Laboratorio de radiocomunicaciones
2
- Características de
FM - Espectro
disperso - Salto en frecuencia (FHSS:
frequency hopping spread spectrum) - ¿Qué es acceso
inalámbrico? - FDMA
- Frecuencias para sistemas Spread
spectrum, Wi-fi, Bluetooth y Wlan - (OFDM) orthogonal frequency
division multiplexing - W-ofdm – wideband orthogonal
frequency division multiplexing - (FSK) transmisón por
desplazamiento de frecuencia - (WBFM y NBFM) fm de banda ancha y
angosta - (FDM) multiplexación por
división en frecuencia - Modulación en frecuencia
(FM, AFM) - Otras
aplicaciones - Conclusiones
- Bibliografía
El importante desarrollo y
avance de las telecomunicaciones ha tenido varios factores para
ayudas de su progreso y una de ellas es la modulación
de frecuencia, inyectándole dinamismo, popularidad e
interés
en todo el mundo, dando estímulos a la generación
de ambiciosos planes tanto técnicos como
empresariales.
El inicio de la FM hizo lograr importantes progresos en
el cumplimiento del compromiso por parte de las organizaciones
mundiales, de expandir la cobertura de las comunicaciones
a lo largo del mundo, de tal forma que se garantizó el
acceso a la
comunicación como un derecho fundamental de todos a un
futuro no lejano.
La FM fue utilizada en un principio por la
radiodifusión para crear canales radiofónicos, a
continuación daremos a conocer los diferentes métodos de
modulación de frecuencia que han aportado un gran desarrollo a
las telecomunicaciones.
El primer sistema operativo
de comunicación radiofónica fue
descrito por el inventor norteamericano Edwin H. Armstrong en
1936.
La frecuencia modulada posee varias ventajas sobre el
sistema de
modulación de amplitud (AM) utilizado alternativamente en
radiodifusión. La más importante es que al sistema FM apenas
le afectan las interferencias y descargas estáticas.
Algunas perturbaciones eléctricas, como las originadas por
tormentas o sistemas de
encendido de los automóviles, producen señales de
radio de
amplitud modulada que se captan como ruido en los
receptores AM.
Las características principales de la
frecuencia modulada son: su modulación y su
propagación por ondas directas
como consecuencia de su ubicación en la banda de
frecuencia de VHF.
La modulación en frecuencia consiste en variar la
frecuencia de la portadora proporcionalmente a la frecuencia de
la onda moduladora (información), permaneciendo constante su
amplitud. A diferencia de la AM, la modulación en
frecuencia crea un conjunto de complejas bandas laterales cuya
profundidad (extensión) dependerá de la amplitud de
la onda moduladora. Como consecuencia del incremento de las
bandas laterales, la anchura del canal de la FM será
más grande que el tradicional de la onda media, siendo
también mayor la anchura de banda de sintonización
de los aparatos receptores (especie de " puerta electrónica " de los aparatos receptores
que permite que pase a la etapa de demodulación una
determinada anchura de señal). La principal consecuencia
de la modulación en frecuencia es una mayor calidad de
reproducción como resultado de su casi
inmunidad hacia las interferencias eléctricas. En
consecuencia, es un sistema adecuado para la emisión de
programas
(música) de
alta fidelidad.
Las características derivadas de su
mayor anchura de canal no son consecuencia directa de la tecnología de FM
(aunque este tipo de modulación necesita un mayor consumo de
espectro), sino de una decisión política de comunicación. Cuando se desarrolló
la frecuencia modulada, la banda de MF (tradicional en los
servicios de
radio) estaba
completamente saturada, por lo que se adjudicó la banda de
VHF, espectro que ofrecía grandes posibilidades de
expansión para los nuevos servicios de
radiodifusión. La
televisión también se aprovechó de la
saturación de media frecuencia. La ausencia de una
limitación de la banda de VHF y el ánimo de otorgar
a la FM la posibilidad de emitir programación de alta fidelidad, hizo que
los canales de frecuencia modulada tuvieran una capacidad muy
superior a sus necesidades. Aunque la anchura de los canales
depende de decisiones concretas de cada Estado, la
mayoría de las naciones han adjudicado a la FM unos
canales con una anchura entre 100 y 200 KHz. Si consideramos que
todo el espectro de audiofrecuencia necesita una amplitud de 20
KHz, podemos concluir que un canal de FM puede emitir
simultáneamente por medio de una multiplexión de
frecuencias entre cinco y diez canales completos de alta
fidelidad (esta división no es exacta ya que se necesita
la ubicación de frecuencias de separación entre
cada una de las señales).
La propagación de la banda de VHF (al igual que
la UHF y frecuencias superiores) se realiza por medio de las
llamadas ondas directas o
espaciales, que se caracterizan por su direccionalidad y, en
consecuencia, su limitada cobertura (las ondas directas se
pierden en el espacio cuando confluyen con la línea del
horizonte). Esta direccionalidad hace que las señales de
FM puedan ser fácilmente absorbidas o " apagadas " por los
obstáculos que encuentra en su trayectoria. La banda de
VHF tiene un índice de refracción
atmosférica (pequeño declive que hace que su
cobertura máxima sea superior al simple horizonte
óptico) superior a las bandas de frecuencia más
altas (UHF por ejemplo) y en consecuencia pueden alcanzar mayores
coberturas. A pesar de la refracción troposférica,
la propagación de la banda de VHF se caracteriza por su
pequeña cobertura, comparada con la alcanzada por la AM,
como consecuencia de la direccionabilidad de las ondas directas o
espaciales.
Su pequeña cobertura convierte a la frecuencia
modulada en un servicio de
radio fundamentalmente local (el empleo de
repetidores puede incrementar su cobertura). La escasa longitud
de onda de esta banda de frecuencia hace que las antenas sean de
pequeñas dimensiones y consecuentemente tengan una
polarización horizontal. Sus semejanzas con las antenas de
televisión
(en longitud y polarización) produce que en la
mayoría de los hogares la antena de FM esté
incorporada en la propia antena de TV, y en definitiva las
antenas de televisión
sirvan para la captación de señales de
modulación en frecuencia.
