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Monografía de Radio enlace Digital (página 2)



Partes: 1, 2, 3

Podemos plantear que como Problema
Científico será: Hacer un análisis de la factibilidad del
empleo de un
RED, así
como el cálculo de
dicho enlace determinando los parámetros
energéticos de los Transmisores y Receptores, teniendo en
cuenta las influencias que el medio de propagación ejerce
sobre la onda de radio en el
trayecto.

Como Objeto de Estudio nos referiremos a:
Analizar la factibilidad del empleo de un RED, frecuencias de
trabajo a
utilizar de acuerdo a las necesidades, determinación del
perfil del terreno, sus características y la influencia de
los mismos en el trayecto de radioenlace, despeje de la zona de
Fresnel, así como el cálculo de los
parámetros dados en particular los del Receptor a
utilizar.

Nuestro Campo de Acción
se centrará en la
investigación y desarrollo
matemático para poder
desarrollar todos los cálculos referentes a un
RED.

Las Tareas Científicas a desarrollar
son las siguientes:

Estudio y análisis de la
factibilidad de establecimiento de un RED entre dos
localidades.

Valoraciones de las características
del terreno y las condiciones de propagación, así
como la determinación de las zonas de Fresnel a partir del
trazado del perfil del terreno.

Cálculo de los parámetros
energéticos de la estación de RED para las
condiciones de propagación.

Diseño y proposición del
enlace por un RED.

Como Hipótesis nos plantearemos: Con el diseño
del enlace por un sistema de RED la
determinación de la factibilidad de su empleo y su
realización práctica posibilita el aumento de las
vías y los canales de comunicación disponibles y por consiguiente
el aumento de la estabilidad del servicio,
además con el objetivo de
preservar para tiempos de contingencia los medios
técnicos tales como: el cable coaxial,
la fibra
óptica y el cable multipar con el equipamiento que
estos tienen asociados.

De acuerdo a lo expuesto anteriormente
podemos plantear que los resultados que se esperan.

Económicos: Además de la
ampliación de las vías de procesamiento de la
información y la rapidez de su
Transmisión mediante los soportes digitales, el ahorro de
tiempo,
fuerza
laboral y
divisa libremente convertible por concepto de
importación, reparación y mantenimiento
de los sistemas
empleados por cable una vez preservados.

Sociales: El aumento de los canales e
comunicación destinados a la población.

Militares: La preservación de los
medios de comunicaciones
por cable de diferentes tipos y su estado de
conservación técnica para su empleo en tiempos de
contingencias, mayor operatividad al disponer de varios
vías de comunicación incluyendo reservas de mayor
fiabilidad en cuanto a poder utilizar soportes digitales de alto
nivel de codificación.

Tema
General

Realizar el cálculo de la Potencia en el
Receptor realizando el Perfil del Terreno.

Para realizar este nos auxiliaremos de
desglosar en varios pasos el tema hasta llegar finalmente a
determinar la Potencia en el Receptor que es nuestro
objetivo.

1er Paso: Breve descripción del terreno en el cual se
trabajará.

El enlace entre los puntos seleccionados Guanajay y
Quivicán cubre una distancia de 35Km, por este enlace se
podrán transmitir señales
de audio, video y datos si fuera
necesario, escogimos ese trayecto puesto que las
características del relieve en
esta zona el cual es predominantemente de baja altura sobre el
nivel del mar ayudando a este un diseño del enlace menos
costoso.

Datos:

  • Frecuencia para la cual trabajaremos el
    diseño es de 13Ghz.

  • Velocidad de transferencia será
    de 34Mbits/s.

  • Utilizaremos antenas de tipo
    parabólicas y con una ganancia de 35dBi.

  • Contará con una Potencia en el
    Transmisor de 800mW.

  • Sensibilidad de los equipos Receptores
    será de -80dBm.

  • Longitud del enlace será
    35Km.

  • Puntos a conectar:

  • Guanajay=100m. (Altura sobre el nivel
    del mar)

  • Quivicán=40m. (Altura sobre el
    nivel del mar)

2do Paso: Realización del
perfil para el terreno.

