de la senat de entrada. debidos all'\lido t~nnico u otnt5 senales de interferencia, pasen a tierra y no tengan efecto sobre el voltaje promedio a trav~s de e" Entonces. el y el se cargan y descargan en forma proporcional a los cambios de frecuencia en la senal de entrada, y son relativamente inmunes a variaciones de amplitud. Tambit n. el voltaje de salida de un detector de relación se toma con respecto a tierra. y pat2 las polaridades dd diodo que se ven en la fig. 7-6a, el voltaje promedio de salida es positivo. En la resonancia, el "oltaje de 5alida se divide por igual entre el y C2 • y se redistribuye de llCuertlo a como se dcsvfa la rm:utrlCill de entrada sobre o abajo de la ~ancia. Por lo anterior, los cambios de VSCedB

los limitOOore5 de amplitud, de la mi sma manera que se suprime e l ruido de AM. Si se reciben dos estaciond con más o menos el mismo nivel de señal. el receptor no puede difcrc:oc iar lo iUficiente entre ellas.. y ¡;c puede cambiar de una 11 Qlra y ~·ice '·ersa. La rr /llci.s .. d~ Cllp/rlffl de un ra:eplor de: FM es la diferencia mfnima, en dB. de: inlell5idPdes de dos señales recibidas, necesaria p:u1I que el efecto de captura suprima a la se i\al más débil. Las rel ac iones de c aptura de [ dB son caracterlslica~ en los reccplorcs de FM de al13 calidad. Cuando se usan dos elapas limitadoras se tiene dob/t limllllción : con tres ttapas, lriplt lim;lIlcidn. etcltcra. La fi g. 7· 14 muestra un limit"do ,. t'n cWC"Ild" de tres t lap;¡s. s in filtro in co rporado. Un circuito li mitado;)( de a ta dasc debe eSIal" seguillo por un filtro de cerámicll o de

2BB

Capftulo 7

Mat rt'.!l protegido por derechos de> '.!L.: or

_ _ _ _ _ _ _ Llmlt8clOn .riple _ - - - - Llmlt8d6n do~

D.rvas de respuesta

FIGURA 7-15

dellimbdor

cristal. pam eliminar la distorsión no lineal. Ell imitador que se \ 'C tiene tres cUlpas timitadonu aooplPdas que están conectadas en serie respecto a Ja cd paro reducir el drenaje de corriente. Los arnplificadores en cucada combinan varias de las ventajas de los amplirK:adores de emisor común y de compu.cna común. Al COf"IOCllITen cucada los amplificl&dores lambí!,!n disminuye el nivel de umbr.1i y. en consecuencia. se mejOl1Ul las posibilidadel de s ilendarnienlO de la cUlpa..

Re.

En la ng. 7- 15 se muestran los efectos de doble y triple limitación. Como los receptora de FM tienen la ganancia s.uficicnte para saturar los limitadores dentro de mtrgenes relativamente: amplios de ni\'cl de seital de RF de entrada. el CAG suele ser innecesario. De hecho, en realidad y con rrecuencia el CAG dcgl11da el descmpc:iio de un receptor de FM. Ejllmpkl 7-2 Calcula( la pc:uneia mCnima de ponadorn en recepciÓII. neo:euri. p¡nI akanUl' una relación de 'da! • ruido de 31 dB en poA deleCCiOn. par!; un re

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sólo se reproduce en la boc:ina derecha. Asl, con la tmlmlisión eslereofÓllica es posible reprodLlcir mllsica con una direcciorullidad y dilTM'nsión e'l'I"'iaJ eaclU$;va •. '1UC IInla ,;610 era posible con la fuenle viva, es ~ir, con una fuente atendida. Thmbi~, en la tI1Ull;misiÓll estereofÓllica es posible separar mllsica o son ido por co/idod UNlu l , por ejemplo, percusiOlK'$, cuerdas. vienlOS. elc. Uno de los cuidados principala de la FCC ames de aulorizar La transmisión ~lefeOrónica elll su compatibilidad con los recep(ores I11OIlOfónioos. La transmisión cslcrcorónica no deberla afectar la m:epciÓll monorónica. Tambi~n, los receptores monofónicos deben poder recibir transmisiones eslercofónicas como monoaurales. sin dcgn¡dociÓf1 perccpcible de la calidad de l programa. Ademii, los re" IIt~S cslereofónicos deben recibir la progrnmación estercofÓflica con scparw:ión casi peñecta, de 40 dB o más, entre sus canales ir.q uiCTdo 'J derecho. Rec&ptoi es por modulación de 6ngulo. FM estéreo Y radio de FM en dos sentidos

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295 der~hos

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del conduelO
Z.,; la Unea de un euatlo de longitud de onda funci ona como un IransfOfTlllldor reductor. J. N,. < Z.,: la linea de un cuano de longitud de onda funciona como un tran sformador elevador.

Como en los traosfonnadores. uno de un cuatlO de longi tud de onda se. pone eotre una Ifoea de transmi sión '1 su carga. El tr-.msformador dc un cuano de longitud de onda no es más que un tramo de !foca de transm isión de un cuano de longitud de onda de largo. La fig . 8-26 muestra CÓIT1Q se. usa ese. tr-Jnsfom¡ador p,:Ira adaptar una Ifnea de tran smisión D una carga pu_ ramente resistiva.. La impo!daneia earuc¡mSlica de la parte de un t uano de longitud de onda se: calcula con la fónnu la (8·32) siendo ~ ,. impedanc ia característica de un transformador de un cuarto de longi tud de onda Z" - impedancia característica de la linea de UllIlsmi sión que se esUl. compeoli.ando l ,. : impedancia de la targa Ejemplo 8-5 Calcular la longitud fisica y la impedancia característica de un transfornwSor de un cu.uto de IOI1S i· SO n ) a UDa carga tud de on

en donde

87

lE

+ 1.4 1

ln( 5.98h ) O_S",

+t

(8-34)

z.. - impedancia can\C1eristica (ohrrul ( - constante diel6ctric:a (para pláuioo rc:forlJldo con fibra de: vidrio FR-4. ( .. 4.5 Y pana el tenón 1( . . 3) lO' '" ancho de la pista de robre· I .. espesor de la pista de oobte" h .. distancia entre la pista de cobre y el plano de tieml, es decir, el esprsor del diel«trioo·

Unee de cinta u linea de cinta no es ~~ que un conductor plano emparedado entre dos planos de lierra, rolTlO

se ve en la fig. 8-30. Aunque es más dificil de fabricar que la microcinta, es menos propensa a

• l.as di_iones do

10\

I Y11 pueden Upi

' ne al cualquier \IIlidJd IkIonJitlld (pul¡"ct.., mili""""".

C'tC.). IKm¡:n y ew.ncSose .. ~n lI$ mitmU unjd ......S

3.3

UneaB de tnmamiaiOn

Mal rl'll protegido po?r

der~hos

dE' ':Il

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~.~".Ii

'"

, v..!. ele 1r.,,1,

'" FIGURA 8-30 Unea de troosmlsiOn de ciü; (e) VÍ6t8S de frenr.e Y 1at8r8I ~ lb} dimensiones

irT1ldiW" Yasl ~u s ptrdidas son menores que las de la microci nta. De nue\'o. la longitud de una

línea de cinlll puede: ser de un , u(\110 o media longitud de onda. y se usan con más frecuenda hu Uncas en cono que hl5 abiel1as. La impedancia característica de una linea de cinla, configurada como se ve en la fil!. 8-30 es

Z - " - 'In( D

siendo

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4d

O.67Tr Il~O.8

z.. - impedancia característica (obms)

+

IIh)

)

conSUulte di clk'trica (para plástico reforzado con fibro de vidrio FR4, para el tcnón f .. 3) d - espesor de l d id6ctrico. w - ancho de la 11117.3 cond uctora de cobre1 - cspewr de la II1W. conductora de cobre f h - distancia cn~ la 11117..11 de cobre y el plano de tierra f _

(8·)j)

f '"

4.5 Y

PREGUNTAS 8-1. Defina /rnm de trarumlsldn. 8-2. Describa UIIII onda eJecU'Ol'llUgntl ka

lnIn~'·eDIII.

8-3. Defina \'tloddM dt (nula . 8-4. Defina[m-....1IC1o y 1000gilud de oruJo pam una onda dcctroma¡llttica Ir.lns\'c:n.al. 8-5. O...su iba lo que Mlf1 lineas de ttaIlimisiÓll balllIl(!elLlb.$ Y desbalancead:t5.

11-6.

~ba

una lfnca de transmisión de conductores Iksnudos .

• Lao di"",,,, .. ,,, de d, '" I Y • po'edrn upo . ..... en C'Ualquicr unidad ... Ion¡;'ud (pulpdo., m;¡¡!TICU'u.. eII:.). Nempn: 1 cuando !oC .-n l.;u mi_ unid.,..,

344

Capitulo B

Mat rnl protegido p?f derechos da ':lul')r

8-7. Describa mIli !fnca "" tr1Insmis.ión de coodud0l'l'5 gemelos.

8-&. 8-9.

¿Out es una Unea de InllIsmisi6n de par trenzado? ¿Out eIl una línea de tnm5mis.ión de eable blindado?

8-10. Describa una Unea de tnln~mi sión c(l!ldntrica. 8- 11. Describo;¡ las propicdldes d tttrTcas y rrsicas de: una Une. de trallsmisión.

8- tlo Mencione y describa 1" CUBtro constantes prim:lrias de: una Ifnea de transmisión. 8-IJ. Defina la fmpNnnciu CUrllCICnSlkD de una linea de tnu\smisión. 8-14.

¡.Out propied:w.k:s de una linea de tntnsmisión determinan su impedancia cantCteristica?

8-15. Defina la clHIS/anle tk proptlgDCiiín de una linea de transmisión. 8-16. Dcfina el fa cIDr de .'tll}Cidad de una linea de nn$misiÓfl .

8-17. ¿Out propied:wks de un~ linea de transmisión dderminaR su ractor de velocidad? 8-1S. ¿Qut piOpk.1 ....... de una linea de transmisión determinmn su constante dielktrica? 8-19. Dcfina lo que es la lonSi¡Ild elle,rica de una linea de InUIsmisión. 8-20. Mencione y describa cinco clases de p!nlidas en IfneJl de tnlRSmisión. 8-2 1. Describo;¡ Ioque es una onda incidente y una

~tlej3d:l.

8·22. Describo;¡ lo que es u,"" Ifnea de InUIsmisiÓII f'C$()IIaRtc y una

110

resonante.

8-13. Dcfina el COf'jici... ,u... de rrj/uí&!. 8-14. Describ;¡ qut!lOO ondas cslllCionanas y qut es lo ~Iación de onda cstacionma. 8-25. Describa 1115 ondo.\ tslllCionanas q ue hay en una linea de InUIsmisión abien a. 8-26. Dcscrib;¡ h.s aondIIS ClilKionariu que hay en

URII

Ifnea de InUIsmisión en roftOC'imlilO.

8-27. Dcfina lo que C5 la imptdanda d" "n,roda en una

][nc~

de transmisión.

8-28. Dcscrib;¡ el comportamiento de una Unca de InUIsmisión que termina en un conoomlito. y e.; mU larsa que un C'U:u10 de I",",ilud de onda. lIaSa lo mismo con una Unta mis 00f13 q ue un roano de longi tud de onda. 8-29. Describo;¡ el compon:amientode una linea de transmisión que termina en circuito ahieno y Que es mU hUlla que un cuanu de longitud de onda. tlagalo mumu con una Ifnea más COf1JI que un roano de longitud de onda. 8-30. Describ;¡ ti comportamiento clÓII con un InUIsrOfll\aClor de un cuarlo de longitud de ondI&. 8-J5. Describa como se lIace la adaptlCiórl.:un [frleJl de acopllUlliento.

8-.16. De$.crib;¡ la ~flectometria en el dominio del tiempo.

PROBLEMAS 1-1 . C.lcu le: 1.. Iongiu.MIc. de onda """"' 0I10.lb cl«' ronuogn6n. Cuanto ",6) cerca ellU\ - 1.99y.W / m

z

411'~

o bien. si se: sustituyen en la ecuación 9-7 • .se obIendr.l

~~, o sea que

- 0.25

9', - 7.96 ¡¡.W/m z (0.25) .. 1.99¡¡.W/ m:

ATENUACION y ABSORCIÓN DE ONDAS El espacio libre es el ,'ocio, por 10 que 00 hay ptnJida de encrgla al propagarse una onda por ti. Sin embar¡u. cuando las ondilll se pmpagllO por el espacio vaefo • .se dispersan '1 resulta una reducción de la de:Midad de: potencia. A es¡o se le llama aftnuoriÓII. y se prtSmta Illf1tO en el espacio libre eOlllo en]u atl11Ó!l fc:ra terrestre. V. que:]1I aunósfc:r.r.terrestn: no es un ~lICfo. eomienc JlIU1ku·

las que pueden absorber energCa e\eclrOmagnWca. A este tipo de reducción de: potencia se le llama plrdida porabsom6n, y no se ~ta en ondas que: viajan rtIC ... de nucstt¡l. utmósfc:n>.