Las dificultades de recepción de la FM en los
automóviles (generalmente antenas de polarización
vertical) ha motivado que las estaciones de frecuencia modulada
empleen con frecuencia antenas diseñadas para radiar la
señal en ambos planos, horizontal y vertical. Estas
antenas, denominadas de polarización circular, permiten
que los receptores capten la misma intensidad de señal
independientemente de la polarización de la antena
receptora.
La propagación de la señal de la
frecuencia modulada debe ser en línea de
vista.
Las torres solo sirven para soporte de las antenas
irradiantes.
Deben normarse que las plantas
transmisoras se ubiquen fuera del perímetro
urbano.
Spread Spectrum ('espectro disperso') es una
técnica de comunicación que por los altos costes
que acarrea, se aplicó casi exclusivamente para objetivos
militares, hasta comienzos de los años noventa. Sin
embargo, comienza a surgir lentamente un mercado
comercial.
Seguramente mucha gente ha escuchado alguna vez nombrar
a LAN (Local
Area Networks: Area de redes locales). Estas son
redes que
comunican ordenadores entre sí a través de cables,
lo que hace posible que por ordenador se pueda enviar correo
dentro de un edificio determinado, por ejemplo. Actualmente se
venden también 'Radio LAN' (RLAN),
que constituyen una comunicación inalámbrica entre
una cantidad determinada de ordenadores.
Para poder captar
un programa
radial hay que sintonizar con un emisor que está en una
determinada frecuencia. Emisores diferentes están en
diferentes frecuencias. Cada emisor ocupa un pequeño trozo
de la banda emisora dentro de la cual se concentra la potencia de
emisión irradiada. Ese pequeño trozo,
también llamado amplitud de banda, tiene que ser lo
suficientemente grande como para que los emisores cercanos no
sean interferidos. A medida que la amplitud de banda es
más angosta, pueden funcionar más emisores en una
banda de frecuencia.
Un ejemplo:
La banda emisora FM cubre la zona de frecuencia de
88-108 MHz. Si la amplitud de banda de un emisor es 1 MHz,
entonces pueden caber (108-88)/1 = 20 emisores en la banda
emisora FM.
Si la amplitud de banda de un emisor es 0,2 MHz (= 200
KHz), entonces pueden caber (108-88)/0,2 = 100 emisores en la
banda emisora FM.
Si ahora, por ejemplo, quisiera colocar 200 emisores en
la banda emisora FM, eso sólo se pudiese si la amplitud de
banda de cada emisor disminuyera. Sin embargo, esto ocasiona
problemas
porque en la emisora FM se maneja una amplitud de banda de 200
KHz. Una amplitud de banda más pequeña produce una
menor transmisión de información por lo cual es imposible
obtener una calidad Hi-fi.
Este principio no es sólo válido para la banda
emisora FM, sino también para otras bandas de frecuencia
como la banda emisora AM, bandas de radioaficionados, bandas de
la policía, etc.
La radio-receptora se puede sintonizar siempre en una
frecuencia. Esa frecuencia es retransmitida por el emisor con una
amplitud de banda lo más pequeña posible, pero lo
suficientemente grande como para transmitir la información
deseada. Este tipo de receptores se llama receptores de banda
angosta (estrecha).
Por el contrario, en Spread Spectrum no se elige por una
amplitud de banda lo más pequeña posible, sino
justamente por una lo más grande posible. La amplitud de
banda es mayor de lo que se necesita estrictamente para la
transmisión de la información. Esta mayor amplitud
de banda puede obtenerse de dos maneras. La primera es codificar
la información con una señal seudo-fortuita
(aleatoria). La información codificada se transmite en la
frecuencia en que funciona el emisor para lo cual se utiliza una
amplitud de banda mucho mayor que la que se usa sin
codificación (secuencia directa). La segunda posibilidad
es codificar la frecuencia de trabajo con una señal
seudo-fortuita(aleatoria), por lo que la frecuencia de trabajo
cambia permanentemente. En cada frecuencia se envía un
pequeño trozo de información (Frecuencia
Hopping).
Esta difusión a través del Spread Spectrum
puede ser tan grande que un receptor-radio sólo capta un
zumbido. Un receptor-radio 'oye', pues, sólo una
pequeña parte de la banda de frecuencia. Para poder captar
la señal dispersa se necesita receptores con amplitud de
banda especial que transformen el zumbido recibido en
información. Este receptor de banda ancha
tiene que disponer del decodificador apropiado para transformar
la señal del emisor en información.
De lo anterior se puede deducir en forma sencilla porqué
los militares están tan interesados en esta
técnica. A eso se agrega que es difícil interferir
un emisor de este tipo. Si se interfiere toda la banda de
frecuencia, se vuelve imposible cualquier
radiocomunicación.
Determinados emisores de escuchas hacen uso
también del principio Spread Spectrum. Las ondas de radio
están sumergidas en el zumbido (ruido de
fondo), en el Spread Spectrum, por lo cual el emisor no es
fácil de descubrir con la ayuda de los aparatos de
detección corrientes (véase además el
artículo 'Escuchas de recintos').
La expectativa general es que comercialmente se vaya a
ir haciendo cada vez más uso de Spread Spectrum para la
transmisión de datos. A causa de
que la potencia de
emisión se difunde sobre una banda ancha,
puede ser usada por encima de bandas de frecuencia existentes,
sin interferir la recepción de banda angosta. Por eso es
posible admitir más usuarios en una banda de frecuencia.
Otra ventaja es la seguridad de
la
comunicación. Al fin y al cabo, la información
se envía cifrada. En un sistema RLAN con 100 usuarios que
utilizan Spread Spectrum es suficiente con 1 frecuencia emisora y
100 señales-codificadoras diferentes. La
información se codifica, entonces,
directamente.
La técnica Spread Spectrum se puede usar sobre
bandas de frecuencia diferentes. Walkie-talkies en el trabajo o
teléfonos inalámbricos en casa son aplicaciones que
desde el punto de vista técnico se esperan en el porvenir.
Sin embargo, este tipo de aparatos no están aún
comercializados o son apenas adquiribles (o están a la
venta en forma
reducida).