Distancia. (Km)

Alturas. (m)

0

100

2,2

50

9

100

14,6

40

16,1

50

18,5

50

19,3

50

19,6

40

20

40

21,2

50

24,2

50

35

40

3er Paso: Determinación del
Radio de la 1ra Zona de Fresnel.

Monografias.comMonografias.com

Monografias.com

Monografias.com

3er Paso: Determinemos H para un 70%
de liberación de la Zona de Fresnel.

H>0,577R1 para trayecto abierto y para
tener margen de seguridad se
liberará el 71% de la 1ra Zona de Fresnel.

Monografias.com

Para que sea liberado el 71% de la 1ra Zona
de Fresnel la altura de las antenas
quedaría:

Altura antena Tx=40m. (Guanajay)

Altura antena Rx=35m.
(Quivicán)

4to Paso: Determinación de
las diferentes atenuaciones.

  • Atenuación en el Espacio Libre
    mediante la determinación del Balance
    Energético.

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Esta es la pérdida en el espacio
libre, la atenuación de la línea será
0,02dB/m y por lo tanto asumiendo un largo de las líneas a
utilizar entre Receptor y Transmisor de 105m se tiene que
habrá una atenuación de 2,1dB.

  • Atenuación por Vapores y
    Gases.

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  • Atenuación debido a la
    lluvia.

Con Polarización Vertical calculando
para el 0,01% del tiempo y asumiendo una zona H se obtiene
R=32mm/h, determinemos los coeficientes KH y Monografias.comdonde se obtiene:

Monografias.com

La atenuación sería
entonces:

Monografias.com

Monografias.com

Longitud Efectiva.

Monografias.com

Monografias.com

  • Pérdidas Totales.

Monografias.com

5to Paso: Determinación de la
Potencia en el Rx.

Monografias.com

Asumiendo que la Sensibilidad del Rx es (-80dBm), pues
entonces el enlace se establecerá bajo las condiciones
impuestas y con una Potencia del Tx incluso menor que la
supuesta. Además teniendo en cuenta que -80dBm es un
valor
típico de Sensibilidad:

Monografias.com

Analicemos la flecha para dos valores
diferentes de K, Monografias.comy
Monografias.commediante la
siguiente expresión:

Monografias.com

Se obtiene este valor paras la flecha teniendo el punto
crítico a 9Km del Tx, como resultado de la anterior
consideración para el valor de Monografias.com, la altura del punto más
crítico se afecta por un desplazamiento Monografias.com, obstruyendo de esta forma
más del 57,75% de la 1ra Zona de Fresnel. Esto conlleva a
tener que variar la altura de la antena Receptora, manteniendo
constante la altura de la antena Transmisora, lo cual se muestra en el
papel de Monografias.compara que
se libere el 71% de la 1ra Zona de Fresnel, para Monografias.comse necesitará una
altura de 60m.

Tema
Específico

Análisis de la factibilidad de un
Radio enlace Digital a partir de un conjunto de datos.

En la actualidad se han desarrollado
ampliamente los sistemas de radioenlaces digitales debido a las
siguientes razones:

  • La relativa simplicidad del diseño de los
    circuitos digitales y la facilidad de aplicación de la
    técnica de circuitos integrados tales como
    microprocesadores a la circuitería digital.

  • El incremento en el uso y disponibilidad de las
    técnicas de procesamiento digital como la
    conmutación digital.

  • La amplia difusión del uso de las
    computadoras digitales para manejar todo tipo de
    datos.

  • La posibilidad de las señales digitales de su
    codificador para minimizar los efectos de ruido y la
    interferencia.