AtenuaciOn La ley del cuadrado ¡"VCDO de \.a radiación cbcribc: en fom13 matemática la rulucción di:: densi· dad de potencia con la distancia a \.a fuente. A medida que se: aleja un frente de onda de la fuente, el campo electromagnético continuo que irradia la fuente se dispersa. Esto es, las ondas se alejan cada vez mb c:nlfe sr y. en comecuc:ncia. la cantidad de onda,; por unidad de área es mc:nor. No se pic:nle o disipa nada de \.a potencia irT1ld iado., pofquc c:I frente de: onda se lllc:jA de: la ruente; ha onPropegeciOn de le. ondas elecc.romegn6deaI5

35' Mat rnl protegido p?f derechos dE>

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da sólo se e:r.tiende, o se dispersa, 5OOn:: un án::a ma)'or y di ~ minuye la densid3d de potencia. La reducción de densidad de: potencia con la distancia equivale a una pi!rtlida de potencia. '1 se suele llamar o/tnllución d~ lu rmdu, Como la atenuación se: debe a la dispersión esfl!ritl de la onda, a \'cces se le llama IJItlllmción tspaciul de: la onda, I..u atenua.ción de: la onda se: elpresa en general en función dc:l logaritmo comün de la re lación de: densidades de potencia (pI!rdida en dO), I..u definición matemática de 'Y. e~

.,

'Y u'" IO IOgj1

(9·8)

La relación de densidad de potencia debida a la ley del CUlIdrndo inverso supone que la propaga· ci6n es en el c:.spacio libre: en el vocio o casi en el vado. y se: l1anlll aten uoción de ondll. Lu 11:ducción de la densidad de potc:ocia debida a propagación en espacio no libre se llama abS01f:iótt. Absorción La atmósJe:rlI terrestre: no es un \'oclo. Más bien e.~lA formada por átOll1O$ y moll!cuhls de di versas sustancias g!l5C'OSaS. Ifquidas y sólidas. Algunos de esos materiales pueden absolber las ondas c:le:clromagnl!ticas, Cuando una onda c:leclromagnl!lica se propaga a tl'3vl!s de la atmósfel'3 te:rrestll:. se: transfiere encr¡fa de la onda JI los :ltomos y moll!culllS 1I1rtlOSffriros , La absorción de onda por la auflÓlifel1l e.~ anáJoga a una ptrdid.ll de potencia fR . Una "CL ab5ol'bfda. la C1K'fl:fa se pierde: para siem~. y causa una atenuación en las inlensidOOc:s de vohaje y campo magnético. '1 una reducción COITespondiente de densidad de potencia. La lIbsord6n de: las rndiofm:ucllCias en una atmósfera nonnal depende: de: su fm:ucncia. 'les relalh'lImente: insignifitante: a menos de unos 10 G II7~ La fig, 9·4 muestra la absorción atmosfl!rica. en decibele.~ por kilómetro. debida al oxígeno y al vapor de agua. para radiofre· cuencias mayores de 10 G H1~ Se aprecia que denas frecuencias se afectan más o menos por la absorción. y se: produttll pioo:s y valles en las curvas, La atenuoción de: ondas debida a la absorción node:pendc: de: la dismncia a la fuente de: rudillCi6n. ~¡ no más bien a la distancia total que la onda se: propaga a tl1l\'6; de la atmósfera. En otl1lS ~Iabras. para un mtdio Jwmoginffl. cuyas propic:tbl.ks son uniformes en todo él. la abson:i6n wfrida durante: el primer kilómetro de: propagación es igual que la de l ültimo kilómetro, Tambil!n. l:ls coodicionc:s atrtlOSfl!ricllS anormalc:.~. como por ejemplo J] uviQ.S intensas (} neblina densa. absorben m4s energla que una atmósfera normal. La absorción atmosfl!rica se: representa por '1 y. para una onda que se: propaga de HI a Rl' es y{Rl - R 1)' siendo 'Y el coeficiente de absorción. As f. la atenuación de onda depende: de la relación R.jRI' y la absoreión de onda de:pende: de la distancia entre R I Y RJ , En el

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FIGURA 9-4 Ab&orciOn otrrosIlIrice de IIIS ondas ele;tr w"l8(lO«icos

352

capitulo 9

Mar rF11 protegido P')r derechos de '1U ':Ir

caso más I'l:al. e5 decir. en un medio 110 h()ftl(}gi"eo. el coefidente de absort"ión varia mucho de acuerdo ron el lugar y por lo mismo origina dificiles problellUlS para 101 ingenieros de sistemas de radio. PROPIEDADES ÓPTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO

En la atmósfera terrestre. la propagación de frente5 de ondas y rayos puede diferir de l compor· tamiento en el e5p:,cio libre. debido a efectos óplicos. romo rtfracción. rtfluión. difracción e j"'nfermcia , En Un.:l teffilioologla muy coloquial. se puroc imaginar la refracciÓll como lafluión. la renexiÓll como rtbott. la difracción como dispersión y la interferencia como choques, Se dice que la n:rraceión.la rc Oe:d6n. la difracción y la interferencia son propiedades ópticas po«Iue se observaron primero en la ciencia de la óptica. que estudia el comportamiento de las ondas luminoIIIIS. Como las ondas luminosas $011 ondas ekctrornilgntticas de: alta fm:ueocill. pan:ce razonable que las propiedades óptica~ tambi4!n se apliquen a la propagación de: hu ondas de radio. Aunque se pueden analilar por completo los principios ópticos aplicando las ecuaciones de Maxwel1. lo cual es complicado por necesidad, Para la mayoría de las aplicaciones. se pueden sustit uir las ecuaciones de Maxwell por el/roZIJ g~o",lIrico de royos.

Re" acción La "fracción electromagn.:tica es el cambio de dirección de un rayo al pasar en dirección obli· cua de un medio a OU'O con distinta velocidad de propagación, La \'elocidad a la que se propaga

•

una onda electromagnética es in versamente proporcional a la densidad del medio en el que lo hace. Por consiguiente. h:ly rcfrncción siempre que una onda de radio pasa de: un medio a OU'O de distinta densidad, La fig, 9·S muestra la refrocc iÓfl de un frente de: onda en una frontenl plana entre dos medios con distintas densidades. Para este ejemplo. el medio I es menos denso que el medio 2, por lo que v, > \'l ' Se puede \'er que el ra)'OA. entra al medio más denso antes que el ra· yo 8 . As/. el rayo 8 se propaga con más rnpidez que el nlyoA., y viaja la distancia 8·8'duran· te el mismo tiempo que el rayo A. recorre la distancio A·A. ~ Por consiguiente, el frente de onda A. '»' se ¡"cUtW o se dobla hacill llbajo, Como un rayo se define como perpendicular al frente de onda en todos los pumas de: éste. los rayos de la fig, 9·S cambiaron de dirección en la inleñase entre los dos mediOli. Siempre que un rayo pasa de un medio menos denso a 1.1110 más denso. se dobla hllCia la "(In"a/. La nonnaJ no es más que una linea il1lllginaria, trazada perpendicular a la interfase en el punto de incidencia, Al rc,'4!s. siempre que un royo pasa de un medio mú

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La relación de las densidades de potencia renejada a incidente es r. La pane de la po.. teneia incidente total que no es re nejada se llama rotfirielllt de /ral/Sm;S;ól1 de po/tnda. T. o simplemente el coejiciellle de lrunsm;siQI1. Pan! un oondoctOl" perfecto. T ::: O. La ley de la C"O/1sen'(.lci&! de Itl el1trg(tl establece que, para una superficie rencctora perfecta. la potencia total re nejllda debe ser igual a la potencia total incidente y, en cons« ueneia. (9- 13) Para los condoctores imperfectos. IantO Inl como T son fuociones del dngulo de incidencia. la polarización de l campo eléctrico y las COnStantes didtttricas de los dos materiales. Si el medio 2 no es conductor perfecto. algunas de las ondas iocidcntes penetron cn él y ~ absorbcn. L:ls ondas absorbidas cstablecen corrientes a trav6; de la resistenc ia del material. y la encrgra se conviene en calor. La rrolCción de la potencia que penet,... al medio 2 se llama ~ficit/Jlt dt Ilb-

sord&!. Cuando la superficie re ncclorJ no es plana, sioo eun·a. la curvatura de la onda renejada es distinUl de la de la onda incidente. Cuando el fren te de la onda ineÍlknte es curvo. y la superficie re ncctOfa es plana. la curvatura del frente de la onda renejada es igual a la de l frente de la onda incidente. También se produce rencx ión ':':llando la superfi.:.:ie rencctor.. es ¡r"Sular o rupU(I; sin embargo, esa superficie puede destru ir la forma del frente de onda. Cuando un fren te de ooda incitknte chota con una superficie im.:gular. se dispel"Sll al 117$ en muchas di~iones. A esa oondiciOO se le llama "flexiÓfl difusa, mientros que a la reflexión de una ~upeñlcie perfcctamcn· te lisa se llama rtjIUiótl espullltlr(oomo de espejo). Las superficies que caen entre lisas e jm.:gulares se llaman sll/1Crfides St'miásperas. Esas superficies causan una me1.cla de re nCltión difusa y especulllT. Una 5upeñ ICie scmiásperu no destruye en su lOulidad lo foml3 de l freme de: onda rene; • . Sin embargo. hay una redUl'eiÓII de la potencia lotal. El crilerio de Rayltigh establece que una superficie semiáspero n:neja como si fuern uno superficie lis.a siempre que el coseno dcl ángulo de incidencia sea mayor que )V8d. donde d es la profundidad de la ;m.:gularidad de: la superficie, y ). es la longitud de la onda incic.knte. La reflexión en una superficie semiásse ilust/"ll en la fo l. 9·8. La ecuación de l criterio de Ray leigh e~

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(9- 14)

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rooRA 9-13 Propagación de ondas terrestres

la superficie: I~. que hattn circular comentes mu)' parecillas a las de una lflM:u de tr.uwni· 5i60. La superfICie lentSlre tambi~n tiene pénlidas por ~~slellCi3 y por diclfctrico. Por corui· guienle:. las oodas terrestres se atenúan a medida qllC' se propagan. Se propagllfl mejor sobre UIUI supcñlCic buena coOOUC101'l1. como porejemplo. agua salada. y se propagan mal sobre superficies desérticas. Las pénlida.~ en las ondM lc:rTrS;tres aUlTlentan rupid:unentc:ú aumentar la fruuc:ocia. Por consiguient .... MI propa¡aci6n!iC limilll en generala fn:cuc:ncias mc:1lOrd que 2 MHL La rig. 9 - 13 representa l~ p"""glK:i6n de IIIlI onU:u IcrfeMrc:s. La IIlmó"fcru terrestre ,iene

un gmditntt! de dtnsidad, es decir, la densidad disminuye en forma gradual conforme aumenta la disWlCill1l la superficie de la Tierra: esto hace quc: el frente de onda se inc line en rorma progresiva hacia adelante. Asr. la onda ll'Il\'S~ se propaga en torno a la TIerra y queda cerea de su superficie; si se trlInsmite la potencia suficiente. el frente de ooda se podria propagar más all6 del hori7,onte, o haslII por toda la cireunferencia de la TIerra. Sin embargo. se debe tener cuidado al seleccionar la frecuencia y el terreno :;obre el que se va a propagar I~ onda te rrestre. pa. ra asegurarse de que no se incline demasiado y se '·caiga". de plano sobre el sucio. cesando de propagarse. La propagación por oodas terrestres se USIl normalmente en comunicocioncs entre bateos y de barco a tiem, para la mdiona~·egoción y parn comunicocioocs maritirnas móvilcs. La5 ondus terrestre.s tienen fm;uencias tan bajas conto 15 kH1.. Las desventajas de la propagoción de ondas terrestres.son las siguientes: 1. Requieren una potencia de II1In5misiÓll relativamente alta. 2. Se Iimilan Dfm;uencias muy bajas. bajas e intemledias (VLF. LF y MF) Y rnjuieren gnmdes antenas. La r,¡zÓll de esto se explica en el capítulo 11 . 3. Las pérdidas en el terreno variao mucho di: acuerdo con el lTuuenal superficial y su

oomposición. Las venuajas de la propagaciÓll de OIlda.~ terrestres son las siguiente.s: l . Con la potencia suficiente de lrunsmisión. se pueden u~ IIIS ondas terrestres para comunicarse entre dos lugares cualesquiern en el mundo. 2. Las ondas tcm:Slres se afectan poco por las oondiciones ~'anllble5 de la atmósfera.

360

Capitulo 9

Mat rl'3.1 protegido p?f derechos da 'lul')r

Ant.n. de u • ....."I.IÓ .. 0.9999 de contiabilidad ) I - R .. objetivo de contiabilidad para una rota de 400 km e n un sentido A = factor de rogosidad .. 4 sobre agua o SQbre un ~rreno muy liso .. I sobre un terreno promedio = 0.25 sobre un terreno muy ispero y montañoso B .. factor para con~'ertif la peor probabi lidad mensual en una probabil idad anual .. I para pasar una disponibilidad anual a la peor base mensual = 0.5 para 4teas calientes y hlJmedas .. 0.25 para 4teas tontincmales promedio SI 0.125 para áreas muy secas () TI"IOI1taJ\osas

Ejemplo 9-3 C.all:1.l1ar el ffilllllc:n de: dc:lIvanc:o;inlil'nlO panI hu l iguientc:lll'ond iciona: distancIa l'ntre sitios D - 40 km ; frealendaf - 1.8 GHz: ~rreno liso; clima húmedo y objeti vo de oonfiabiJidad 99.99%. SoluciOn Se JUstitu)"en valores en la ecuación 9·21, pilnl obtl'lIC'f

F", - 30 lag 40 + 101011[(6)(4)(0.5)(1.1111 - 1010l!(1 - 0.9999) - 70 .. 411.06 + 13.34 - (- 40) - 70 - JI.4 dR

PREGUNTAS 9-1. Describa un rayo elcctromag~lico y un frente de onda. 9-2. OesclibJI 10 que es deruidad de potencia e intcn$i,jad de ,·ohajot. 9·J. Describa un frente de onda esfl'rioo. 9-4. EJ.plique la ky del cuadrado inverso. 9·5. Describa la atenuación de ondas. 9-6. Describa la absorción de ondas. 9·7. Oe$criba la refracción; o:.tplique la ky de SIICIl de la refr.ICCi6n. 9-8. Describa la rellc:xión. 9·9. Oe$criba la difl1lCción . Explique el principio de Huygen, . 9-10. Duuiba l. com~ici6n de un buen rellcctor. 9-1 1. DcsI;riba las condiciones atmo!ifáicas que causan la refracción elcctromag~kl.. 9-12. Defina l. interfuc/lCilJ de lJfI(Üu eln:m}fDllgnlricas. 9-13. Dc.icriba la JIfOP&&Kión de 0IIdJL0¡ 'erres~ Haga ul\:l1ist:l de .1.11 ventaju y sus dcsvcm.aj iU.

368

Capitulo 9 Mat rnl protegido p?f derechos da "lul')r

9-14. Describa la propagllción de las ondali espaciales. '·15. Explique por qué el horizonte de radio c:suI • mayor distancia que: el hori zonte: óp(ico. '-16. Dc:sc:riba las divtni.,¡ón, fij; ,

to. l . , La u"". de InU1sno¡~idn t"m,;n. en un

circuilo abierto, que representa una discontinuidad abrupta para la onda incidente de \'oltaje 'Y tiene la forma de una invc:Dión de: fa.

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FIGURA 10-3 CoordenadBS esféricas

densidod de potencia (10 ¡.¡.W/rn l ). Los gradienTes circulares indican la distancia en incremen· tos de 2 km. Se puede: ver que la radiac ión mbima fOl'ma 90" con l. referencia. La densidad de potencia a 10 km de la antena. en una dirección lit 90° es 1011 W/rn 1 , En una dirección a 45°, el punto de igual densidad de potencia esu! a S km de]a anlellU: D 181)0. ~Io a 4 km, y en dirección de -90", esencialmenTe no hay radiación. En la lig. l().4a, el haz primario esTá en la dirección de 90". Y se ll ama 161m/o rMyo r o princifHI/. Puede haber más de un lóbulo mayor. También hay un haz suutulorio. 1'1 lóbulo m~· nor en dirección de - 180°, En el caso normal, los lóbulos menores represe ntan mdiación 1'1 rc:cepción no dcseadll . COl1lO cllóbu ln olayor se propaga y recibe la mayor cantidad de energ[a,

ese lóbulo se llama 16bulofronwl (tI frente de la anTena). Los lóbulos adyacentes al frontal se: llaman lóbu los fuumlt!S (el lóbu lo mcl'lOl'" de 180 0 es un lóbu lo laternl) y los lóbul os cuya di rección es exactamentc opuesta al lóbu lo frontal son lóbulos /rastros (en e stc diagrama no hay lóbulo trnsc:ro). 1II relación de lo. potencia de lóbulo fruntala la de lóbu lo InlSI.'ro so: llanta simp lcmente ejicietICia llirt:ecit)(wl. y la rel ación de lóbulo frontal a un lóbulo Inter:t l se Ihtma rrlacidnfromal a la/tri/l. 1II1faea que bisec ta al lóbulo nlll)'or. o que apuma desde el centro de la antena con dirección de r,¡diación rruixi ma se ll ama Unta de l iro, o a "C'Ces pitillO dt ,iro. La fig. lQ-4h mu~lr.t UIUl gnifica de mdill.ción rtlllt iva paro unll antena no eSpe

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~.micnlodc dim:tOI 0 . ] $", - ef.pIoCiamknlO :lUla direccional es independience de la fonna exllC1a.