La aplicación de esta técnica
podría caer fuera del sistema de permisos de
emisión, debido a que para un receptor de banda angosta
parece como si hubiera zumbido y las emisoras radiales normales
en su conjunto, no sufren interferencias por la técnica
Spread Spectrum.
3. SALTO EN FRECUENCIA
(FHSS: FREQUENCY HOPPING SPREAD SPECTRUM)
- FHSS de banda estrecha consiste en que una trama de
bits se envía ocupando ranuras específicas e
tiempo en
diversos canales de radio-frecuencia. - FHSS de banda ancha consiste en que durante el
intervalo de 1 bit se conmutan diversos canales de
radio-frecuencia.
Al igual que Ethernet los
datos son
divididos en paquetes de información, solo que estos
paquetes son enviados atraves de varias frecuencias, esto es
conocido como "Hopping Pattern", la intención de enviar la
información por varias frecuencias es cuestión de
seguridad, ya que
si la información fuera enviada por una sola frecuencia
sería muy fácil interceptarla.
Además, para llevar acabo la transmisión
de datos es necesario que tanto el aparato que envia como el que
recibe información coordinen este denominado "Hopping
Pattern". El estandard IEEE 802.11 utiliza FHSS, aunque hoy en
dia la tecnologia que sobresale utilizando FHSS es
Bluetooth
4.
¿QUÉ ES ACCESO INALÁMBRICO?
- En muchos casos usuarios quieren acceder a un medio
común para obtener un servicio. - Ejemplos: computadoras
conectadas a una red, teléfonos
fijos y móviles, etc. - El acceso inalámbrico es aquél en que
los usuarios obtienen su servicio mediante un enlace
óptico o de radio-frecuencias. - Muchos piensan que esta será la tecnología de acceso del futuro porque
evitará el uso de diferentes modos de conexión
existentes hoy en día: RS-232C, RJ-45, RJ-11,
Centronics, etc. - Para tener acceso, se han creado protocolos
que garantizan que el acceso obedezca a algún criterio
acordado: acceso justo, dar prioridad a la información
sensible a retardos, ofrecer garantías de transporte
confiable, etc. - El acceso puede ser mantenido indefinidamente o ser
asignado temporalmente por demanda de
cada usuario: - FAMA ( Fixed Assigned Multiple Access
) - DAMA ( Demand Assigned Multiple Access
) - Por lo general, estas modalidades se utilizan en
enlaces satelitales, aunque también es factible
encontrarlo en enlaces terrestres. - Un buen ejemplo de una asignación fija de
canales FAMA operando en FDMA ( Frequency Division Multiple
Access ),
usando modulación FM, son los satélites Intelsat IV y V. - Sin embargo, estos satélites también pueden ser
usados en modo DAMA operando en FDMA con una frecuencia
portadora modulada en QPSK por cada canal telefónico
(SCPC: Single Channel per Carrier ). - El acceso inalámbrico en modo de
asignación dinámica puede presentar diversas
variantes, cada una de las cuales se adapta mejor a la
aplicación específica. - En telefonía inalámbrica los protocolos
que controlan el acceso operan de acuerdo a los
parámetros de frecuencia, tiempo y
código. - FDMA: Frequency Division Multiple
Access - TDMA: Time Division Multiple Access
- CDMA: Code Division Multiple Access
- FDMA: Frequency Division Multiple
- En telefonía inalámbrica la necesidad
de comunicación es en ambos sentidos. Para proveer
canales bidireccionales (en dirección directa y de retorno)
simétricos se han ideado 2 métodos: - FDD: Frequency Division Duplex: canales
separados en frecuencia - TDD: Time Division Duplex: canales separados en
el tiempo
- FDD: Frequency Division Duplex: canales
<>
- <>
- <>En este caso cada usuario tiene un canal de
frecuencia asignado para la comunicación, mientras
ésta dure. - Este canal puede estar permanentemente asignado (como
es el caso de los canales satelitales FAMA asignados a los
carrier internacionales) o puede ser usado transitoriamente por
el usuario, (como en la telefonía
celular analógica AMPS). - El esquema es relativamente fácil de
desarrollar y sencillo de administrar, cuando hay pocos
usuarios. - Las desventajas son muchas: el sistema es
relativamente rígido y cada equipo de estar provisto de
las componentes necesarias para usar la frecuencia disponible.
No es muy eficiente cuando el número de usuarios es
elevado, por lo cual no se usa exclusivamente en los sistemas
celulares de 2a generación. Tampoco se adapta muy bien a
la transmisión de datos. - Los canales son asignados de acuerdo a la demanda.
- Normalmente FDMA se combina con multiplexing
FDD. - Los canales sin uso no pueden utilizados por otros
para aumentar el BW. - BW de FDMA es de 30 KHz.
- FDMA utliza un filtro RF para evitar las
interferencias con canales adyacentes.
6. FRECUENCIAS PARA
SISTEMAS SPREAD SPECTRUM, WI-FI, BLUETOOTH Y WLAN
Desde 912.00 hasta 928.00 MHz Interior y
Exterior
Desde 2,400.00 hasta 2,483.75 MHz Interior y
Exterior
Desde 5,150.00 hasta 5,350.00 MHz Uso Bajo
Techo
Desde 5,725.00 hasta 5,850.00 MHz Interior y
Exterior
Todas las bandas antes citadas son de uso libre, sin
embargo, a pesar que su utilización puede ser en
interiores o exteriores, no se deberá exceder de las
siguientes condiciones técnicas
de operación:
– La Potencia no deberá exceder a 1 Watt a la
salida del transmisor
– La ganancia máxima de las antenas deberá
ser de 6 dBi,
– La potencia máxima radiada no debe sobrepasar
los 6 dBW (aprox. 3.98 vatios).
Se podrá compensar la ganancia de antena con la
potencia de salida del transmisor, de tal forma que la potencia
máxima radiada nunca sobrepase los 6 dBW.
IMPORTANTE: No se ofrecerá protección
contra interferencias perjudiciales, a quienes utilicen estas
tecnologías.