Muchos desarrollos en el campo de las comunicaciones han
contribuido al reciente crecimiento de las aplicaciones de los
sistemas de microondas
digitales, dichos desarrollos se basan en la rapidez de
incremento de la cantidad de tráfico telefónico que
puede ser transportado de manera eficientemente y de forma
económica por métodos
digitales, la demanda de
nuevos servicios
tales como facsímil, televisión digitalizada, datos de alta
velocidad,
mayor eficiencia
espectral de alta frecuencia mediante la mezcla de datos,
tráfico de voz digitalizada y la apertura de nuevas bandas
por encima de los 10Ghz los cuales son más apropiados para
métodos digitales que por procedimientos
analógicos. (Por regeneración)

En dependencia de la configuración del sistema la
capacidad y la longitud, los sistemas de radioenlace digitales
son frecuentemente más económicos que las nuevas
facilidades de Transmisión por Fibra Óptica
o Satélites.

La factibilidad del empleo delos
radioenlaces digitales entre otros está dada por un
grupo de
ventajas:

  • La transmisión es casi
    independiente del número de Repetidores, es decir, de
    la longitud del sistema.

  • Facilidades de acoplamiento del
    radioenlace digital con la fibra óptica,
    satélites digitales, sistemas de cables con las
    centrales digitales entre otros.

  • La posibilidad de transmisión eficiente y
    simultánea de fuentes de información digitales,
    voz digitalizada, televisión digitalizada y otras
    fuentes analógicas, las cuales han sido convertidas a
    un formato de transmisión digital.

  • Sobre los 10Ghz se requieren muchos
    Repetidores.

Las técnicas
de modulación
digital tienen Repetidores regenerativos y son más
apropiados que su contraparte analógica, es decir, que
usando Repetidores regenerativos de radio el ruido no se
acumula y entonces aún cuando exista un gran número
de Repetidores de Radio la calidad de la
transmisión es muy buena, no siendo así en un
sistema analógico donde el ruido acumulativo se incrementa
debido al gran número de Repetidores.

Por otro lado la tendencia actual es incrementar la
eficiencia espectral y la economía utilizando modulaciones de
más niveles, mejorando la información del espectro
utilizando procesos de
ecualización y códigos autoconectivos,
además se presenta la posibilidad de operar estos nuevos
sistemas con polarización cruzada por radiocanal, con lo
cual se obtiene una utilización del espectro de
radiofrecuencias sensiblemente superiores.

El papel de los radioenlaces digitales en las redes de transmisión
es significativamente positivo, todo lo cual depende del logro de
importantes objetivos como
son:

  • La disminución de los costos en
    comparación con la transmisión por
    cable.

  • Proporcionar la capacidad de transmisión
    requerida con otro aprovechamiento de las bandas
    tradicionales o explorando las superiores a los
    10Ghz.

Si nos remitimos a las Recomendaciones de la UIT-R F-754
sobre los sistemas de radioenlaces destinados a comunicaciones
interurbanas del tipo digital se señala: ¨La calidad
de Transmisión de un sistema digital se expresa por la
proporción de bits erróneos ¨, la UIT-T no ha
fijado aún los valores
admisibles de la propagación de bits erróneos y en
la Recomendación de la UIT-R F-634 se señala la
forma en que se especificaría la proporción de
errores de un sistema digital de radioenlaces y cuales son los
objetivos de proporción de errores para los sistemas de
larga distancia, de estos objetivos y de las
características de un sistema digital se desprende que lo
más importante es la proporción de errores
más alta (Que defina la ¨Interpolación¨ del
sistema) que puede rebasarse en pequeños porcentajes de
tiempo.

La proporción de errores admisibles que se puede
rebasar durante pequeños porcentajes de tiempo se
determina sobre la base de la disponibilidad del sistema
requerido, los valores dados para los circuitos de
larga distancia en la Recomendación de la UIT-R F-634
pueden también utilizarse como guía para obtener
los valores admisibles de la proporción de bits
erróneos y los porcentajes de tiempo correspondientes a
circuitos de hasta 250Km.

Dadas las condiciones favorables en lo que concierne al
desvanecimiento, los sistemas
digitales de radioenlace pueden en ciertas regiones ser
diseñados para una atenuación mayor por tramo que
los sistemas analógicos correspondiente en los que el
parámetro predominante es la potencia media de ruido y por
otro lado, los efectos de las reflexiones laterales que en un
sistema analógico pueden producir un ruido de
intermodulación relativamente elevado suelen ser
despreciables en los sistemas digitales.