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FIGURA 1 0-27 Impedancia de entrada lDg-tJei iOo.1jc ri en funciOn de la

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FIGURA 1tJ.28 Anten8 de ClI9dro

397

Antenas y gulas ds onda

Mar rF11 protegido p-?r

der~hos

dE' ':Il

En general. las espiras son cil1:ulares: sin embargo. sil"'e cualquier forma . La distribución de la radiac ión para una amena de cuadro es igual. en esencia. que la de un dipolo horizol1lal cono. La resistencia de radiación parn una espira pcqueila es ( 10-20)

cn la que A es el área de la espira. Para aplicaciones en muy baja frrcueoc ia. las espiras se hacen a menudo con mis de una vuelta de alambre. La resistencia de radiac ión de: un cuadro de varias vueltas no t5 más que la de un a sola "uella multiplieada por la eal1tidad de vueltas elevada al cuadrado. La polari:r.ación de una antena de cuadro. como la de un dipolo elemental, es lineal. Sin emba'B0. unD espira ,'enical esUl polaril.l1da ,'enicallTl(Cnte y una horilontal. polarilIIda horizontalmen te. Los cuadros pequei\os polarizados "enicalmente se usan mucho como antcnas goniollll!trieas. La dirección de la señal rrci bida se puede dcterminarOr'Íentando la espira hasta en..

longitud de: onda en la gufa (metros por ddo) )... - longi tud de onda en el espacio libre (mc:tr05 por cido) f ., frecuenda de operndÓfl (hc:m) f~ - frecuencia de cone (hcnz) s

411 Mat nal protegido por derer.hos df' :]l t"

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FIGURA m . 39 Parsp- !ji!! del CO't8 de un !pe de 0I1I:1BlI rectonguIar

1--1·- - · - -.-1

Al combinar las ecuaciones 10-) 1 y 10-32 Yreordenar se obtiene c(). .. ) ,

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(10-)4)

En esta ecuación es c:vidente que si/SiC hoce mcOOf qucf,., la \'elocidad de fase se vuelve imaginaria, lo que significa que la onda 110 se propaga. También. se puede ver que al lender la frecuencia de opcroción 11 la frecuencia de corte, la velocidad de fase y la vc:1ocidad en la gula se vuelven

infinjtas, y que la \'elocidud de grupo tiende a cero . u lig. 10-39 muestrJ el corte Inlnn"c:r.;al de una pane de una gula de onw rectangular. con dimensiones // y b (se acoslumbn rc:presen tar tOO a a la mayor de las dos dimensiones). La

dimensión a detcnnina la frecuencia de corte de la gUia de ondas, de acuerdo con la siguiente: n:llIICión (I().)S)

en la que

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.. frecuencia de cone (henz)

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(e) Con las mi5nllls ccuIICioncs se obtiene

20 )/>W .. _ 17 dBm ImW 20 )/>W dll¡.o. - lO Iog W - 13 dR ....

dBm .. 10108

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FUENTES ÓP11GAS

En escncia 5610 hay do:; dispositi\'05 que se usan U)II fn:cucocia paro generar luz ~n sistemas de comuniC3Ciooes con fibm óptica: diodos emisores de IUl (LEO) y diodos de láser de iny~ct"iÓl1 (ILO. de in~ctiOlllaSt'r diode). Ambos disposi!i\'os se fabrican U)II materiales semiconduclOfe5. y tienen sus v~ntajas y desv~ntajas. Los LEO normales ti~ncn anchos espectrales de 30 a 50 nm. mientras que 1m láseres de inyección 5610 tienen anchos espectrales de I a 3 nm (1 nm cotreSponde a una frecuencia apro.limada de 178 GHz). f'orU)llsiguiente. una fuente luminosa de 1320 nrncoo rmcoo de 1ll)"IOl c:spcctnU de 0.00S6 nm ticnc una amplitud de banda de fn:cucncillS ilJlIU.limada de I GHz. El ancho de raya es el equiV1lJente. ~n longitudes de ontb. del ancho de banda. La pr~fen:nc iD hacia un disposili\'o ~misor de lul. n:specto a Otro se dc:t~mlina con los requ isitos económic:os y de funcionamiento del sistema. El mayor L"0510 de los diodos de lilscr se compensa con UIIU mayor c:ficiencia. mientras que los diodos ~mison:s de: lul.. oonnalmente. ti~ncn m~nor CQSto y mc:nor dicknc ia. Diodos emisores de luz Un diodo tmuo' dt lu;:. (LEO, por lighl-ttnilljng djode) es un ¡/it1(IQ ¡/t unión p·n. fabricado casi siempre con un malerial semicondoctor comoel arseniuro de aluminio y galio (AIGaAs) oel arseniuro fosfuro de galio (GaAsP). Los LEO ~m ilen IUl por emisión espontánea: la luz se ~mile como te$ultado de la rt:COmbinación de electrones con huec:os. Cuando tic:nen polari:t.ac:i6n directa. los pot1adores minoritarios se in)'~ctan a ITa\'& de la unión p·n. Una \'el atravesada. la unión. ~sos ponadorcs minoritmos se n:combinan oon ponadon:s mayoritarios y dcsp«'ndcn energra en forma de JUl... Este proce.w ~s ~senciaJmc:mc: el mismo que ~n un diodo scmiconduc-

452 •

capitula 11

Mat rnl protegido p?f derechos da "lut')r

TABlA 1104$ Longitlodes de ontia 1M odOJcidas con mat8ÑIIes se

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AKhloP

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670

GaAIA. os sistemas. que incluyen tocn; tU de rnodu lll(:ió n tanlo analógica como digi tal. y la Irnnsmisi6n de sc~all!S tanto ana lógicas como d igitalC$.

RADIO DIGITAl L:I propiedad que distingue: un s islcma de radio digil:ll (o s istema digi!:!.! de radio) de un sistema OOI1veneional de: radio AM, FM o PM es la nmurulc7;l de la sella] modulOOorn. Los sistemas digi tales 'J analógicos de radio usan. ambos. ponadorns: sin embargo. en la modulación anal6gi¡;a la sellal moduladora es analógica. )' en la modulación digital la sei\1l.1 moduladoru es digila l. Sin embargo, téngase: en c:uc:mu que: mllto en la modulociÓfl analógica como en la digital. la fuente: de infOl11lllCión origilwl podrfa haba sioo analógica o digital. La fig. 12-3 muestra un diagra!llll de bloques s implifi¡;:ado de: un sis tema digital de r.ldio. En c:I U'lUlsmiSOl'". el prewdifiC"adof ha¡;:e la OOtwersi6n de nivel . y JI cootinuxi6n wdiri¡;:u. o agrupa. los datos que llegan en una palabra de control que modula a la portodoro :malÓgica. La panadora modu lada se conforma (se filtra). se amplifica y a ¡;:ontin u:K:ión se. transmite por c:I medio de trnnsmisión hasta el receptor. En el receptor. la señal de entrada se filtra. amplifica y se aplica a con tinuación al circuito dcsmoo uhuJor. qur' reproduce la in fonnación!k la fuc nte original. Los circuitos de reloj y de recuperación de ponadorJ eliminan la información de la ponadora y del re loj de sil"lC"ronil.!lciÓn de la scilul moou lada que entra.

MDDULACIÓN DIGITAL DE AMPUTUD La tk niea de lIlodulación digillll más senc illa es la "wJuluci6n lligiml ,/r f!mplillld. que no es mib que modulación de umplitud con por111oorol ¡;:omplct41 ydoble banda Imeral. La ecuació n que describe la modulaciÓn digi tul de amplitud mediante una señal bi naria C$

",u,m en la que

470

[t

+ ,..•,(t){~cOS(W,J)]

( 12·2)

v_O )::: voltaje de la onda de ampli tud modulada lJ2 - amplitud de ta por1adora no modulada (volts) v"(t) ::: señal binaria moduladora (~'ollS) W r .. frecuencia de la ponadorn enradiancs ( r-oIdialles por segundo)

Capitulo 12

Mar rF11 prOlegido p-?r derechos de '1U ')r

I, I (.)

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•

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FIGURA 12-4

ModuledO,

~ pi

do

(e) .. ooeda bin8ria; lb] fa¡ ",a ele onda de ",'ida (1)( ~:

~)

En la ecuación 12-2. la ~¡¡al moduladora [1'...(1)1 es una forma de onda binaria normalluda. en ta que + I V .. I lógico. y - 1 V '"' O lógico. Por consiguiente, par:!. una enll'1lda de I lógico. "...(') - + l. Y la ecuación 12-2 Ii(: reduce a \'_(1) '" [ 1 +

IJ[~COS(W,J)]

= A cos(w,J)

'J par:1 una enlrada de O lógico. ~...(I) - - l . 'J la ecuación 12· 2 se: redocC' a

{~cos(W,J)]

II"",(/) '" fl - 1

- O para ¡cm, de modulllción, .,_ (t) cs A cos(...,.t) nO. PorconsiguiallC'.la portadoraest4 "encendida" o "lIpagada". y es la causo de que a la modulación di g"a] de amplitud se le socIa llamar moduh.r:ión por manipulución ~1,c~¡do-tlfHJgado. o lodo Q nndo (OOK. de: on-offkC'yiflg). A \'Co ces, a la modulación por moduh.ción de amplitud se le llama de onda com/mM (CW. de rom/A sf,

n/mus wal't ) PQIlIlJe cuando se IJ'allSmile la porutdon. (es deci r. 0;14 encend ida). lirne IlI11plilud

constante, frecuencia conslimle y fllSC constante. La fig. 12-4 rnLlC,!;U'Q la.s formas de onda de entrada y salida paro un lruns misor digital con modul ación de amplitud_ Una fonna de onda OO K se puede desmodular en forma rohc:rente o inroherente con poca diferencia en funcionamiento_ El uso de poctadoras anal6gieas de amplitud modulllda pan transportar infonnaciÓII digital es un tipo de radio digital de relatiyamente baja calidad y hiljo costo y. cn consecuencia. rura \-ez se usa en sistemas de oomunkacioncs de gran capacidad y WIlI eficiencia_

MANIPULACION POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA La matrípwlar:-i6f1 por du plllwmir:rr'o 11r: frtcur:rrcja (fS K. de frr:q ur:nC)'-!lhift kr:)';ng) e s otro tipo relativamente sendllo y dc baja efidcncia de modulación digital. La FSK binaria es una forma de modulación de 4ngu lo. de amplitud constante. parecido a In modulación conycncional de frecuencia (FM). pero la sel\almoduJadun¡ es UJlU lOe'iml binaria que: ylll1'a entre d O$ yaJOreJ di$cretos de voltaje, y no es una forma de onda anal6giea que cambie contin uamente. La ecuación general de la FSK binaria es If.l{t) - V~ CQ$ 121flf..

en donde

Comunicaciones digitales

+ 1'..(t)Mt)

(1 2-3)

y¡.¡W" fonna de onda binaria FSK V.. .. amplitud de la por1:adon (voIl5) f~ - frecuencia cenual de la port¡¡dora (hcrtt) t!f - ~YiaciÓII máJ¡;inla de frecuencia (her1z) v.(t) - sdal modulOOora de entrada binaria (= 1)

471 Mal rF11 protegido po?r der~hos

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S.I Kla

Enullda biNO,;' NA:

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FIGURA 12-7 Desvi8Cióo de frecuencia en FSK

•

FIGURA 12..a f5I(

Cons ideraciones de FSK res pecto del ancho de ba nda La salida de un modulador FSK se relaciona con la enlr.tda binaria en la forma que se \'C en la fig. 12·7, donde un O lógico COITe$ponde a la frecucnciu de espacio!.. un I lógico corresponde a la frecuencia de marca! ... Yf~es la frecucrlCia de ponDdooi. La desviación mbima de frecuencia se dclCTTl1ina con

'f ~ V. -f.1

( 12-5)

2

en la que

ti .. desviación máxima de frecuencia (hertz)

1... -

frecuencia de marca (henzl

!. .. frecuencia de espacio (hem:)

Se puede \'er en la lig. 12-7 con siste en dos ondas seooidales pulsadas. de frecuencial.. y f.. Las oodlU 5eooidales pulooas tienen C'S~tros de frecuencia que son funciones " 'TI ÚX. Por consiguiente. se puede represe nl llf el espectro de salida de una señal FSK como se \'Cen la fig. 12-8. Suponiendo que los má:tr.imos del espectro de potencia contierK:n la mayor pan!: de la enagla, el ancho de banda mrnimo par.! pasar un:! seflal FS K se puede aproximar como sigue

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FIGURA 12-24 Maoip.JlBCión lF5K compenllllda UX....5I1,.1

.. 0.165 scn{w,.l - IlSO) Pan. los cóclip resuntes de: tribil$ (001, O10, 0 11. 100, 101 , 110 Y 11\ J. el procedimiento es el mismo. ~ rc:wltados se ven en la fill . 12·33.

La fig. 12·)4 muestra la re lación de fase de salida en funciÓII del tiempo para un modu-

lador 8-QAM . NÓlese que hay dos amplitudes de salida. y sólo son posibles cuatto fases. Considtradonts dt aMbo de banda ton s..QAM. &1 el 8-QAM. la rapKiez de bits en 1m canales J y Q es la tercera panc de la rapidez de entrada binaria, igual que en 8·PSK. En con· secuencia, la nWima frecucncia moduladora fundamental, y la mÁXima rapickz de cambio de salida necesaria pan8-QA M es/J]. igual que pan 8-PS K.

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Comunicaciones digitales

499

Mat rnl protegido p?f derechos dE>

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FIGlIRt. 12-34 Fase y amplitud de salido en lunciOn del tiempo, para S.QAM

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Modul.do. bl1Inc._ 1

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OKiltdor de portldO (un d clo el el cana! l. 1', Q (1 Q ' lanJa igual que ocho bit!l de c:nIBda). Tltmbi~n, ¡. máxima fretuencio fundamental de cualq uier señal PAM es igual a la attava parte de la rapidez de entrada de bits. Con un modulador I6-QAM. hay un cambio en 1. sellal de s.alida. sea en su fase , 5Uamo plitud o en ambas cosas, par.! tada euatro bil5 de datos de entrada. Por lo anterior. los baudios son igualct a/';4. igual que el antho mínimo de banda. Tamb¡~n en este easo, los modull\dore$ balanceados son moduladores de produtto. y se pueden representar sus salidas con la siguiente ecuación salida ... ( X !len w.,I)(scn "",.J) Comunicaciones digitales

(12· 15)

501 Mat rnl protegido p?f derechos dE>

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. 0 110 0111 .

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'" FIGURA 12-37

. 1010 1011 .

MocIul8dor 1 &OAM: (al tabla dti wnI8d; Ibl dU:tgrama fa&Oriol; (el di&-

consteIaci6n

en donde

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x-

y Así.