Las bandas de uso libre pueden ser compartidas con
bandas de uso Oficial y de uso Regulado, en el caso de las
frecuencias de uso libre, éstas deberán dar
protección a las de uso oficial y regulado. Esta
disposición no es aplicable en el sentido opuesto, es
decir, las frecuencias de uso oficial y regulado, no darán
protección contra interferencias perjudiciales a las
emisiones de uso Libre, cuando frecuencias dentro de esta banda
sean compartidas.
Los sistemas que usen estas tecnologías,
deberán cesar su operación, si se comprueba que sus
emisiones están produciendo interferencias en frecuencias
de Uso Regulado o Uso Oficial. Solamente se autorizará su
operación, si se demuestra haber solventado el problema de
interferencia.
Tipos de Espectro Amplio (Spread Spectrum)
DSSS ("Direct Sequence Spread Spectrum")
FHSS ("Frequency Hopping Spread Spectrum")
FHSS ("Frequency Hopping Spread Spectrum")
Fue la primera implementación de Espectro Amplio
y funciona de la siguiente manera:
Al igual que Ethernet los
datos son divididos en paquetes de información, solo que
estos paquetes son enviados atraves de varias frecuencias, esto
es conocido como "Hopping Pattern", la intención de enviar
la información por varias frecuencias es cuestión
de seguridad, ya que si la información fuera enviada por
una sola frecuencia sería muy fácil
interceptarla.
Además, para llevar acabo la transmisión
de datos es necesario que tanto el aparato que envia como el que
recibe información coordinen este denominado "Hopping
Pattern". El estandard IEEE 802.11 utiliza FHSS, aunque hoy en
dia la tecnologia que sobresale utilizando FHSS es
Bluetooth
6.1. BLUETOOTH
Es un estandard que utiliza FHSS, capaz de transmitir a
velocidades de 1 Mbps y es apoyado por más de 2000
empresas de
tecnologia.Bluetooth ha surgido ultimamente como un posible
substituto a todo tipo de cable anexado a una computadora ,
debido a su costo y el apoyo
de cientos de empresas. A su
velocidad (1
Mbps) será capaz de substituir las conexiones clasicas de
cables paralelos y seriales, ya que es 3 y 6 veces más
rápido (respectivamente) que estas conexiones en amplio
uso en cualquier computadora.
Esto trae una cantidad interminable de posibilidades
desde impresoras,
monitores,
conexiones de portatiles (Laptops),teclados,mouses ..etc.Esta
tecnología es capaz de transmitir información
efectivamente hasta una distancia de 10 metros entre aparatos que
utilicen transmisores "Bluetooth", debido que se emplea FHSS el
"Hopping Pattern" de Bluetooth es de 1600 veces por segundo, lo
cual asegura que la transmisión de datos sea altamente
segura.
En cuanto a su implementación Bluetooth utiliza
el término piconet . Un piconet es un grupo de 2 u 8
aparatos que utilizan "Bluetooth", estos aparatos que forman
parte del piconet comparten el mismo rango que es utilizado por
un "Hopping Sequence", a su vez cada piconet contiene un aparato
principal ("master") que es el encargado de coordinar el "Hopping
Pattern" del piconet para que los demás aparatos
("slaves") sean capaces de recibir información.
7. (OFDM) ORTHOGONAL
FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING
- Técnica Multiportadora
convencional - Modulación con portadoras
ortogonales
Durante los últimos años, la
aceptación del OFDM como tecnología de base para el
802.16a que es un estándar de IEEE para redes de
área metropolitana inalámbrica que puede proveer
extensión inalámbrica para acceso de última
milla de banda ancha en instalaciones de cable y DSL. El mismo
cubre el rango de frecuencias de 2 a 11 GHz y alcanza hasta 50
kilómetros lineales, brindando conectividad de banda ancha
inalámbrica sin necesidad de que exista una línea
directa de visión a la estación de base. La
velocidad de
transmisión de datos puede llegar a 70 Mbps. Una
estación de base típica puede albergar hasta seis
sectores. La calidad de
servicio está integrada dentro del MAC, permitiendo la
diferenciación de los niveles de servicio.
El origen del OFDM es en la década del 50/60 en
aplicaciones de uso militar que trabaja dividiendo el espectro
disponible en múltiples subportadoras. La
trasmisión sin línea de vista ocurre cuando entre
el receptor y el transmisor existen reflexiones o absorciones de
la señal lo que resulta en una degradación de la
señal recibida lo que se manifiesta por medio de los
siguientes efectos: atenuación plana, atenuación
selectiva en frecuencia o interferencia Inter.-símbolo.
Estos efectos se mantienen bajo control con el
W-OFDM que es una tecnología propietaria de WI LAN
quién recibió, en 1994, la patente 5,282,222 para
comunicaciones
inalámbricas de dos vías y banda ancha OFDM
(WOFDM). Esta patente es la base para los estándares
802.11a, 802.11g, 802.11a R/A, 802.16 a estándares para
HiperMAN.
Los sistemas W-OFDM incorporan además estimación de
canal, prefijos cíclicos y códigos Reed-Solomon de
corrección de errores.
Wi-LAN introdujo su línea de productos BWS
3000 basada en W-OFDM en octubre del 2001. Actualmente ya ha
introducido al mercado la
tercera generación de equipos OFDM siendo el único
proveedor mundial con una sólida experiencia en esta
tecnología probada a través de la excelencia de sus
productos.
Es indudable que la gran mayoría de las redes de
área local de hoy en día funcionan bajo el
estándar 802.11b. Sin embargo, la creciente disponibilidad
en el mercado de tarjetas de radio
y access points con
tecnología 802.11a es la más clara señal de
la existencia de otra poderosa tendencia en soluciones
para las redes conocidas como LAN. La presencia de ambas
tecnologías lleva a los usuarios a confusiones sobre
cuál es "mejor" para decidir cuál de las dos deben
usar.
Como probablemente sabe, las tecnologías 802.11a
y 802.11b definen cada una capa física diferente. Los
radios 802.11b transmiten a 2.4 GHz y envían datos a tasas
tan altas como 11Mbps usando modulación DSSS (Espectro
Disperso de Secuencia Directa); mientras que los radios 802.11a
transimiten a 5 GHz y envían datos a tasas de hasta 54
Mbps usando OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing o en
español
Multiplexación de División de Frecuencia
Ortogonal).