En los sistemas digitales con Repetidores que regeneran
los sistemas digitales, la degradación de la calidad de
transmisión causada por el aumento del número de
vanos se traduce en una acumulación de bits
erróneos y no en una acumulación de la potencia de
ruido, la proporción de bits erróneo de todo el
sistema de radioenlaces regenerativo puede mejorar de forma
considerable si se aumenta ligeramente la relación
portadora/ruido.

Los sistemas de Radioenlaces Digitales permiten
establecer económicamente circuitos interurbanos de 250Km
o más de longitud que cumplen los objetivos especificados
en las Recomendaciones de la UIT-R-F 594 en materia de
calidad de funcionamiento, ahora si bien es difícil prever
las necesidades a largo plazo respecto a enlaces interurbanos en
los países en desarrollo, la elección de la
capacidad de un sistema debe asegurar la rentabilidad
óptima basados en tales premoniciones, una
instalación inicial de un equipo será
antieconómica si su capacidad es mayor que las necesidades
futuras y por otra parte la sustitución de un sistema
más pequeño instalado inicialmente cuando sea
inadecuada su capacidad, estaría entonces justificando
instalar un sistema de capacidad superior y el equipo inicial se
podrá destinar a otro enlace de poco tráfico. Por
todo lo planteado anteriormente conviene entonces utilizar
equipos de estado sólido para reducir la potencia
requerida y simplificar los mantenimientos y los circuitos de
estado sólido permiten reducir las dimensiones de los
aparatos utilizados, sin embargo, esta reducción no debe
efectuarse si va en detrimento de la confiabilidad del servicio y
de la facilidad del mantenimiento.

Tema
Investigativo

Técnicas de Medición.

Para que y porque medir.

Dentro del amplio y extenso espectro de las actividades
que de alguna manera tienen que ver con dispositivos de
medición, no es extraño encontrar personas que
aún no tienen una idea clara de la importancia de la
necesidad de medir.

En algunos casos -Pocos por suerte- se llega incluso a
pensar que medir es un gasto o un costo
innecesario, actitud
ésta que poco tiene que ver con los tiempos en que
vivimos, con el desarrollo social
y tecnológico alcanzado y con la necesidad de considerar a
nuestros semejantes en cuanto a su protección personal, sus
bienes y en
general con el patrimonio de
la comunidad.

Quien ha tenido la oportunidad de transitar por el campo
de las mediciones, independientemente de la especialidad o
disciplina de
la ciencia y
la técnica donde se haya desempeñado, en su gran
mayoría le queda bastante claro que medir es aprender, es
seguridad, es eficiencia y es desarrollo.

Medir es Aprender: Si establecemos a modo de semejanza
que el proceso de
medición y el resultado final, el valor medido, es un
medio de ampliar y complementar la capacidad sensorial del
hombre y que
esta capacidad está asociada con su actividad cerebral,
podemos decir que medir es aprender, continuando con este
razonamiento que medir es aprender o adquirir el
conocimiento de alguna cosa, llegamos al saber que es conocer
dicha cosa y por lo tanto, entramos en una secuencia de
acontecimientos vinculados entre sí que conducen al
mejoramiento y constante crecimiento de nuestro entendimiento o
dicho de otra manera inteligencia.
Los parámetros básicos necesarios para adoptar la
línea de trabajo más idónea y así
alcanzar el objetivo o fin propuesto en un proyecto,
inevitablemente en la mayoría de los casos involucra una o
varias mediciones y el conocimiento
de la necesidad de medir, de sus aspectos técnicos, del
instrumental utilizado y su estado de conservación va a
depender en gran parte del éxito o
del mayor o menor contenido de desaciertos que indudablemente van
a influir en los costos finales
del proyecto y de la calidad del mismo. Como resultado del
proyecto vienen las obras, construcciones, procesos, etc. y junto
con éstas las necesidades de realizar controles y
verificaciones a los efectos de comprobar que todo se desarrolla
dentro de lo previsto y de acuerdo con las normas y
regulaciones vigentes