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j.), :: Xcos 2 (1. + l.), 82

El especlro de rrecuencias de salida se exlienóc dc:sdcf r mo de banda.f..... es

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12-U. mplique la rdadÓII cmn:: bits por segur.uo 'J baudiO$ paro un sistema QPSK. 12-14. E~pliquc- la importllOCia de los CIIllales I 'J Q en un mooulador QPS K. 12-15. Ddina q~ es ¡libil. 12· 16. ~plique la relar:ión emre el :mr;ho m[nimo!lc banda n-qutrido pan un sisttma QPSK 'J la 1':1.pidet: de bitl>. 12· 17. ¿QUI! es un de$modulDdor ooherentc? 12_11'- ¿Qut "entaja liene OQPSK sobre la QPSK OOIlvendonal1 ¿Cuál es la deS\'enloja de l. manipulación OQPS K? 12-111. EJpliquc-la relación entre bits por Kgundo 'J baudios, para un sislema 8·PSI{. 12-20, Defina q~ es un lribil, 12-21. E.lpliqUl: la relación entre el ancho mfnimo de banda neces.ario para un siMema 8-I'SK 'J la r.lpidel. de: bi ts, 12-22. EJ.pliqUl: la relación tn\Te bits por ¡¡cgundo '1 baudiO$ pan un si~te ma I6- PSK. 12· 23. Defina qu~ es un rruuJribir. 12-24. Defina la QAM. 12-15. fu plique la relllCión entre el ancho mínimo de banda nc:cesano pam un sistema lh·QAM '1 la mpide;r. dc bits. 12-26. ¿Cuál es la diferencia entre PS K '1 QAM ? 12· 27. Defina la eficiencia de ancho de banda. 12· 2Il. ])efina q~ es m:uptroddn de porradoro. 12.29. fupl ique las diferencias entre I'SK absoluto y PSK difere:ocial. 11.JO. i.Cui l u el objetivo de un circui to rec:u pcrador de reloj? ¿CuAndo ,;e u"-1l1 12.31 . ¡,Cuál es la diferencia enlre: probabilidad de error 'J la frc:cuc-ncia de errores de bits?

PROBLEMAS 12-1 . Calcule el ancho de banda 'J los baudiO$ para una ¡¡ci\al FS K con fn:cucncia de marca 32 klb.• frec:uenda de espacio U H It: 'J rapide:t: de: bits de 4 !.:bp5. 12·2. Dctrnnine La máxim:l rapid« de: bits parII una 5Cllal FS K C(JI1 48 !.:H1. de frcx-ucncia de marca • .52 tll t de frto;ucncia de e~pa.o::io '1 10 kll1. de IlIICIIo de: b:mda disponi ble. 12·3. Calcule el ancho de banda '1 10$ baudio~ lWll una sellal FSK con 99 !.: Ib de fn::cuencia de marca, 10 1 UI 1. de frteucncia de espacio 'J rapidez de bil5 de 10 kbps. 11-4. Calcule la mb.ima tapidet de bil$ pano una sellal FS K con 102 kH t de fTttUcflCia de mar-ca. I ~ kll1. de frto;uencill de espa.o::io y 8 klb. dc ancho de banda disponible. 12·5. DeIem1il'lC el anchodc banda mlnimo 'J los baudios para un modu lador BPSK \:01140 MHz de frecue nda de portadoru y.soo kbps de rapidel. de entrada de bits. Halla un esqucma del espec· tro de salida. 12-6. P:mI cl modulador QPSK de la fig. 12-19. eambie la red de deplazamiento de fase de +90" a una de - 90" Y tr.lCe el nuem diagrama de L-onsteladÓn. 12· 7. Paro el dcsmodulador QI'SK de la fig. 12-23. detennine los Ili,s 1 y Q paro una s-elial de: entJlIdl¡ sen ..." - COS "',1. 12-8. Cakulc el ancho mlni rno de lwKla bi latc:r~1 de Nyquist. F"" 'J 10$ baudiO$, par. un modu lador S·PS K con 20 Mbps de ropideldc enU111b de bits-l¡,. 'J lOO MHz de frecuencia de ponadonr.. Trace un esquema del espectro de s:tlida. 12.9. En el modulador 8-PSK de la fig . 12·25. cambie el oscilador de refere:ncia a ros ..." 'J trace el nuevo diagrarna de eomtelac ión. 12·10. Para un modulador 16·QAM ron 2Q Mbp$ de: ropide7. de entrada de bits f/~) 'J 100 MIIl. de frecuencia de por1ador.1. delM11linc el ancho mlnimo de banda bila1Cnl1 de NyquiSl. [N' '1 10$ baudios. Trace un esquema 0 00>0 00'"

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lógicas que c(¡" esponden a la difere ncia de rcnet:tividad de las barras impresas y los espacios en blanco. Pnra leer la infoonación tan sólo se recorre la baml impresa con un movimiento uniforme . Un fel mismo canicter dos veces seguidas. se ha prese ntado un crror de transmisiÓn. Se puede usar el mismo concepto plUlllos mensajes. Si no se recibe la misma sucesión de ca· racteres dos veccs s.eguidas. exactamente en el mismQorden, ha sucedido un em>r de tmns· misión. Ecoplu . Es un esquema relativamente sencillo de detección de elloteS, que se usa en r()f'ffi l casi elldusivl en sistemas de comunicación dc datos cn los que operadores humanos capturan datos en forma manual con un teclado. Par.a el ecopltll se requiere operación dúplex, Comunicaci6n de datos

535 Mat rnl protegido p?' derechos dE>

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da paridad: (8)" . io: [b) 1*"01:'0. 1 • paridad

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2. paridad par

cooSCCtJen:ciil, si sólo se cuenta la cantidad de unos rttibida cn cada carácta-!OC p ....1c determinar ~i ha ocurrido un erTOl'". Paridad. Es probable que la paridad sea el esq uema mis sencillo de detección de errores que se usa en sistemas de comuni¡;adón de datos. y se usa junto ¡;on comprobación de rcdundanda. tanto vertical como 1'Iori1.Onlll.1. En la paridad se a/lade un solo bit (llamado bit dr paridad) a cada caricter. (lIlr.l obligar a que la cantidad tOCal de unos en e[ cunklCf. incluyendo el bit de paridad. se;¡¡ un núrnciO impar (paridad impar) o bien un número par (paridad par). Por ejemplo. el código ASc n de la ktr.l e es hexadecimal 43. o P IOOOOI I binario. y la P representa al bit de paridad. Si se usa paridad impar. el bit P se iguala a O. para mantener la ¡;antidad t01:l1 de unos en 3. que c:1 un número impar. Si se usa paridad par. el bi t P se iguaJa a l . y la cantidad total de unos es 4. un número par. Si se examina con más detalle la paridad. se veni que el bit de paridad es indcpc:ndiente de la cantidad de ceros en el código. y 00 lo afectan los pares de UIlOS. Para la IeIIll C. si se quitaran Iodo$los bits O. el código es PI 11. Para la paridad impar. el bit P ligue siendo un O. y para la paridad par sigue sicndo l . Si se uc1uyen tambi~ pares de UIlOS. el código puede l. o P 1- . De nuevo. para la paridad impar el bit P es un Oy para ser P I .P la paridad impar el bit P es un l . La ddinición de paridad es equim/mcia o igualdad. Una compuerta lógica que detcnnine cuándo todas Su.\ entradas son iguares es la XOR (operuciÓfl lógica -o incluyente. equis 0-). Con una compucna XOR. si todas las entradas son iguales (todas Oo todas 1).la salida es O. Si no son iguales todas 111.1; entradas. la salida es 1. La fig. 13·5 mU:C!i1Ill dcK circuitos que se usan mucho pllI"II genelll/" un bit de paridad. En esenclll. ambos circuitos pasan por un proceiO de ¡;ompamci6n que elimina los ceros y pares de unos. El circuito de la lig. 13·5a usa comparación .r«uenciaf (.rujaf f) en .rerid. mientl1\S que el de la fill. IJ·Sb usa comparación compuu/a (pt¡. roftla). En la paridad secucncial. el generador bu se compam XOR con b 1 , el resultado se como par1I XOR con b1 • y IISf sucesivamente. El resullDdo de Ip última operación XOR se compara con un bit de po/ariwci6n. Si se tk'iC3 paridad par. el bit de polari1.aciÓfl se iguala con O lógico. Si 1M: desea paridad impar. el bit de polarización se: hace I lógico. La salida del circuito es el bit de paridad. que se agrega a los ClI/'aCteres codificados. En el geocrndor de bit de paridad. las como panciones se hllCen en capas o nivele!. Los pares de bits (bu y b j , b: y b;¡, ctc.• se comparan

Comunicación do datos

537 Mat rnl protegido p?f derechos dE>

"11 t ....r

XOR. Los resultados de las com puenas XOR de primer nivel se comparan XQ R entre sí. El proceso conti núa hasta que queda sólo un bit. que se compara XO R con el bit de polaril.ación. Nuevamente. si se deica paridad par. el bit de polanzoción se h3ce O lógico. y si se desea paridad impar. el bit de polari:wción se hace igual a I lógit'Q. Los circuitos de la fi g. 13-5 Inmbi ~ n se pueden usar en el comprobador de paridad dc:l receptor. Un comprobador de paridad usa el mi§mo procedimiento que un generndor de paridad, pero hl CQf1dición lógica de la compamción final es la que se usa si ha sucedido unD. violación de la paridad; por ejemplo. en la paridad impar un I indica error 'J un Oindica sin error. en la paridad par un I indica error y un O indica sin error. La \'entaja priocipal de la paridad es su seoc illel.. La dc:s\'cmajo es que cuando se reciben ,'arios bits equivocados. podrfa no detectarlos el comprobador de paridad; es Ikcir. si cnmbian las condici0ne5lógicas de dos bits, la paridad queda igual. En oonsecucocia.la paridad. dentro de un

tiempo prolongado, sólo detecumi tl 50% de los CIIoteS de U'OUIsmisión: para eslO se supone que hay prob

+ ...'1 + x' + Jl

siendo.! - 1. La cantidad de bits en el código eRe es igual al máximo exponente del polinomio gene.

rador. Los exponentes identifican las posiciones de bit que contienen un l. En consecuencia. b,6b u. b, Y bu SQn unos. y Ia.~ dcmlis posiciollCs de bit son cero. La fig. 13·6 mucstr:l el diagrnma de bloques de un circuilo para gencrnr una BeS de CRC-¡6. para la norma CCITI V.41 . NÓlese que para cad3 posición de bit dd polinomio g~nc­ rndor. donde hay un l. se pone una compuerlD XOR. excepto para.!. E¡emplo 1 3-2 Detmnlnar la BeS patlIlos ,iguicotes datos y polinomiOl gc:nel1Klores e Re dalosG(sI-.rl+x'+x~+r+x'+X'

e Re /'(,() -

010 11011.

x' + x' + x' +1' or 110011

SoluciOn Primero.w: mul1iplica G(x) por la C80tidad de bits en el código

r(.r.' +r + x~ +¿ + x' +?)

- x'~

eRe. que es j.

+ x,Q+x· +x' +i' +x"

'" 10 1] O11100000 A continlUlCiÓII el rcsultlldo!le d¡~¡tlc entre 1"(.1").

La eRe !le Di"'I' •

540

11010111 110011 I 1 011011100000 110011 111101 110011 111 010 11 0011 100100 110011 101110 110011 111010 110011 01001 • C RC los datos par.l producir la siguiente C(IfI'icnte de datos tr.msmitKlos G(x) CRC 101101" 01001

capitulo 13

Mat nal protegido por derechos dfI aL'!')r

En el receplOf, los datos transmitidos se vuelven a dividir entre P(~). "0011 110011 111101 11 00 11 111010 110011 10 0110 11 001 1 101010 11 0011 ,'00,1 11 00 11 000000

Residuo - O No hubo elTOl"

Co•• ecc¡On de errores En esencia. hay tres mtlodos par1!I comgir e.......-es: 5uslitudón de símbolo, reUlillsmisión y rorrecdÓfl de error en avance. Sustitución de símbolo. La slUtilució" de simb% se diseñó para usarse en ambien· tes humanos, cuando hay un ser humano en la terminal de recepciÓn, que analice los datos recibidos y tome de.

C_ Vdocidad múina con ""dladotto. de ruIrctor abitno Veklcidld mbinaron udUlf.klres t~.oo

"

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Cl~ta,

N tcrml.we.

2"~.

IMBI'!

TABLA 13-12 OjsposiriYos EEE 468 Oidn ~n el """'" de: 1nC".... S6Io punk haber UII ronlrultolU al mi>mo titmpo. Mandil datOS por el bus • lorI ~Iw. Sólo puede haber un usuario ala , '(l.. Reciben dalos del uJUario. l'\w:den haber muc;OOs ncuo:has. Todos los diS(ltfll;ia) en relación c;an 1()).I lb

.

AcondicioaanIlcnlo

"" ..., BiJito

e,

Inteo'alode frecllCflCw (H;c)

>00-"'" 3OO-JOOO I 2-100 300-,"" ""-JOOO >00-"'" 3OO-JOOO e' 3OO-JOOO >00-""" >00-"'" 3OO-JOOO ()(lO...

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C3 (Unea de

I00-,"" 10))..2600

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Hay cinco cla.sificaciones en el acondicionamiento lipo C;

l. C 1 y O. acerca de circuilos de dos ptlnlOS y mullipunlOS. 2. C4. acerca de circuilos de dos puntos y arreglos de mullipunl05 con un máximo de tua· 1m lugares de C5loción. 3. Las especificaciones C5 sólo son pana circuil05 de dos pum05. 4. El acondicionamicnlo C3 es para Uneas de acceso y circuilOS troncalcs asociados COI1 rede.lI conmu tadas pri vlldas. Las redes conmutadas

privadas 50Il sislema.s lelerónicos dedicados 11 un solo cliente. por lo general. con una gran cantidad de estaciones. Un ejemplo seña el de una gran empresa con ofICinas y complejos en disli ntos lugares geográficos. con inWllación local de centrales de abonado (PBX) en cada lugar. Una PBX es una malril de conmutación de baja capacidad. donde los suscri¡xores se limilan. en general. a estaciones de ntro del mismo contplejo de const~ione5. Par.! inlerronect:lf las P8X se: requieren líneas de ~de uso común y circuitos troocales. Sólo son comunes para 10$ suscri¡xon:s de la red privada. y no parv toda la red telerónica pública. La tabla 13-14 muestra los dh'ersos Ifmites eslablecidos por las disti ntas clases de acondicionamiento tipo C. pi .... 1m distOtllión por Iten uliCión y por retardo de en"OIVenle. La.~ figs. 13-29 a 13·33 lienen una represcnlación gráfica de algunos de los Ifmites del parámetro ancho de banda.

Distorrw" por attll lUU!i6,. J acotUiidotl4mitlllo tipo e

Los limites de dislorsión por Ulenuación paru un canal básiro 3002 requicren que la ganancia del ein:uilo a cualquier frecuencia entre 500 y 2500 Hz IIQ 5CII mayor qllC 2 dB mayO!' que la ganancia del circuito a 1004 Hz. y no mCflOS de 3 dB de la ganancia del cireuilo a 1004 Hz (\.~a.sc: In lig. 13·29). Pata la dis¡oo;ioo por olenuxioo. siemp«: se: lisa la ganancia del circuito a 1004 Hz como referencia. T1I.!TIbién, denlm de las bandas de fra:uc:ncia de JOO a 499 Hz. y de 2501 a J(O) Hz. la ganancia del eim.itO no debe se:r m.ás de 3 dB mayor ni menos de 12 dO menor de la ganancia a 1004 Ut. Comul'\lcaci6n ele datos

575 Mat rnl protegido p?f derechos dE>

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+2118

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-u FIGURA 13-29 PI PP1CM:O'i QI éfice de los ~ de dip'\) iSÍÓll por 8tenc.'BCióI, en un ~fllII btrsk:o 3C02

., "

t I 1.