OFDM es una tecnología de modulación
digital, una forma especial de modulación multi-carrier
considerada la piedra angular de la próxima
generación de productos y servicios de radio frecuencia de
alta velocidad para uso tanto personal como
corporativo. La técnica de espectro disperso de OFDM
distribuye los datos en un gran número de carriers que
están espaciados entre sí en distintas frecuencias
precisas. Ese espaciado evita que los demoduladores vean
frecuencias distintas a las suyas propias.
OFDM tiene una alta eficiencia de
espectro, resilencia a la interface RF y menor distorsión
multi-ruta. Actualmente OFDM no sólo se usa en las
redes
inalámbricas LAN 802.11a, sino en las 802.11g, en
comunicaciones de alta velocidad por vía telefónica
como las ADSL y en
difusión de señales de televisión digital
terrestre en Europa, Japón y
Australia.
El espectro de OFDM se
traslapa
8. W-OFDM – WIDEBAND
ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING
Esquema de transmisión que codifica la
información en múltiples radio frecuencias
simultaneamente. Dando como resultado, mayor seguridad y mayor
velocidad. Esto lo convierte en el esquema más eficiente
en el uso del ancho de banda en la industria.
W-OFDM es la base del estándar IEEE 802.11a que a
su vez es la base para el estándar propuesto IEEE
802.16
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Características
- Ancho de Banda: 30Mbps
- Altamente inmune a interferencias
- Punto-a-Punto, 8 a 10Km
- Multi-Punto, 3 a 5Km
- Proximamente: 45Mbps, 90Mbps, 155Mbps
Para ver el gráfico seleccione la
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Patente
- Wi-Lan
- USA 5,282,222
- CANADA 2,064,975
El reto de todos los días para la industria es
lograr mayores velocidades de transmisión en las redes de
datos/Internet. Una
propuesta es el esquema de transmisión W-OFDM (Wide-band
Orthogonal Frequency Division Multiplexing), este método
como otros codifica los datos dentro de una señal de radio
frecuencia (RF). Transmisiones convencionales como AM/FM envian
solamente una señal a la vez sobre una frecuencia de
radio, mientras que OFDM envia una señal de alta velocidad
concurrentemente sobre frecuencias diferentes. Esto nos permite
hacer un uso muy eficiente del ancho de banda y tener una
comunicación robusta al enfrentar ruido y reflejos de
señales.
La tecnología OFDM parte una señal de alta
velocidad en decenas o centenas de señales de menor
velocidad, que son transmitidas en paralelo. Esto crea un sistema
altamente tolerante al ruido, al mismo tiempo es muy eficiente en
el uso del ancho de banda y por lo tanto permite una amplia
covertura de área punto a punto y multipunto.
Actualmente existen equipos con la capacidad de
transmitir desde 1.5Mbps hasta 30Mbps en 25MHz de ancho de banda
y pronto se estarán produciendo equipos que superaran
velocidades de 100Mbps. Adicionalmente a la velocidad, se cuenta
con opciones de seguridad que hacen virtualmente imposible
decifrar la señal que se transmite.
Los equipos con tecnología OFDM ayudan a las
empresas a evitar los altos costos de
instalación de cable, a eliminar rentas mensuales o cargos
por licenciamiento. Son la solución ideal en distancias
moderadas para redes de información punto a punto,
multipunto, acceso de alta velocidad a Intenet, extensiones de
LAN/WAN, Videoconferencia, Telefonía, Telemetría,
Control,
Etc.
9. (FSK) TRANSMISÓN
POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA
La transmisión por desplazamiento de frecuencia
(FSK), es una forma, en alguna medida simple, de
modulación digital de bajo rendimiento. El FSK binario es
una forma de modulación angular de amplitud constante,
similar a la modulación en frecuencia convencional,
excepto que la señal modulante es un flujo de pulsos
binarios que varía, entre dos niveles de voltaje discreto,
en lugar de una forma de onda analógica que cambia de
manera continua. La expresión general para una
señal FSK binaria es
Para ver el gráfico seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
donde v(t) = forma de onda FSK binaria
Vc = amplitud pico de la portadora no
modulada
wc, = frecuencia de la portadora en
radianes
vm(t) = señal modulante digital
binaria
D w = cambio en
frecuencia de salida en radianes
De la ecuación anterior puede verse que, con el
FSK binario, la amplitud de la portadora Vc se
mantiene constante con la modulación. Sin embargo, la
frecuencia en radianes de la portadora de salida (wc)
cambia por una cantidad igual a ± Aw/2. El cambio de
frecuencia (D w/2) es proporcional a la amplitud y polaridad de
la señal de entrada binaria.
Por ejemplo, un uno binario podría ser +l volt y
un cero binario -1 volt produciendo cambios de frecuencia de + D
w/2 y -D w/2, respectivamente. Además, la rapidez a la que
cambia la frecuencia de la portadora es igual a la rapidez de
cambio de la señal de entrada binaria vm(t) (o
sea, la razón de bit de entrada). Por tanto, la frecuencia
de la portadora de salida se desvía (cambia), entre
wc + D w/2 y wc – D w/2 a una velocidad
igual a fm.
9.1. TRANSMISOR DE FSK
Con el FSK binario, la frecuencia central o de portadora
se desplaza (se desvía), por los datos de la entrada
binaria. En consecuencia, la salida de un modulador de FSK
binario es una función
escalón en el dominio del
tiempo. Conforme cambia la señal de entrada binaria de 0
lógico a 1 lógico, y viceversa, la salida del FSK
se desplaza entre dos frecuencias: una frecuencia de marca o de 1
lógico y una frecuencia de espacio lógico o de 0
lógico. Con el FSK binario, hay un cambio en la frecuencia
de salida, cada vez que la condición lógica
de la señal de entrada binaria cambia. Así, la
razón de salida del cambio es igual a la razón de
entrada del cambio. En la modulación digital, la
razón (rapidez de cambio en la entrada del modulador se
llama razón de bit y tiene las unidades de bits por
segundo (bps). La rapidez (razón) de cambio en la salida
del modulador se llama baudio o razón de baudio y es igual
al recíproco del tiempo de un elemento de
señalización de salida. En esencia, el baudio es la
razón de línea en símbolos por segundo. En
el FSK binario, las razones de cambio de entrada y salida son
iguales; en consecuencia, la razón de bit y la
razón de baudio son iguales.