FIGURA 13-30 Repreppn(8C1Ófl ¡jI6Iica de loe Imites de djst"'-aiól, por atenu&. . . C2

ción en un ceoeI con

576

capitulo 13

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+ ]dB +Z dB .. 1 dB

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- 12 dB ~ 13-31

5updtpo #cÍÓI, da las fig\raa ' 3-29 Y '3-30 para darnoiltl ar los requisitos mili' l' ictos impIJestos por el ac:ondicionIImiento C2

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FIGURA 13-32 p, E ,(acit¡¡, grlIfica da 108 vente en un C8Il6I bésico 3002

Comunicación de datos

limites pera al

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do da eflllOl.

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577

Por definición, 1:1 rel.mlo de I:lwolVl:otl: es

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primc:ra derivlldll de 111 faSl: con respc:c1o a

la frecul:ncia: ret ardo de envoh'ente -

d$(Id)

d.

En realidad. el retardo de envoh'ente SÓlo se aproxima. eso sr bastante. a df/dv.', Las mediciooes de mardo de envol\'ente 00 evalúan I:u rnructeristkas reales de fase en fuoción de frectJl:ocia. sioo má5 bien la fase de una onda, que es la resultante de una banda angosta de frecuencias. E5 un error conu!n confundir la distorsión real de fase (lIamllda Illmbi61 distorsión por retardo) con la distorsión por retardo de envoh-ente (EDD. por ~1~/0fN dtlaydiJlortion). El rtranJo dt tm'Oll'('nItes el tiempo necesario para propagar un cambio en una en\'Olventl: deAM a uavts de un medio de InUIsmisión. P:trn medir el rcwdo de envolvente se transmite una portadora de amplitud roodu lftda de banda ftngosta. cuya frecuencia se varfa dentro de la banda útil de VOl., (La tasa de modulación AM nonnaImenle es de 25 a 100 Uz.) En el .c:ceplor se miden las variaciones de fase de las envolventes de baja frecuencia, La diferencia de fases a las diversaJ frecumcias de portado111 es la dislorsiÓII por ftlaroo dt tm'OII'tntt, La frecuencia de ponadonl que produce el n:latdo mfninM> de en\'Ol\'enlC SI: es.tablecc como referencia y se normaliza a cero, Por consiguic ser mayor que 100 ms. locua! nocs §uficiente pan! causar problemas, En consecuencia se miden valores relativOS, y no absolutos, del retardo de la envolvente. Para el ejemplo IIlItCriOf. siempre que las pnlebns EOO den como resultado valotes re lati,'os menores que + 1750 115, el cirruilO está dentro de los limites aceptados,

Parimrlms de ¡ntt lfo. Las dos COfIsiderxiones principales de los parámetros de intcñaz son: l. Protección el6:triea de la red ¡elefónica y de

~u

personal

2. Normali7.llción de los arreglos de diseilo. A con¡inuI!ICiÓ!lsc re.sumir.ln esu consideT1lCiooes. Las impedancias del equipo de c51ación deben ser 600 n resistivos sobre la banda útil de VOl. , Y el eq uipo de estación debe estar aislado de tieml por un rnlnimo de 20 Mn en cd y kO en ca. El circuito telerónico ~sico para gn-

.so

do de \ 'Ol. es un canal 3002; tiene un ancbo de banda dtil de JOO Hl. a JOOO H.l.. La ganancia de circuito a JO()() Hl. es J dB menor que la potencia de seilal en banda alpccifieada. La gal\lU1Cia 14 kH7. debe ser cuando menos 15 dB menOf que la ganancia a 3 kHl., La potencia máxima de sci\altransmitida para un cireuito de linea privada al Odam. La potencia de sella! transmitida paI1I circuitos de marcar 5C establece paI1I cada luo, paI1I que la seilal se rttiba en la oficina !:en11111 de Telco 1 -12 dBm.

579

Comunicaci6n de datoll Mar rF11 protegido p-?r

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Los parámetros de 13. instalación representan deterioros potenciale$ de la iCi\al de datos. EsIOS deterioros los causa el equipo de Telco, y los limites especificados pertenecen a lodos los circuitos de banda de VOl. independientemente de 5 11 acondiPlni.melros de 111 Instalación.

ciOflllmicIlto. V","",i6n Q 10tH 11;. Tclco h~ eSlablecidoque 1004 tl z csla r~eue llC¡a piltro" para 10llO de prueba. Se sele«ional'On 1()04 H1. por su ubicación relativa en la pasabanda de 1m c: ireui10 nonnal de banda de \ 'Ol. El objeto de este 10no de prueba es simul ar la potencia de la sella] combinada. de una transmisión ooonal de bunda de \'01.. La pérditb en canal de 1004 Hz. para un circuito de ¡(oca pri vllda. es 16 dB. Un tono de prueba de 1004 H1.. IIplicl\do allJW) local de IrlUlsmi tir y a O dBm. debe aparecer en la salida dcllll7.o del deslioo a - 16 d Bm. Las \'lIriaciones a largo pl:ü'.o de la ganancia de hu instaJaciooes de tl'llllsmisi6n 00 deben salirse de : 4 d8; la potencia de la sellal recibida debe estar entre los ICmites de - 12 a 200 dBm.

El ruido se puede definir. ~n general. como tOOll cnergíll indcsellble presente en lo. pas¡¡banda ú!il de un canlll de comunic3Cioncs. El ruido puede ser COI'TelaciOllaOO (1 no correIxionado. CurrrlllcitJn es una relación entre la se.~al y el ruido. El ru ido no com:lac:ionadocs la encrgfa que Iiay. como por ejemplo el ruido ténni co. en ausencia de una sella!. El ruido correlacionado es ener¡fa no deseada tlue se presenta como re$ultodo directo de la se~lll. como po!"" ejemplo. la distorsión no lineal. Pondt rru/o dtl ",ido. La inte rferencia de una scl\al porcl ru ido se clll5ifica en ténn inos de molestia y de inteligibilidad. El rui do puede ser molcsto al escucha. pero no al grado de no poder comprender la cOI1\'ersación. En Weslem Elcclrie Company se hiciefOfl uperiment05 en 105 que sc pidió a varios grupos de escuchas calificar la molestia causada por 14 distintas freo ellC!lCi:¡s :¡udiblcs. entre 180 y 3500 H~. E.!;tas fm:ucncia.s fueron prcscntOOas a los t'5Cuchas 11. tra\'6; de un tc l~fono nonnal. tipo sao (105 antigu05 de discado. de los a~I(5). los escuchas primero comparuron la molestia en cada rm:uencia con la molestia de una frecuencia de refe· rencia de 1000 Hl~ sin potencia de VOl.. A continuación. se repitieron los mismos eXperi ment05 con convCI"$IICwn $imu1t4nell. Se promediaron y ali$llfQn los resu ltados de IIIS dos pruc:blIs. y I\c: OOcll\'O la c,.rwl dI' fJOIldulIcitJn dt mtfl.Uljt.C. Esta curva se ve en la lig. 13-34. Ruido.

580

Capitulo 13

Mar rF11 protegido p-?r derechos de '1U ':Ir

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REO PÚBUCA DE DATOS Una rrd públicu de dows (PON, de pub/ic dala nt"tll'ork) es una red CQn mulada de comunica· ción de dalos, parecida a la red tdefónica pública. exC1: pto que una PON está discilada sólo pa. ra transferir dalOS. Las redes públicas de dalos combinan los conceptos tamo de redes con ¡'(J/or agregado (VAN, de ¡'olue·added network) y rrdes de conmutación de paquttn

Red con valor agregado Una red con valor agregado "agrega valor a los serv icios o inslalaciones proporcionados por una portadora comün, para ¡noporcionar nuellas clases de servicios de com un icaciones, Como ejemplo de \'alores agregados esllin el oonU'OI de Ct t Oi'C S, mayor confiabilidad de conexión, direccionamiento dinámico. protección contra falla, multiplexado lógico y conversiooes de fOlll1llto de dalos, Una VAN comprende una organil.ación que renla las Uneas de comunicaciones de por. taOOns comunes, como AT&T y MCI. y agrega nuevos servicios de comunicaciones a esas ¡¡neas. Como ejemplos de redes con \'alor agregado están G I E Tel nel. OATAPAC. TRANSPAC y Tymnet [ne. Red de conmutación de paquetes La conmutación de paquetes implica di vidi r los me nsajes de datos en pequcilos grupos de in· form:JCión y transmitirlos a tra\·f.j¡ de redes de comunic:JCión a sus destinos con conmutadores controlados por computadoras. En las redes públicas para datos se usan tres t~ni cas nonnales; ool/mllwci6rt de circuitos. COlllnuUtcwn de menSlljes y cOl/Il!utucidrr de (NIqueles. Conmuladón de clrt'Ililos, La conmutación de circuitos se usa paro hacer uno IIwnada tclefónica normal en la red telefónica püblica. Se: establece la llamada. se transfiere la infonnación y a continuación se descooecta la llamada, El tiempo necesario para establecer la lIamada .se llama ticmpo de prtpuroció". Una \'ez estllblecida [a llamada. los circuitos intC'f'(onectlldo!¡ por las estociones de la red se asignan a un solo usuario durante la llamada. Desputs de haber establecido 6;\a. la información .se transfiere en tiempo lY'ul. Cuando termina la llamada. los circuitos y In estociones est:1n disponibles de nue\'o paro otro usuwio. Como hay una cantidad limitada de circuitos y rutas de conmutación disponibles. puede presentarse un bloqueo. que es la incapacidad de completar una llamada. por no haber instal:JCiollC5 o rulas de estaciones disponihles entre la fuente y el desti no. Cuando se usa el circuito para tran5ferencia de datos. el equipo termi· nal en la fuente y el destino debe ser compatible: los equip:lS deben USAr módems compatibles. con la misma frecuenci a de bits. conjunto de caracteres y protocolo. Un conmutador de circui to es IrwuptJrt'n¡,. El conmutador es transparente a los datos; no hace más que interconectar los equipos terminale$ de fuente y destino. Un conmutador o esta· ción de circuito no agn:go valor al mismo. Conmutación dt me~e§. La conmutación de mensajes es una forma de sisf~mnlrtd de almacena r )' el/villr . Los datos. incl uyendo los códigos de identificación de fuente y deslino. se transmiten a la red y se alrll3CC nan en una cslllCión. Cada estación de la red liene posibilidades de almacenamie nto de mensajes. La red transfiere los datos de una estación a otra cuando es con\'en;ente hace rlo. En consecuencia, los datos no se transfi eren en tiempo real. puede haber lln remruo en cada estación. En [a conmutación de mensajes no puede haber bloqueo. Sin embargo. el tiempo de retardo desde la tnlnsmisiÓn hana la recep:ión del mensaje varia de una a otr.a llamada. y puede ser muy largo (hasta quid un as 24 horas). En la conmutación de mensa· jes. una vez que la infonnación ha entrado a la red. se convierl e a un formato más adecuado para su transmisión. En la terminal de recep:ión. los datos se convierlen a un formato compatible con el equipo de la terminal receptora de datos. Por lo anterior. en la OOfIlUutación de mensajes. no necesitan ser compatibles los equipos de las terminales de dalOS de fue nte y destino. La con· mu tación de mensajes es más eficiente que la conmutación de circuitos. porque los datos que entran a la red durante IIIS honlS pico se pueden guardar par.! transmiti rlos despuf.!¡. cuando ha disminuido la carga. Una oonmut:JCión de mensaje es Iro,un(Y';()tU,I. porque no hace m:il; que tan iÓlo transferir los datos de la fuente al deSlino, Una conmutación de mensajes puede guardar datOS o cambiar

626

capitulo 14 Mat rnl protegido p?f derechos da ":lul')r

TABlA 14-3

Resumen

de las ~ oe ~

R..... dtdicad. di: transmiJi6n Tram.miii6n coruinua Ik dIIos nw.ja en I~mpo ~al No le JU&rdan 101 mensajes

So: cotabl«e ruta para 1000 el jo RNrdo do prqwao:i6n do llamada So:/Ial do oo;upldo wnIt oo;up3da 1. parle llo:mad.o Puede lUCedtr un bloqueo

U",ario mponsable por pr por

1000 el rnttlJaje de ~docidad y e6diso

Coo' 'mión de ,docidad y códi¡o

Bi.. Ik indirMOI en cado

"......

5Uformalo '1 frecumeia de bit, par.! a continuación reg= Io!dalos a su fonna original o a 01111 completamente disunta. en el receptor. La conmutación de mensajes multiplexa dalos de distin· lid fuentes. una instalación común. Conmutadón de paquetes. En la conmulllción de paquetes. los datos se divi(kn en segmentos mis pequei'lo$, llrunados ¡HJqutlt1, antes de transmitirlos por la red. Como un paquete se puede guardar en In memorin en unn estación dUllll1te un cono tiempo, Il veces se llallUl a la conmutación de paqueles red ¡HJro retener y enl';llr. En este ~todo. un mensaje se divide en paquetes, '1 cada paquete puede tomar distinto camino por la red. En consecuencia, todO'!! los paquetes no llegan necesariamente al receplOf al mismo liempo o en el mismoordcn con los que se trarumitieron. Como los paquetes son pequei'tos, el liempo de relenciÓfl suelesc:r bast.anle COfto, y la lransferenci~ de mensajes es casi en tiem po real, 'J no puede presentU5c: el bloqueo. Sin embargo. las redes de conmu lación de paqueteS necesitan am:glos «Implicados y costosos. y protocolos complicados. Una estación de oonmulación de paqueteS también es un conmuUldor \nllIsac:cional. En la tabla 14-3 se resumen las tfenicas de conmutación de circ:uilOS, mensajes 'J paquetes.

Clase de senricio CCITT )(,1 para usuario intemacional

X. I di vide las diversas clases de servicio en lTC5 modos btsioos de Il1Inimisi6n para una ~ pública de datos. Los tre~ modos 5On: ornuu¡uc/¡HJro. síncrono y de paqut les. La

norma ccm

Modo de IImlnque y ¡MIro. En este modo. los datos se tllll1sfieren de la fuente a la red, y de la mi al destino, en fOlll'lDlD de dalOS ;uIJlClUl105.. es decir, cada ear;ictcr tiCTlC su trlIJna dentro de un bit de IlJT3nque 'J uno de paro. La sei\alizaciÓfl de oonuol de llamada se haa: en el alfabeto intmuacionaJ No . .s (ASCII·TI). Dos prtJ(ocoIos que se usan con frecuencia en II1II1smisión de ammque '1 paro 50tI el 83 8 de IBM 'J el SA IIB 1 de AT &.T, de ureglo de llamada selcctiv..

Modo Slncl\h'lO, En el modo sfncrooo. los WIOS pasan de la fuenle a la red '1 de ]a red al desli no en formalo de datos síncronos. es decir. cada mensaje está precedido por un cankter dnico de sincroniución. u seiWil.llCi6n de control de llamaw es i~nt ic. a la que se usa en los circ:uilos de datOS de Unea privada, '1 los pnXocolos de uso frecuenle para esa tnnsmisiÓR slncrona son el 3270 bis'Joc de 18M, 8ASIC de Burrough 's y UNISCOPE de UNIVAC. Protocolos de comunicación de datos y configuraciones de red

627 Mat rnl protegido p?f derechos dE>

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FIGURA 14-6 Red pUblica de datos

Modo de palq ueles. En el nlOdo de paquetes. los datOS se trnnSfi~n:n de la fuente a la red y de: la n:d al de.~11Cl ~n un foomlto de: trama. El proIOC'Olo patrón que se u~ ~n el modo de paqueI~S es el formato de tmma HDLC de ISO. Dentro de la red. los dlltos se dividen en paquetes má:; pequc:ños y se transfieren de ocueroo con el protocolo de interf:u. de usuario a red CCllT X.25. La fig. 14·6 ilulitra un arreglo c aract erislico de una red pübtica de datos , quc mue5lrn cada uno de los tn:s modos de operación, El e nsa mblador/desensamblador de paquetes (PAD) es la interfaz del usuario con el fonnato X.2S. cualldo los datos del usu!Uioestán en modo :L~rllCro­ no o sincrono. Es innct-esano un PAD cuando el usu!Uio opcrn en el modo de p;w.¡uetes. La n:comieOOa X .7S como pmlocolo de puen!e. Los puenles se usan IXIrn interconectar dos redcJ pübli,,&~ de datO$.

ccm

PROTOCOLO DE USUARIO Y RED CCITT X.25 En 1976 la ccm designó a la interf:a X .2S con el usuario como non na intemacionallXlnl tICCdQ de paQlI(tes a rtd . Ttngase e n cuent.a qut la X .2S es estrictamcme una interfaz de usuario a n!d. y 5610 se n: fien: a las ClIpilS rrsicll. de en lace 1Ic datos y 1Ic n:d en el modelo ISO 1Ic siete ClllXIs. La X.25 usa hu norma.~ existentes siempn- que sea posible. Por ejemplo. expecifica las norma.~

X.2 1. X.26 y X ,27 como 1Ic irllcrfa:t rrsiea. que rom:Spondell a las RS·232, RS·423A y RS-422A de EIA. n:-SptttiVaIDclltC. En X.2S se define que HDLC es la nonna intemar;ional para la calXl de enlace de datos, y que la norma e n Estados Unidos es la 3.66 de ANSI (Amcriellll National Standards Insti tute). Adl'aflCld Dtuta Commullicmions COlllrol Procldurf!s O ADCC P. Fueron des ignadas In HDLC 1Ic ISO Y la 3.66 de ANSI IX1I1I circuÍlO)' de datOS de Unen pri vada con am biente de interrogación. En consclO) RE! (1Ot'hvJ» SABM (es!lt' ' M modo ,"(, .. D1SC (,~ Kooo«Iar)

TABLA 14-5

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Las labIas 14-4 y 14-5 muestran los comandos 'J n::Spue5tM, J"eSpt'Ctiv¡¡menle, para una

trama LAPS. Durante el funcionamiento de LAPB, la mayoría de 145 tramas son órdenes. Una trama de n'.Spue5ta sólo se pide euando se rceibe una trama de orden que eOntiene una intelTOgación (bi t P) - l . Las letras SA HMlUA representan un par de: orden y respuesta que se usa para inicializar todos ]os contadores y relojes a] principio de una sesión. De igual modo. DlSClDM es un par de: oruenlrcspueSIlI que se Us:l. al final de: una sesión. FRMR es una rcspu!$la a t;Ual· quier orden itegal para la que no hay indicación de ('llOreS de transm isiÓll. según el campo de :iCClICncia de \'erificaciÓn de truma. Las Órocnc.\ de infonllllCi6n (órdenes 1) se usan para transmitir paquetes. Los paquetes nunca se mandan como respuestas. Se recoooccn Jos paquetCS usando nm 'J nr ad como se hace en SDLC. Una estaciÓll manda RR cuando necesita responder (reconocer) algo, pero no tieoe paquetes de infonnación por mandar. Un.:. rc:spueslll a una ortkn de infonn:ación podría ser RR oon F ,., l . EMe procedimienlO se llama de punto lit romprobacjdn. Otra fOlllla de pc:dirtransmisiÓl1 de tramas es con REJ. Pnra que el flujo de: control indique: una condiei6n do: ocu¡»do se usa RNR. 'J evit:l toda transmisión hasla que se bolla con un RR. La capa de red de X.25 especifica tres servicios de conmutación por ofrecer en una red oonmUlada de d:IIO$: cin::uilo virt ual pcmll1nenlc, lIanwla virtual y diagrama de datos. Circuito virtual permanente Un cirruito ,'¡nltol penNlIIente (PVC, de {N!mwnt'nI ,'inuof cirruit) equivale lógicamente:l un ein::uito de dos punlos. de linea privada dc:d ic&d4. pero es más lenlo. Un PVc c~ mts lento porque no se proporciona una OOI1eJ:ión pennanente (con conductores) de ¡enrunal a terminal. La primera "cz quc se pide: una COI\CJtión, se deben eslllblecer las conexiones y circuitos adecuados po¡-Ia n::d para proporcionar la intCTC01lCJliÓn. Un PVC identifica la rulll entn:: dos suscri ptores detenninooO$ de la red que se usa para todos 10$ mensajes que siguen. Con un PVC no son neo cesarias las diroccioneg de la fuente y de l destinat:uio. porque los dos usuan D5 son fijos .

Uamada virtual Una lltllnOlJa linual(VC, de 1inltQl rol/) es lógicamente cquh'llltntt:l un:lllltmatb telefónica por 1:1 red 000, exccpto que 00 se hace conexión directa de terminal a lCmIinal. Una Illlll\llda virtual

629

Protocolos de comunicadOn de datos y configuraciones de red

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TABlA 14-6 Normos

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Cb.sa de !lCl'\'ido pII1IlHuario inlelllaCiooaI et1 redes públQ de IWQJ. A~iilLl dcsillladollt:t numbictide c~ I di~cinlaJ ve!ocid .. b y cip a una mi de

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X.2Obi. X.21bil

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redes púhlku de alilKiOn "",., io-"'"

Sto'IIlilKiOn de ",ulrIo ......... ' io

. FIGURA 14-13 ArqL'iter;;b.ra para las funciones ISDN

S, Una ISDN en evoludón lambif n podr.!. iocluir. en etapas posleriores. conexiones conmUlAdas a frecuenc ias de bits mayores y menores que 64 kbps.

Arquitectura de la ISDN En la fig. 14- 13 se: muest'" un diaGfllma de bloques que indica la arquitectur,¡ propuesta para las funciones de ISDN. ~ta eslá discl'iada paro admilir una oollCltiÓll rrsico totalmente nue"a paro el usuarlo. un 107.0 di gi tal de 5u5Criptor y divCT5QS servicios de lIunsmisiÓn. Se definir.! una inlt'rfilz fisim ClHlUi/l entre los DTE y los DCE. Una 5013 intmal. se: uS3l'li en tclf fOOQ!;. termi nalcs de cómputo y equipo de video. 1'01" consiguiente. se llCCC5iumi n varios protocolos para pennitir cl control de la información que se: intercambia entre el di sposith'o del usuario y la ISDN. Son los siguientes Canal B: 64 kbps Canal D: 16 o 64 kbps Canal H: 3&4. [536 01920 kbps

I

.3.

Las oonnas ISDN especifican que 11 los usuarios residenciales de la red (es decir. los suscriptores) se les propoKione un /lccCJrllxiJicu, consistente en tTes canales di gitales. dúplex.. mu l· ti plexados por división de tiempo: dos tmbajando a 64 \.:bps (designados canales B de ~arrr o ponlldor) y uno 11 16 \.:bps (canal D. de dlllos ). Las frecuencias de bits B y O se seleccionaron para ser oompatibles con 1O!i sistemas act ual es de ponadora digitnl DS 1-054. El canal O se usa para conducir inrormacioo de seilali1..oción y para intcKllmbiar información de control de red. Un canal B se usa parII " Ol codifi cada digital. y cl otro paro ap licaciones. como trnn.smisión de datos. "Ol digitali1.ada codificada en PCM y videotex. A veces. al servicio 2B + D .se le llama illferjaz de frtf"ue/lcifl básica (BR 1, de hasie role illferj(lct). Los sistemus BRI requieren anchos de banda que puedan cont ener dos cllnalC5 B de 64 \.:bps y un cunal D de 16 \.:bps más bits de (nuna. sincronización y otros indirectos. parII tencr una rrec uencia total de bi ts de 192 \.: bps. Los canales H se usan para proporcionar mayores rrecuencill$ de bil$ para servicios especiales, como ru rápido, video, datos de alta veloc idad y audio de alta calidad. Hny Olro servicio, llamado sen'idQ prinwrio, (.ltxeSQ primario o illfl'rja.:. d .. fruucnda prima ria (PR I. de primary rale illferjace) que proporcionarán canales múltiples de 64 \.:bps. pura U$O de los suscri ptores de alto \"olumclI dc la red . En Estados Unidos. Canadá. Japón y

ca pitula 14

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TABlA 16-3

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M uhipluldo por d¡"'~ llo. o::n fOfTl\il d inámku. m\lo::liCas do:: tiempo segtln la demamia. Asf como en el mult iplexO!' de un sistema mM slncrono, un multiple¡¡or estadlstico tiene una cantidad finiUl de líneas de datos de baja \'elocidad y una línea de salida de alta velocidad. de: datos multiplexados, y ca · da Unea de entr..da tiene su propia memoria o OOfer. F..n el nlUlti llleXOl' esUl!Uslico hay n líneas de entrntla. pero sólo hay k nlUc:seas de: tiempo disponibles dentro de la tnUl1!l TDM (siendo k < n). El multipl exor recOl,e las memorias de entrada y colecta datos hasta llenar una trama. y en ese momento se trnnsmite In trama. En el exu-emo receptor ~ lo mismo: hay nlás lineas de salida que muescas de tie mpo dentro de la truma TOM. El demultiplexor sac;:n los datos de las mueseas de .iempo y los dislribuye a sus memorias correspoodientC$ de salida. La mM estadística apro\'ccha que los disposi th'os conectados a las e ntradas 'j salidas 00 tronsmi.en ni recihc:n toda.~ todo d tiempo. y que 13 frecuencia de datos de la Hllea multiplexada es menot que las frecue ncias eombinadas de datos de los dispositivos eonec'OOos. En otras palabras, un multi plexor eSl3d fstico TDM requ iere menor \'docidod de dalOS que la que necesita un multiplexor síncrono para dar servicio a la misma cant idad de d isposit i\'Os de ennuda. Tambit!n, un muhiple,xoresladfs.icoTI)M que funciona a la mis ma \'elocidad de transmi sión que uno mM puede dar servicio a más di spositivos. La fig. 16-22 muestro una eompnroción en tre TOM estadlstica y slnerona. Se muestran cuatro fuentes de dalOS. A. B. C Y O. YCU:lII'O mUCSCaJ de lil:mpo o ~as, I , ,'z Y t ) , El multí· pleJtor !fncrono tiene: una frecuencia de: salida de datos igual a CUlltro \'O!XS la frecUl"neia de datos de cada uno de: los canales de entrudu. Dumo'e cada trama, los datos se colectan de las cuatro fuenles. Y!le Ir:\fIsmilen ~i n imponarsi hay o no datos de entmda. Como se ,'e en la figura. duranle la mllC:iCa de t~mpo Ir). los canalcsC y O no lenlan daTOS de entrada. y se produjo una trama TD M transmitida s in infonnac iÓn. en las muescas de tiempo C y D. Sin embafllO. e n el multiplexor estadlstico 1'10 se transmiten las muescas de tiempo voclas. As!. durante la primen. mueSC!l de

'o-

742

Capitulo 18

Mat rnl protegido p?f derechos da ':l.u.')r

8.lno;Ie •• cM Inicio

C.mPOcM

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'o, FormmD de tl'8I11II en 10M estBdI!;tica: e) tr8ITI8 general 10M est8di5Uc8: (b) UIl8 fuente por ti ame; [c)lIIW'ias fuentes por tram8

FIGURA 16-23

tie mpo sólo se transmite inronnación de los canal es A y B. Sin embargo. una des ventaja dd fonnato estadEstiooesqoe se pierde el signifICado posicional de las m~as de tiempo. No hay forma de conocer por adelantado cuáles canales de datos estndn en cuál muesca de tie mpo. Como los datos llegan y son distribuidos en forma impn:dccible en las memorias de recepción. es rlCcenria la infOffilación de direcció n IXlra asegurar la entrega adecuada. Para eso se necesitan más indirectos por muesca de tiempo con TDM esutdlstica. porque cada ranura debe contener una dirección. ooemás de los datos. El formato de ttama que us.a un multiplexor estadlstico tiene un impacto directo sobre ID diciencia del sistema. Es obvio que se desea minimizar los indirectos par.! JTM:jorur la capacidad de datos. En el caso normal. un sisrema TDM C'S!!l(lIstioo usa un protocolo slncrono, como el HOLC. Se deben inclu ir los bits de control paro d mulliplcxado en la lroma HOLC. La fig. 16-23a muestra el formato general de trama pan un multiplexor esloofstico TOM. La lig. 16-23b m uestra la trama cuando sólo tran smite una fuente de datos . El dispositivo transmi.wr se identifica con una dirección. La 10ngilUd del campo de datos es variable. y sólo se limita por la longitud de la tnlma. Este tsquemu funcioo:l bien cuaodo la carga es Iigcn.. pero es muy incfJCicnte cuando las cargas son grancks. La fig. 16·23c muestra una forma de mejorar la eficiencia. penniticn. do incluir más de una fuente de datos dentro de una 10Ia tnlma. Sin embargo. cuando hay varias fuentes. es necesario algú n medio de especifi car la longitLKI de la corriente de datOS de cada fuente. En consecuencia, la muna Clitadlstica consiste en secuencias de campos de tbtos idcntirtcados COIl una dirección y una cuenta de bits. Hl1y vari as t&:nicas con las qu.e se puede mejorar la efi· ciencia. El campo de dirección se puede acortar usando un esquema de direccionamiento relati · vo. en el que cada dirección Clipccifica la posición de la fuente actual. en rel DCión con la fuenle tnlnsmititb anteriormente. módulo la cantidad total de fuentes. Con direccionam iento relatÍ\·o. un campo de dirección de ocho bits se puede reemplllZlll" por uno de cuatro bi ts. Otro rnttodo de refinar la trama es usar una etiqueta de dos bits COI! el campo de longitud. Los valores binarios OO. 01 . 10 Y 11 corresponden a un campo de datos de 1.2 o 3 bits. y no se necesita campo de longi tud. El código 11 indica que se incluye un campo de long itud.