10. (WBFM Y NBFM) FM DE
BANDA ANCHA Y ANGOSTA
Cuando una señal es modulada en frecuencia, la
portadora cambia en frecuencia en línea con la
modulación. Esto se llama la desviación. De la
misma manera que el nivel de modulación puede ser variado
para una señal en modulación de amplitud, es lo
mismo que AM, aunque no hay un nivel máximo o una
modulación al 100% como en el caso de AM.
El nivel de modulación está regido por un
número de factores. El ancho de banda que está
disponible es una. También se encuentra que las
señales con una desviación grande pueden apoyar
transmisiones más de alta calidad aunque ocupan
naturalmente un mayor ancho de banda. Como resultado de estos
requisitos que están en conflicto de
los diversos niveles de la desviación se utilizan
según la aplicación a usar.
Estas aplicaciones con los niveles bajos de la
desviación se llaman, modulación de frecuencia en
banda angosta (NBFM) y típicamente los niveles de +/- 3
KHz o más son usados dependiendo del ancho de banda
disponible. NBFM se utiliza generalmente para comunicaciones
punto a punto. Para niveles de desviación mucho más
altos se utilizan para broadcasting. Esto es llamado Wide Band FM
(WBFM), FM de Banda Ancha, y es usado para broadcasting con
niveles de desviación de +/- 75 KHz.
Para recibir, un scanner FM puede
tener dos diversos modos, uno etiquetado WBFM y el otro NBFM. El
modo correcto se debe seleccionar obviamente para la
recepción correcta. También si se anticipa que la
recepción de ambos modos es requerida, entonces el
receptor debe tener la capacidad de recibir a cada uno de
ellos.
10.1. ¡BANDA ANGOSTA VS BANDA
ANCHA!
El funcionamiento y el costo van tomados
de la mano. Las altas ratas de datos requieren altas anchuras de
banda mientras que para las largas distancias la operación
de banda estrecha es la manera a seguir. Las regulaciones
alrededor del globo permiten el uso de la tecnología de
banda ancha y de banda estrecha. Generalmente, confinamos nuestro
interés
a FM donde la banda estrecha (NBFM) se define como un sistema que
funciona sobre una anchura de banda entre 6.5 y 25KHz mientras
que los sistemas banda ancha (WBFM) son ésos que funcionan
con una anchura de banda ocupada que excede 50KHz.
Con los sistemas (WBFM) la rata de datos puede ser alta,
pero esta tiene que ser negociada con respecto a inmunidad del
ruido pues la cantidad de ruido que entra en un receptor es
proporcional a la raíz cuadrada de su anchura de banda.
Por lo tanto el sistema (WBFM) tienen típicamente
sensibilidades de alrededor -100 a -102 dBm mientras que los
sistemas de banda estrecha varían a partir de -107 a
-125dBm. El sistema (WBFM) también por razones de economía es
diseñado para funcionar con los osciladores de referencia
menos estables (arriba de 100ppm sobre -20 a + 55) que requieren
otra anchura de banda más amplia en el receptor, mientras
que el sistema de banda estrecha de peor estabilidad tiene sobre
la región de los 5ppm del mismo rango. En hecho ahora
disponemos de la estabilidad de 1.5ppm en un número de
productos sobre el rango de -30C + 70C, requerida bajo
regulaciones del EN y de la FCC.
10.2. MODULADOR FM EN BANDA ANGOSTA,
NBFM
10.3. MODULADOR FM EN BANDA ANCHA INDIRECTO, Indirect
WBFM
11. (FDM)
MULTIPLEXACIÓN POR DIVISIÓN EN
FRECUENCIA
El empleo de
técnicas de multiplexación por
división en frecuencia requiere el uso de circuitos que
tengan un ancho de banda relativamente grande. Este ancho de
banda se divide luego en subcanales de frecuencia.
Cuando una portadora usa FDM para la
multiplexación de conversaciones de voz en un circuito
ordinario, el paso-banda de 3 Khz de cada conversación se
traslada hacia arriba en la frecuencia según un incremento
fijo de frecuencia. Este cambio de frecuencia coloca la
conversación de voz en un canal predefinido del circuito
multiplexado de FDM.
En el destino, otro FDM demultiplexa la voz, cambiando
el spectrum de frecuencia de cada conversación
hacia abajo con el mismo incremento de frecuencia que se hizo al
principio hacia arriba.
El principal uso de FDM es para permitir a las
portadoras llevar un gran número de conversaciones de voz
simultáneamente en un único circuito común
enrutado entre dos oficinas portadoras.
El proceso actual
para asignar bandas de frecuencia a cada conversación de
voz ha sido estandarizado por la CCITT. Las recomendaciones FDM
de la CCITT gobiernan las asignaciones de canal de conversaciones
de voz multiplexada basadas en el uso de 12, 60 y 30 canales de
voz derivados.
Las técnicas de multicanalización son
formas intrínsecas de modulación, permitiendo la
transición de señales múltiples sobre un
canal, de tal manera que cada señal puede ser captada en
el extremo receptor. Las aplicaciones de la
multicanalización comprenden telemetría de datos,
emisión de FM estereofónica y telefonía de
larga distancia.
FDM es un ambiente en el
cual toda la banda de frecuencias disponible en el enlace de
comunicaciones es dividida en subbandas o canales individuales.
Cada usuario tiene asignada una frecuencia diferente. Las
señales viajan en paralelo sobre el mismo canal de
comunicaciones, pero están divididos en frecuencia, es
decir, cada señal se envía en una diferente
porción del espectro. Como la frecuencia es un
parámetro analógico, por lo regular el uso de esta
técnica de multicanalización es para aplicaciones
de televisión. Las compañías de
televisión por cable utilizan esta técnica para
acomodar su programación de canales.
11.1. WDM
Esta técnica conceptualmente es idéntica a
FDM, excepto que la multicanalización y involucra haces de
luz a
través de fibras ópticas. La idea es la misma,
combinar diferentes señales de diferentes frecuencias, sin
embargo aquí las frecuencias son muy altas
(1×1014 Hz) y por lo tanto se manejan
comúnmente en longitudes de onda (wavelenght). WDM,
así como DWDM son técnicas de
multicanalización muy importantes en las redes de transporte
basadas en fibras ópticas.
En resumen, los multicanalizadores optimizan el canal de
comunicaciones, son pieza importante en las redes de transporte y
ofrecen las siguientes características:
- Permiten que varios dispositivos compartan un mismo
canal de comunicaciones - Útil para rutas de comunicaciones paralelas
entre dos localidades - Minimizan los costos del
comunicaciones, al rentar una sola línea privada para
comunicación entre dos puntos - Normalmente los multicanalizadores se utilizan en
pares, un mux en cada extremo del circuito - Los datos de varios dispositivos pueden ser enviados
en un mismo circuito por un mux. El mux receptor separa y
envía los datos a los apropiados destinos - Capacidad para compresión de datos que permite
la eliminación de bits redundantes para optimizar el
ancho de banda. - Capacidad para detectar y corregir errores entre dos
puntos que están siendo conectados para asegurar que la
integridad y precisión de los datos sea
mantenida. - La capacidad para administrar los recursos
dinámicamente mediante con niveles de prioridad de
tráfico.
12. MODULACION EN
FRECUENCIA (FM, AFM)
Normalmente, la modulación en frecuencia se
abrevia como FM o AFM (Advanced Frecuency Modulation). Este tipo
de síntesis
fue en gran medida el responsable de la gran expansión
comercial de los sintetizadores digitales durante la segunda
mitad de la década de los 80. Básicamente se trata
de controlar la frecuencia de un oscilador de audio por medio de
la frecuencia de otro oscilador de audio. Lo más
interesante que ofrece este método es
la posibilidad de generar una amplia paleta de sonidos con
espectros amplios y unos transitorios de ataque muy poderosos y
definidos; recuérdese que los primeros sintetizadores FM,
como el DX7, popularizaron unos sonidos de piano, campanas y
similares muy característicos. Pero, a pesar de que muchos
tienden a asociar a los sintetizadores FM con este tipo de
sonidos, sus posibilidades de creación sonora van mucho
más allá. La síntesis
FM fue 'inventada' por John M. Chowning en la universidad de
Stanford, y se estuvo utilizando en el entorno musical
académico mucho tiempo antes de que Yamaha se fijara en el
invento y decidiera comercializarlo. Esta implementación
comercial de Yamaha introdujo en esta técnica un gran
número de restricciones, pero también alguna
ampliación importante, como el uso de la
realimentación.
El concepto de
modulación en frecuencia es muy antiguo pero, en lo que a
tareas de síntesis sonora se refiere, podemos encontrarla
en diferentes formatos. De entrada la mayoría de los
sintetizadores analógicos. O incluso los híbridos
digitales/analógicos, son capaces de realizar
síntesis FM básica; Sin embargo, dado que el FM se
apoya fundamentalmente en las relaciones de frecuencia entre los
osciladores involucrados en el proceso,
resulta fundamental que la estabilidad de la afinación sea
muy alta. Por otro lado, la síntesis FM se convierte en
una herramienta versátil solo cuando se cuenta con varios
osciladores con envolventes múltiples para controlar su
amplitud; esto hace que su implementación analógica
precise de un número demasiado elevado de componentes o
módulos, lo que lo hace poco rentable. La solución
real y comercialmente viable llegó de la mano de la
implementación digital del método, que
consiguió Yamaha a través del diseño
de unos circuitos
integrados que incorporaban todos los elementos
necesarios.
El FM digital se presenta en diferentes
variantes:
Dependiendo del número de osciladores
(mínimo, obviamente, dos, aunque la mayoría de
sintetizadores comerciales utilizan 4 o 6, y algunos han llegado
a incorporar hasta 10).
Si incorporan o no una envolvente para cada oscilador
(algunos de los chips fabricados por Yamaha para su
utilización en productos de otras marcas
carecían de ella).
Las posibilidades de variación en la
interconexión de los diferentes osciladores o, como es
más conocido, él número de algoritmos y
conexiones de modulación y
realimentación.
Yamaha utilizó 3 tipos de FM: la de 6 operadores
utilizada en el famoso DX7, algunas variantes de 4 operadores
(los chips de este tipo se vendieron también a otras
marcas que
fabricaron sintetizadores FM mucho menos exitosos que los de
Yamaha) y la configuración ampliada de 6 operadores (o
AFM) utilizada en los sintetizadores SY77, TG77 y
SY99.
Nuevo instrumento de medición de nivel por radar SITRANS LR 400
para medir a través del polvo
Peterborough, Canadá, 17 de enero de 2002 – El
nuevo instrumento de radar SITRANS LR 400 de Siemens Milltronics
brinda una solución para la medición continua de nivel en el almacenamiento de
líquidos y en aplicaciones difíciles de
sólidos pulverulentos.
Su capacidad de penetrar en el polvo lo hace ideal para
aplicaciones en cementos, harina, cenizas volantes, polvo negro
de carbón, coque de petróleo y
otras sustancias en polvo. En la industria cementera, por
ejemplo, el polvo ha sido por tradición un reto para otros
instrumentos de
medición. Los silos de homogeneización producen
cantidades ingentes de polvo, dado que el material se está
alimentando y aireando continuamente para obtener una mezcla
correcta. Los tanques que almacenan escoria, polvo del secador y
cemento
terminado también son entornos muy polvorientos. SITRANS
LR 400 penetra en el polvo y brinda lecturas fiables,
contribuyendo a la mejora de la eficiencia de la
planta y a la reducción de costes de
explotación.
Este instrumento, que incorpora un cable de potencia de
4 hilos y una frecuencia de 24 GHz, ofrece un excelente
rendimiento en aplicaciones de largo alcance (hasta 45 m o 147')
para sectores como la industria cementera, la producción de energía
eléctrica, la industria química y petroquímica y otras industrias.
Incorpora una tecnología de radar con onda continua de
frecuencia modulada (FMCW), además de funciones
avanzadas de procesamiento de eco como la supresión
automática de falso eco.