MULTIPLEXADO POR DMSION DE FRECUENCIA En el m14lliple.wdo por dil'jsi611 dI.' [rtC14l.'ncW (FDM. de !rtqlU'nry.di,·ision muflipluil1g). se convierte cada fuente de. V1lria.~ que origi nalmente oculXlban el mismo espectro de. frecuem:ias. a una banda di~linla de frecuenci as. y $e lransmitc en formn ~ jmultáncll por un 11010 med io de tronsmi si6n. AsI $e pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angasla por un solo sistema de transmisión de banda ancha. El FDM es un esquema análogo de multipleudo; la información que entra I un sistema FDM es analógica y pennanece analógica durante su transmisión. Un ejemplo de FDM es la banda comercial de AM. que ocupa un espectro de f~ellCias de 535 a 1605 kHz. Cada estación tiene una seftal de información con un ancho de banda de O a 5 k:Hz. Si se tnnsmitier.l el aud io de cada estación con el espectro original de rrccoencias. seria imposible separar una estación de las demás. En lugar de ello. CIlda eslllCión modula por amplilud una f~encia distinta de portadora, Yproduce una seft.al de doble banda IlIteral de 10 k:Hz. Como lu frecuencias de las

7 43

M ultipltllledo Mat~rr'll

protegido por

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E.tlCiOn lOO le" 1590 kltl

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EtIflCión 107 le" 1&00 kH.l

FIGURA 16-24 Mutipkwldo por divi&i ~i de frecuenciII en ast..dt:¡¡¡¡slI comon:ielell de fJ

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MULTIPLEXADO POR OMSIÓN DE WNGrrUD DE ONDA El mllltipl~.xQ(lo por dil·isiÓfl d~ IOl/glllm d~ oru/a (WDM. de wll\~/~ngth-dil"/si()fl mU/liplulng) se ll ama a veces mllltipll'.mdo por di,ojsiÓf! d~ onda. Como la longitud dc onda y la frecuencia se n:1 ~ionan en forma estrecha. e l multiplexado por división de 1000gitud de oo "11 I"r

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-I T

Tngen p regida por jcrechos jauto

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema

INTHODUCCIÓN Se suelen dQClibir hu microondas como ondas c:Jectromagn~(icas cuyas fm:ueocill5 van desde unos 500 M H ~ hasta 300 GH:t. o más. Por consiguiente, las sel\ales de miciOoildas. I causa de sus alias frecuencias inherentes. ,ienen longihlck$ de onda rela¡ivlrI1('nle rortas. de ahf el nombre "micro" ondas. Por ejemplo. la longitud de onda de una sci'lal de microondas de lOO GHz es de 0.3 cm. mientras que una sena! de 100 MHz. como las de la banda comercilll de FM. liene: una longitud de 3 m. Las longitudes de las frecuencias de microondas VIIlI de: 1 a 60 cm. un poco 1lIayoresque la energía infr.uwja. 1A tabla 17-1es una lislQ de alguoasde las bandas de rudiofrecucn· cia en microondas disponibles en Estados Unidos. Para la operación dlÍplclt (en dos sentidos) que se requiere en gcncllll en los sistemas de comunicaciones por microondas, cada banda de fn:cuc:nc:iu:se: di vide a la mitad. y la mitad infcrior se llama banda boja y la supcnor es la 0011 da (JIta . En cualquier estación de radio dada. los transmisons funcionan nonnalmente en la bando baja o en la alta. mlentras que los receptores funcionan en la otrD.. La gnm mayorfa de los sistemas de comunicaciones establecidos desde mediudo:; de 1m

década de 1980 es de natura1cu digital y por consiguiente tlllnsporta infonnación en fonna digital. Sin embargo. los sistemas tenestres (basados en la Tierra) de radio rtpt!/idoras de mi· croonlhu que usan ponador.u moduladas en frecuencia (FM) o moduladas digitalmente (PS K o QAM) siguen constituyendo 35% de l total de los circuitos de transpone de información en Estados Unidos. Hay mucltos ti pos distintos de sbtcmas de mkroondas funcionllndo a disllUl' ci ... que vllli'." de t5. 4000 "'ilh.... Lo!¡ s¡~Len ... de rnicroondwi de tIc: .... ido ¡nl ......~llJfal o ..Ii. mentador se consideran en general de corto a/callct. porque se usan paro llevar información Ll disUUlCiLlS relativamente cortas. por ejemplo. c:nt~ ciudades de un mismo estado. Los sistelTUU de microondas de 10'10 a(corra: son los que se usnn para llevar información a distancias re· lativamente largas. por ejemplo. en aplicaciones de ruta inltrts/aw( y de rtd primario. Las ca· pacidades de los sistemas de rodiode mict'OOfldas van desde nlCl105 de 12 canale5 de banda de VOl hasta más de 22.001. Los primeros sistemas tenlan circuitos de banda de \'~ mulli pluados por división de frt'Cuencia. y usaban t~n icas convencionales. de modulación en frecuencia no coherentes. Los mAs modernos tienen circuitos de banda de voz modulados por codificación de pulsos y mullipluados por división de tiempo: usan tfcnicas de modulación digil:ll mb

761 rm.l pr teq:1o p?r

TABLA 17· 1

Asigoociooes de radiofrecuencias de microondas Sa--'icio

Militar 0penci6n fijl EnIK'C de u,,,..mOOr do: Hludio P

"11

1....1

Transmisor

Re& l sobre terreno promedio .. B .. = ..

= Ejemplo

0.25 sobre un terreno muy áspero y montaftoso factor para convertir la probabilidad del peor de Jos meses en probabilidad anual 1 par.l convenir una disponibilidad lUIual a Ja base del peor de los meses 0.5 para áreas cálidas o hIlmedas 0 .25 para áreas continentales: promedio 0.125 para ¡\feas muy secas o monulllosas

17-3

Un si~tema de radio de microondu ron di..-enidad espacial funciona con frecuencia de portOOon RF igual a J.8 GHz.. C.ta esllttón tiene una 1IIltena parabólica de 2.4 m de di6metro, que se alimenta con 100 m de rule cOll

'll

FIGURA 17-15 Indica de ruido en h.wriOri de 18 temperOtur9

primera etapa, el que se agrega ron cada amplificador siguiente se reduce en un fllCtor igual al producto de las ganancias de po¡encia de los amplificadores anteriores. Cuando son necesarios cálculos precisos (de 0.1 dB o menos) de ruido. en general es m4s cómodo expresar e! ¡ndice de ruido en función de la lempernlura de ruido, o la temperatura equivalen te de ru ido, y no en potencia absoluta. Como la potencia de l ruido (N) es proporcional a la tempenuura. el ruido ~Ie en la enlr.lda a un disposith'O se puede eJlprnar en función de la temperatura ambi('nte del dispositivo ( D y de 5U IClIlpcrnlllrn equivalente de ruido ( T r ) . El faetorde ruido se puede convertir en un tfrmino que sólo depende de la lempmllura, del siguiente modo (vl!lISC la lig. 17- 1S).

s." N,¡ - palencia de ruido aportada por un solo amplificador. rderida a su enlrada

Entonces

( 17-10)

donde T. es la tcmpcl'lltur1I equivalente de ruido. ScIUl

N" - potencia 1000al de ruido e n la salido de un amplificac.lof (watlS) N, .; pocencia lotal de ruido en la entrada del amplificador (wans ) A. .. ganancia de pou:ncia del amplificador (adimcnsional ) Entonces, N~ se puede: expresar e n la siguientc rorma

,

N" - AXrB

Al simpl ificu se obI icllC

N,,- AKH(T+T.J

+ AKT.B

y el fac10r gcneral de ruido ( Fr ) es igual a

FT '" (SIN)"" '" SI N, = ~ '"' AKB (T + T, ) (SIN).,.¡ ASIN" AN, AKTB FT '"

T + T, T

= 1

(17- 11)

+~

Ejemplo 17-5 Sean NF, - NFl - NFJ ... 1 da y A , - Al - Al - 10 db en la figura 17· 14. Enoonlrnrel ¡ndice de ruido 10lII1. Solución Al 5ujlituir en la ecuación 17·8 se obtiene: (nótese que 100u las ganancillll e índices de ruidQ estin dados en valoJes aloolutos)

Fr '" F" + Fr '"' 2

+

F¡- I

"1 2- 1 10

+

+

F, - I

","~

2- 1 10

- 2. 11

NF r '"' 1010g2-lI - 3.24dB

7 ••

Cepftulo 17 Mat~rI'll

protegido por derechos de 'lL.: r

17. 2. Calcule la pbdida en la tr.l)'ectoria par2 una sellal de 3.4 GHZIIUC: se: pmP;!gllC 20.000 m. I7. J. Detamine el margen de desvanecimiento para un salto tic microondas de 60 km. La RF de portadora es 6 GHz. el terreno es muy liso y sc:co. y el objc:tivo de confiabi lidad es 99.95',1,. 174. Calcule la palencia de ruido ~ un alltho de banda de 20 Mllz en la entnIWI dellttcplo... con unatempcr.ltura de ruido en la entrada de 290" C. 17-5. Calcule la potencia mfnima de transm isión. P,. para una ganancia de !i~tell1D de 120 dU. una CIN mlnima en la entroda de 30 dB Yuna palencia de ru ido de - liS dBm en 111 enlt'llda 17-6. Clilcule la cantidad de pbdida atribuida a un objetim de confiabilidDd de 99.911%. 17.7. Determine la prntida por ICnsi bilidad al terreno pata una portadora de 4 GHz que se: propaga ~ un ma momaJlo!¡a muy 5«1. 17-8. Un sistema de mic roondas con divmiidad de frecuencia funciona con una RF de port3don. igua la 7.4 GHz. La FI es una subpc:wtadora de rm:uencia modulada y b.:Ijo {ndicc:. La 5Cftal de band.a base es el siste ma FDM de 1800 canales, desc:riloen el capftulo 16: de S64 kM z a 8284 kHz. Lo antenas son platO$ parabólicos de 4.8 m de d idmetro. Las longitudes de alimen tador son 150 m en una eMación, y 50 m en la QlJJ.. El objetivo de confUlbilidad es 99.999'\. El sistem;¡ !le pDpa.gII sobre un terreno promedio, con clima muy sc:co. La distancia entre las estaciones es 50 km. La ~Iación mrni lflll de ponador.lll ruidoen la entnlda de lrtteptOf es 30 dO. Calcule lo ¡ i¡¡uiente: margen de desvaneci miento, gananci a de antena. p!rdidal en la Ir.l.yectorla en espac io libre. pérdidas 100ales por ramificación y en alimentadores. potencia de ruido en ID emrado! del rcccp(or (e_J. potencia mlnima de tr.u\smisiÓfl y ¡¡anancia del ,istema. 17.9. lkIennine el /ndice general de ",ido ¡lQtlI un . t« ¡A()I' que tiene dtK amplifiCadores de RF. eatIa unoeon Indicede ruido de 6d8 y 10 d8 de ganancia, un COD\'enidor melCl~de bajada COI! Inditt de ",ido de IOdO Y una ¡¡anancia de ron" cni6n de - 6 d8. Y ganancia de R de 4{) dB con (nd ice: de ruido de 6 d8 . 17.10. Un m:cplOf de microondas lienc UM poteocia 100al de ruido ~n la ~nlr.ada de - 102 d8 m, Y un Indicc: gc ...... ru1 de ",ido de" dO. Para te...... r una n:llM.:ión mlnima de CIN de 20 dO a la en,",· da del detCClo..de FM. akule la potencia mfnlma de portadora en la entr1ld.a del rcttpto... 17.11. Calcule la potencia de ruido en la entrada de un receptor. con las siguienICll lemptl'D.tu...., y ancho!; de banda: T ("e)

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20

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17-12. Calcule las pérdidns en la tr.r.yector1a

B (klld

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"" "'" """ ,,. 17· 14. Delenninc la potencia de lUido patlI un ilIlCho de banda de 40 MHz en la entrada de un rcttplo.., cuya tcmper.r.tul1!l de ~ntnlda es T - 400" C. 17- 15. Para una ganancia de ,uICm;¡ de 114 d8 . CIN mfnima de enll1lda - 34 dB YpoiCncia de lUido en la cnt r.sda de - 111 dBm. calcule la potenela mfnima de IllUlsmi5i6n (P,). 17-16. Calcule la cantidad de pérdida quc eonIriOO )'C a un objet;'.., de confiabilidad tic 99.9995 '1>. 17-17. Calcule la p6lIida por sensibilidad allerrcno, para UIUi ponlldoni de 8 Glizlluc se propaga por un terreno muy liso y seco.

RadlocomunicacionltS por microondaa y ganancia del sistema

791

Mat rl'3.l protegido p?f derechos dE> '1\ I"r

17-18. Un sistema de microondu con divenidad de frealCTlCia funciona con una RF - 7.4 GH7. La R el una subportadon de bajo Indicc. con fm:ucneia modul~. La sebl de banda base ~ un sistema DFM de un solo ¡ruJIO ~11l). Las anlenali !lOO plal~ parabólicos de 24 m de dilrnclll). Las Iongiluda de alimentador 500 120 m en una estación. 'ISO m en la Olra. El (lb.. jelh'o delX)f1fiabi lidad es99.995%. EI 5iMelTlD 5e propaga ~ un tem:no promedio. que liene d ima mu'lllCCO. La di!t.ancia entre estaciones es 40 km. 1..11 reloción mfnima de punadora a ruido en l. entl'lll1ll delllAjAor el 28 dB . C.1cll1c lo ~i8I1ienle; rn.'lrgen de de!;' ·ane('imienm. ganancia de amena. p¡!Jdidas en 1' lrII),cctoria en espacio libre. p¡!rdidas loulcs en ramirlC. · dOliC! y aJ imentlldores. poIenci. de ennda aJ rc«jAor (C-.). potencia mínima de transmi· sión '1 pnancia del ~i5lelml. 17·19. Calcule el Indice generol de ru ido p;u;I un receplor que tiene dl ifkat.kJl'es de RF. elida UI'KI IX)f1 fndice de ruido igual a g dB. Y 111'1.1 ganancia de IJ dicc de ",ido de 10 dB.

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17.20. Un reccplor de mieroond:ls tiene potencia de ruido toul en entrada igual . - lOS dBm. e liKlicc gC1lCI'1I1 de ruido de 5 ara !\'Cibir la u':lnsrni~ión de determinada Clilación I~tn:. Ql:rJ CliUICión IC1'TI:Stn: debe conocer el código de PIl lso de lu primero. I.a figr 19- 11 ml.l($tr.lel diagl11lll:l de bloques de un oodificador y dcrodificadorCO MA. En el codifICador (lig. 19· 1111). los dalOS de cnlruda. que puede n ser señales de ban.:!a de \' 01. codi fi cadas por I'CM. (1 datos digitales en bruto. se l1lultipliea por un código de pulso únieo. El código de producto modu la en PSK una porIadora de FI. que su fre una OOf\\'ersión elevadora hasta la RF de transmisión. En ~ I ret"l:ptor (fig. 19- 1l b). la RF tiene rorll'ersión rWuctora hasta la FI. De la FI se n:cupcra una (JOI1aOOrn PSK cohcrenle. También. se adqu iere y usa el código de pulso para sincroni1.1lf al generador de código de la esulción ret"l:ptora. Téngaseen cuenta que la cstoción re R.,. Una señal de dispersión de cspectro rIO se puede: demodular con eJlaclitud si el n..-ccptor no posee un cin.:uilO que se: ocoplc coo e l gcncrudor de palalxas de código e n cltransmisor. Tres de las tfenieas m:!.s usadas para producir la funcioo de dispersión son ,rt'cut'ncia dirn:/(/, ,milo dI' frt'Cut ncia y una combinac i6n de las anleri ores, llamada hfbrido ¡/,. S(IIIO ¡It frtcuencia con ;JtCUtndll dirtcru (OSIFH hlbrido. de dift'cl-St'qut'ncefrrqut'IIC'Y hoppinl!)' Secul'nda dll"t'Cla ( OS). La ¡lis(It'rsi6n d,. U /lfi"lro /HJr s«utnCill ¡/irw:w (OS -SS, de dift'ct';Jtqlltnt;t SprtluJ sp«/nlm) );C produce cuando una sci\:ll bipolar modulada dedalOS se: mul tiplica lineahnente por la se:i\a l de d isp 'JI.: or

,

•

•

Una sublrama '"' 300 bits. 6 segundos

TLM

HOW

Datos de eorrer.c!ói1 del aatél"rIe

2

TlM

HOW

Datos de e!eméridel del satéf~e (1)

3

TLM

HOW

DatQ5 de efemérideS del uté/i!e (11)

•

TlM

HOW

Otros datos del slstema

TlM

HOW

Datos de almanaque para todos 101 sat6tltu

,

Tl.M - palabra de telemetrla

IprNmbulo,8 bitt I Dato., 161 Paridad, s i HOW - palabra de transición

IHora de la Hmana, 17 bi\$1

0 8105.