Con su elevado cociente señal/ruido y su alta
frecuencia, SITRANS LR 400 obtiene excelentes resultados en
líquidos almacenados en tanques. Es especialmente efectivo
en líquidos poco dieléctricos como solventes,
productos petroquímicos, aceites o GLP (gas licuado de
petróleo),
incluso sin tubo tranquilizador. Casi no se ve afectado por los
vapores, las altas presiones o las temperaturas extremas que a
menudo se encuentran en la industria química y petroquímica.
Como es una tecnología sin contacto directo, su
mantenimiento
es mínimo. No lleva cables ni pesos que puedan romperse o
caerse en el tanque. La instalación es sencilla,
normalmente sin necesidad de interrumpir el proceso. El
instrumento se atornilla en una boquilla, con bridas de 3" ANSI
(DIN 80) a 6" ANSI (DIN 150). La puesta en marcha es sencilla,
con una configuración automática por menús
en ocho pasos. El usuario puede elegir los parámetros en
los menús plurilingües mediante teclas ópticas
especiales de activación táctil. SIMATIC PDM se
puede usar para la programación remota mediante HART o
Profibus-PA. La autocalibración incorporada garantiza la
repetibilidad.
Siemens Milltronics Process Instruments Inc. es parte
del grupo Siemens,
y una marca líder
de sofisticados instrumentos de
medición para su aplicación en diversos
sectores como potabilización y tratamiento de aguas
residuales, conglomerados, cemento,
minería,
industria química, molturación, alimentación y otros
procesos.
Entre las principales líneas de productos destacan la
medición de nivel, de caudal de sólidos secos y los
dispositivos de protección de procesos. Los
productos Milltronics están disponibles en todo el mundo a
través de una red de representantes y
distribuidores.
- El ancho de banda teórico de una señal
modulada en FM es infinito. - FM presentó otras ventajas distintas con
respecto a la modulación de amplitud pero no una
reducción en el ancho de banda. - La modulación FM es inmune a las no
linealidades. Las no linealidades en este caso generan ondas
moduladas con portadoras múltiplos de la
original. - Permite diseñar multiplicadores de frecuencia
(generadores de ondas FM con portadora múltiplo de la
original) a partir de sencillos elementos no
lineales. - Hay que tener cuidado con el corrimiento de fase o
con la distorsión por retardo. - El ancho de banda de una señal WBFM depende
exclusivamente del valor pico
de la señal moduladora m(t) y es independiente de su
ancho de banda. - El ancho de banda de una señal WBPM depende
del espectro de la señal moduladora m(t) el cual depende
del valor pico y
del ancho de banda de la señal moduladora
m(t). - La modulación exponencial es no lineal por lo
que el espectro de la señal modulada no está tan
claramente relacionado con la banda base como en el caso de
AM. - La modulación exponencial es menos vulnerable
ante señales interferentes de amplitud pequeña
que la modulación lineal. - La FM es menos vulnerable que la PM cuando la
señal interferente tiene frecuencia próxima a la
portadora. - En la transmisión de señales FM se
puede intercambiar de forma efectiva potencia por ancho de
banda de transmisión o lo que es lo mismo se puede
mejorar la relación S/N en el receptor sin necesidad de
aumentar la potencia de transmisión. Esta
característica hace que WBFM se utilice frecuentemente
en los sistemas de comunicación vía
satélite. - NBFM se utiliza por ejemplo en los sistemas
telefónicos para transmitir las señales
multiplexadas con modulación SSB. - El intercambio ancho de banda de transmisión
potencia transmitida en el transmisor tiene un límite
conocido como efecto umbral de FM. - La modulación FM tiene características
superiores de reducción de ruido que la PM para
modulación de tono y para señales que tienen su
espectro concentrado en las frecuencias más
altas. - En Spread Spectrum la información se dispersa
en un rango de frecuencias más amplio de lo que en
realidad ocupa. - En Spread Spectrum el ancho de banda de la
señal transmitida es más grande que el ancho de
banda del mensaje original. - Spread Spectrum es resistente a la interferencia, es
redundante ya que los mensajes pueden estar en diferentes
frecuencias de donde fueron transmitidos en caso de
errores. - Spread Spectrum utiliza baja densidad de
potencia, la energía transmitida es dispersada a lo
ancho del canal, y por lo tanto, la cantidad de energía
para cada frecuencia específica es muy baja.
Además no requiere licenciamiento. - En FHSS la frecuencia de la portadora es modificada
periódicamente (Hopping) siguiendo una secuencia
específica de frecuencias. - Las velocidades típicas conseguidas con FHSS
son de 1 y 2 Mbps. - Los canales asignados en FDMA se hacen de acuerdo a
la demanda.
- Sistemas de comunicaciones electrónicas,
TOMASI WAYNE - Sistemas de comunicación, CARLSON
BRUCE - Curso redes LAN
inalámbricas, NFC ELECTRÓNICA - Manual del radioaficionado moderno, PUBLICACIONES
MARCOMBO - Radio frecuency and microwave electronics
illustrated, RADMANESH MATTHEW - Saber electrónica: Transmisores y receptores de
AM y FM, VALLEJO HORACIO
FUENTES DE INTERNET
- http://www.elo.utfsm.cl/~elo341/clases/ComDig16.pdf
http://www.elo.utfsm.cl/~elo346/oldfiles/Rapcap8a.ppt
http://info.pue.udlap.mx/~tesis/udlap/lem/martinez_n_je/capitulo4.pdf
http://www.depi.itchihuahua.edu.mx/electro/electro2001/mem2001/articulos/kom3.pdf
http://ingenieria.puj.edu.co/centros/cap/grupos/automatica/DSP/Practicas.pdf- http://www.eie.polyu.edu.hk/~em/cf03pdf/8%20FM.pdf
http://nernet.unex.es/~miguel/pdfs/teoria_comunicaciones/Tema4.pdf- http://ic.esimecu.ipn.mx/pdf/quinto/ANSIAN.PDF
http://www.dte.us.es/tec_inf/itis/tec_bas_com/EXAMENES/TBCExamFeb2003.pdf
ALEJANDRO VELASCO
BOGOTA D.C.