71 Paridad. s i

FIGURA 19-24 RTmato de trame de datos de fl8VegéIci6n

transmitir distintas páginas de datos del s¡~(ma. incluyendo datos de IlImanaque paru todos los sistemas. El mensaje total de navegaci6n está fonnado de 2S tromas (125 sublrumas). que se manda dUl1Uue un periodo de 12.5 mino

¡xu1I

Srgmen lo de (:I)n ll'Ol. El segnlCnlO de conU"OI Navstar, llamado sislmw de control dI! opuocWn (OCS. de OfNmlional consM J)'Jltm) incluye lOd:Is las tllaciones moniloras ¡erremes fijas. ubic::ldas en todo el mundo. una Es/adón MUlSlfO de Control (MeS. de M as/u Control Slu/ion) y trnnsrnisores de enlace de subida. Hay csta¡;ionc:s mon ilDI11.'l pasiVWi en California, Hawaii. Alaska, Isla de Ascensión (frente a África Occidental), Diego Garcfa (Océano fndiro), Kwajalein «()o!ano Pacifico). entre otras. Las estaciones monitor 110 son más que receptores GPS que ra~trean los satilj¡es euando pa.'iDIl sobre ellas. )' aeumulan datos de tclernetrfa)' efemérides (orbitales) de ellos. Esta infonnación se transmite I la Estaeión de control maestro en la Ba.sc Fak:Qn de la Fuerza Ama. a 12 millas al este de Colorado Sprlng5. Colorndo. E.U.A..

donde se procesa y dctamina si la posición real del satélite i\(' compana con su po5kión calculada por GPS. La Est:lCión de comrol maestro está administrada por el 200. Escuadrón de opoacioocs cspacillles de la Fuera Airea de E.U.A. La MCS recibe dalOS de las estaciones monilOrns en tiempo real. 24 hor:ls por día.)' coo esa informaei6n determina si los satililes sufren c;unbios de reloj de cfcrntrides. y detecta el mal funcionamiento dcl equipo. Se calcul a la nueva información de na\'egaciÓll y efem&ide$ a panir de las sei\alcs monitOf"l'adas.)' i\(' carga en los salf lites una o dos veces al dfa. La información calcul ada por la MCS.junto con órdellC.!l de mantenimiento nninario. se mandan a los salflites a tfll\'~ de antenas terre.o¡lres de enlace de ~ubidll. Las instalaciones de antena transmiten a los satélites por un rndiocnlace de banda S. Además de su función prindpa1. la MeS mantiene I!I$ 24 honls un sislema colIIl'tuariudo de tabla de bolelino;, con las últimas no\"C(I",Ics)' estados del sistema.

°

~ment o del

usua rio. El segmento del usuario de GPS conSi5te en todos 105 receptores de GPS y la comu nidad de usuarios. Los reecpl Of"l'S GPS convierten I!I$ scilales recibida.~ de los \'eh!eulos espaciales en cstirnaeiones de posición. \'clocidad )' tiempo. Para calcular las cuatro dimensiones de JI. )' Y1 (posición)' t (tiempo), se requieren cuatro satflite$.l..os receptores GPS se usun para na\·egaciÓll. posicionamiento. diseminación de la hora. canogralTa. ~istemas Al, eglos de IICceso múltiple a satelites

861

• Mat~rt'll

protegido por der~hos dE' 'll

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:hos do aulor

Servicio telefónico móvil

INn:JODUCCIÓN Aunque los conceptos básicos de las comu nicaciones radiotelefónicas e n dos sentidos son bastante sencillos. el un·ir.iQ tr/t!óni(Y/ tnÓl'il ha c\'olucionado h:l.Stll lIC'gar u ser un monstruo

de las comunicaciones. que es bastante comptkadoen su coojunlo.1.o!i telHooos ffiÓ\'iles implican redes de comullicaciones intrincadas y algo complejas. formadas COf1 Inctodologras t:lmo analógicas como diglla les. com plicados cemros y prodooktoria de alta frttuencia de bil.'l a la información de voz hace que la senal sea más dominante y menos susceptible a la in· teñerencia. permitiendo una trunsmisión de menO!" potencia y. en eonsecuencia. menor tantidad de transmisores y receptores menos costosos.

Canalas da tráfico COMA Los canales de tráfico COMA consisten en L1n tanal de sentido in~'~oenlace descendente (es· tación base 11 unidad móvil) y uno de enlace Il5Cendente o de sentido directo (estación móvil a estación base). En la fig. 20-17a se ve un canal de tráfico de enlace descendente. Se ve que ese canal consiste en hasta 62 canales. que ineluyen Lino de radiodifusión. usado para control. y ca· nales de trtfioo para lIenr infonnación de suscriptor. El eanal de radiodifusión consiste en un canal piloto. un canal de SiJklOllización. hasta siete canalcs de voceo y haslll 63 eanales de tráfi. co. Todos estos canales comparten la misma asignación de frecuencias COMA de 1.2S MHl. El ClInal de tráfICO se identifica con una ~ncift distinta de código largo. y aipCCffica del usuario. y cadll canal de acceso se identifica con una secuencia distintft de código largo. El canal pilOtO está incluido en cadll ctlula. con el fin de propordonar una sei'lal pana que use el receptor en la adquisición de sincronilllCión. y proporcionar una referencia de fase para demodulación cohaente. Tambitn lo usan las unidades móviles para comparlU" las intUls¡,1"des de senal entre cS!aCiones base. y determinar cuAndo se debe inidar una transfere ndB. El canal de sincroniución usa un código W.lsh W32. y 111 misma secuencia pseudoaleatoria y desplazamiento de fase que el canal pikMo. I",.tIiÍlic!ndole ser demodulado por cualquier receptor que pueda adquirir la sei\aJ piloto. El canal de sincronilllCión difunde mensajes de sincronilllCión " las unidades móviles y funciona a 1200 bps. Los canales de voceo conducen información de la estación base .Ia móvil, como porejemplo. mensajes de parárnc:trode sistema ocie vctso. mensajes de lislll de canales COMA y mensajes de asignllCión de canal. Los canales de \'oceo son opcionales. y su cantidad puede ir de 0.7. Se usan para !nl.nsmitir información de control y

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eIelñlic:o l

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ele trálW:o 62

Varloble (55 a 62)

OpcIonal y variable (O a 7)

(.)

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deaceeso 1 de 111:1; no 2

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ele acuso 32

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.. . . .... ea...

ele tr'liexI 1

do""'" "

Variable (31 e 62) (b)

RGURA 20-17 Canales de trarlCO 15-95: (a) enlace en sentido descendente: [b] IIOIIICft en sentido

escendenta

Servicio telefónico rn6vi1

897 Mat~rt'll

protegido por der~hos dE' 'll

mensaje! de voceo de la estación base a las unidades móviles, y puede fuocionar a 9600 bps, 48lX} bps o 2400 bps. Un solo canal piloto de 9600 bl'S puede soportar, en forma caroctcrb lica. unos ISO VOCCO!i por segundo, haciendo una capacidad total de 1260 voccos por seg undo. Los datos del tráfi co en el canal de enlace descendente. o de sentitkl inveT!lO. se agrupan en tr.Imas de 20 m!i. Pri mero se codifican en foml:l convolucional. y a rontinuación se formalean e inten:a1an para rompenSllT hl$ difereocias de las "elocid3dcs reales tic usuurio, que son .'ariables. La senal resultante se dispersa CQI1 un código de WlIlsh y una sec ueocia pseudoalea· toria la'l!.a. a la ~·clocidad de 1.2288 Mpu lsosls. El canal de transmisión de enlace en sentido directo 5e "e en la fi g. 2O- 11b, Yestá formado por canales de acceso y hasta 62 canales de tráfico en se ntido directo. Los canale..~ de ae"). y la mitad de una revolución ( 180") representa una distancia de un euano de longitud de onda

(0.25>..). e~tera.. Una Unea de trnnsmisión que termina en un circuito abiert o tiene una impedancia en el utremo abierto que es pul'lllTlCnte resistiva. e igual a innnito (capítu lo 8). En el dipgrama de Smith, este punto se gratiea en el elltremo defIXho de la linea X - O (punto A, tig. A· IO). Al av1U\1.at hacia la fuente (generador). la impedancia de entrada se detennina girando en tomo a la gráfICa en dirección de las manecillas del reloj. Al girar más y más en tomo al circulo (al lTlO\'~

9'4

Aptndice A

COORDEN.aD·.s DE IMPEDAHCIA D .aDMITANCIA

-..-.-.. FIGURA A-9 Imped8nCill compleja

hacia elgencrador). la capacitanc ia disminuye hacia un vlkJr normalizado de la unidad (es decir, z - -j i) a la distancia de un octavo de longi tud de onda de la carga (punto e en la lig. A·IO) y I un valor rnCnimo juslO por deblojo de un cuattode Ion¡itud de onda. A l. distanci. de un cuar_ 10 de: longitud de onda, la imped.anc:ia de cnuada es punurx:nle n::sistin e igÚal a O O (punlO B de la fig. A- lO). Como se describe en el caprtulo 8. hay una inve-rsión de impedancia cada cuar· 10 de: longitud de onda, en una Ifnea de tnJ.nsmisiÓll. Al rebasar un CUW"lO de longitud de onda. la impedancia se transrorma en inductiva y mfnima; a continuación Clttc: hasta un valor nonnali· :r.adodc unidad (es dccir.l - +jl ) a una dislancia de tres OCIa\'os de Iongilud de onda de la car· ga (punto D en la fig . A-l O) Yun valor lIWtimojusto antes de media 1000gilud de onda. A la di s· UllICia de media longi tud de onda, l. impedancia de e ntrada de nuevo es punurx:nte resistiva e igual. infinito (re¡rcso al puntoA de la fiJ. A· IO). Los resu ltados de este amll isis son ick!:nt icos a Jos cn«lntndos ron el análisis fasoriD.l en el capftu lo 8, graficados en la fig. 8-20.

EJ diagreme de Smith

915

COORIXN.-.oAS IX IMPEDANCIA O AOMIT ANClA

I

I

•

. -...-..

Se puede hacer un anál is is sclllejl1l1le con una lInea de Inmsmisión u:mlinada en conocir· euilO. aunque se obtienen vlllillCiones de impedancia opueslas a las que habla oon un circuito abierto. En ]a carga, la impedancia de enunda es puramenie resis¡l\'a, igual a O. Por oonsiguiente. la carga eslá en el punlo 8 de la fig. A·IO, y el punloA reprcsenia una di stancia de un cuano de Iongilud de onda de la carga.. El puniD Dcslá a la disww:ia de un OCtaVO de longilud de onda de la carga. y el punto C. a tres octa.'os de lon gi lOO de onda. Los resul tados de ese análi sis son itltn· ticos a los que !le' obtu vieron con rusores en el cap/lUlo 8, graficados en la fig . 8·2 ]. Para una Unea de ImIlsmi sión temlÍnOO¡¡ en una carga puramente resistiva di stinla de Zo. el análisis oon diagrama de Smith es muy parecido al procesodcscrÍloen la sceción anterior. Por ejem plo, p;ira una impedancia de carga Z,. - 37.5 n resiSiiva, y una impedancia característica de linea de ImIlsmisión Zo = 75 la impedancia de enlruda a ~:uias distancias de la carga se dctcnnina como sigue

n.

916

Apéndice A

AGIJRA 4011 Ct'c..1o. de ito¡;'8deoOa de e"tr &da

l . La imp...bncia rllMmalizada de car¡a ~ es ?

'

'"

Z" .. 37.5

z,,71

;;o

OS

'

2. Se gr:afiCl l .. O ., en la gr.ifica de Smilh (pumoA de ta fig. A·ll). Se tnIZa un circulo que: pase por el punto A. con su centro ubicado en la inlel'$CCCión del cfrculo R .. 1 Yc!1lTCO X • O, J. Se lee SWR en forma directa en la intCfSCCCión del cfrculo l .. 0.5 con la rttta X .. O en el lado derecho (punto 1). En este caso. SWR .. 2. Con el ci~1o de impedancia te pueden de$crjbir todas lu impedancias a lo larJo de: la linea de ttansmi5ión. Por COIIsi¡uienle. 1.1 impedancia de entrada (~) ala distancia de 0.125"- de 1.1 cat¡a se determina proyectando el cfrculo ~

El dillQ' ama da Smith

917

COCJfIDENAOAS DE IMPEDANCIA o 4DMITANCIA

.-...

~. ,

FIGURA ,.,.12 Diflgrema de Smith pllnl el ejemplo Ar1

J. Se proyecta el punto A hasta la escala utema (punto 8 ). La impedanc ia ClIr.K1erlstica de una ICnea de: Ir.Ulsmisión es pununcnte resiStiva. En consecuencia. si el tl1lllSfonnadorde CUM' 10 de onda está a una distancia de la carga en la que la impedancia de enlnlda se;¡ purumcnte re· sistiva. elll1lnsformador puaIe IICOplar la Unea tic tr.Insmisión a la clLIia. Hay dos puntO!i sobre el circulo de impedancia dondI: la impedancia de enlnlda es pur.unente resistiva: donde el circulo intenecta la rec;llI X - O(puntos y de la fig . A· IJ). Por coruiguiente. la distancia de la caro ga a un punto donde la impedancia de e nlnlda sea pununcnte n:s istivD se determi na lan sólo con calcular la distancia en longitudes de onda del punto B de la fig. A-13 a cualquiera de los puno tOS o D, la que resu lte 1fIC'1IOr. La d istancia de l puntO B al punto

e o

e

e es

punto

e

O.250~

- punto B

distancia

El dillgrllmll de Smith

919

COOIIDEN-.D¡\,S DE IMPED.lNClA O ¡\,[)MIUNClA

.•...-.. FIGURA A-13 Oiegrema de Smittl. trnnsfDl'TTl8dor de un eUEI/W de onda

Si se instala un Imnsform:wkM" de cu:.no de loogitud de onda a 0,058>. de la carga. 1:. impedancia de entrada se lec en fonna dircclll de la fig. A· 13. z¡ - 2.4 (punto C). 4. Se observa que 2,4 tambil'n es la relación SWR de la lfnea sin compensar, y se Ice en fonna directa en la gráfi ca. 5. La impcdlll1Cia real de entr.JC.la a Z¡ - 50(2.4) - 120 La impedancia caracterfstica deltmnsfonnador de euano de onda se calcu la con la ccullCión 8·32.

n.

Z ~ = VZQlI :::

V5(J x

120 :::: 77.5 n

As!, si SI.' insena un cuano de longiwd de onda de una líne:. de transmis ión de 77.5 11 a 0 .058>. de la c:u¡;a. la linea queda acoplada. Se debe obscrv:u- que:. un trnnsfomuuJor de eUMO de ond.1 no c:lim;1IlI por completo las ondas estocionarias de la lClle:l de transmisión. Sólo las climi·

920

A¡Htncfice A

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