A modo de ejemplo, en el caso del control de
voladuras se dan circunstancias en particular donde los trabajos
que se realizan mediante el uso de explosivos se desarrollan en
zonas alejadas de poblaciones y en algunos casos en zonas
inhóspitas, es real que en este tipo de lugares las
perturbaciones, tanto sean del tipo onda aérea o su
equivalente a través del suelo, el margen
de error es amplio y salvo consideraciones relacionadas con los
aspectos propios de la obra, la ecología y
conservación del medio ambiente
y las relacionadas con la seguridad en el uso de explosivos en
todos sus aspectos, podemos decir que prácticamente no hay
restricciones, por ello en esta situación podríamos
pensar que el uso de instrumental, en este caso
sismográfico, no sería necesario y de alguna manera
un gasto de difícil justificación pero aun
así, no está todo dicho. En estos tiempos, donde
las oportunidades de trabajo no son abundantes y sumado a esto,
la competencia es
cada vez mayor, salvo en casos excepcionales hay que estar en la
búsqueda de nuevas oportunidades, nuevas obras y
éstas pueden estar en zonas urbanas o lugares alejados
donde se encuentren distintos tipos de instalaciones o bien en
lugares apartados en presencia de instalaciones
eléctricas, sanitarias, telefónicas, conductos
en general, etc. o lo que es más complejo aun, un lugar
donde existan una combinación de las situaciones
anteriores.En estos casos, el control de la voladura es
crítico aquí el conocimiento de las técnicas
de medición y donde medir, el conocimiento del
instrumental a usar y el conocimiento previo de los límites de
seguridad a cumplir son fundamentales, demás está
decir que un error en estas situaciones puede llevar a
consecuencias muy serias con resultados y costos de
difícil evaluación.Volviendo a lo expresado
anteriormente que no todo estaba dicho, donde se podría
pensar que el uso de instrumental, en este caso
sismográfico no sería necesario y un gasto de
difícil justificación, encontramos una gran
oportunidad: La de ajustar nuestros métodos y
técnicas, la de estudiar y comprender más
acertadamente el resultado de nuestras mediciones, la de corregir
errores, la de optimizar los trabajos que estamos realizando
mejorando su desarrollo y perfil de costos, etc., todo esto en un
medio del que podemos disponer, sin mayores consecuencias de
límites más amplios en los desvíos que
pudiéramos cometer e iniciar las acciones para
su correspondiente corrección.

Medir es Seguridad: Al transcurrir el
tiempo, las sucesivas mediciones suministran una valiosa
información permitiendo desarrollar proyectos
más acertados, mejorar costos y satisfacer mejor las
necesidades del cliente.Detrás de cada proyecto y de cada
obra lo que se termina ofreciendo es seguridad, seguridad en el
cumplimiento de la obra en los plazos establecidos, seguridad que
los trabajos se realizan de acuerdo con las mejores reglas del
arte y de la
técnica, seguridad de disponer de los correspondientes
registros de
lo medido que documenten lo realizado durante los trabajos ante
requerimientos o necesidades para posteriores proyectosMedir es
Eficiencia: Las mediciones acertadas y en el momento oportuno
evitan costos innecesarios y conducen hacia direcciones
más correctas en el desarrollo de las tareas facilitando
la toma de
decisiones, tanto en el proyecto como durante la marcha de
las obras o de los procesos involucrados.Medir es Desarrollo: No
es muy desacertado pensar que el desarrollo de la humanidad
está en cierta forma relacionado con los avances en
materia de mediciones, muchos fenómenos serían
imposibles de analizar y por consiguiente de estudiar, si no
existiera algún medio para observarlos o medirlos en el
terreno de la investigación, por ello es permanente la
búsqueda por encontrar nuevos sistemas o medios que
permitan observar, registrar y relacionar con alguna magnitud de
medición el objeto bajo estudio.Por todo lo dicho
anteriormente podemos decir que muchas de las decisiones desde
las más sencillas y domésticas, hasta las
más complejas dentro del ámbito de la ciencia y la
tecnología
han sido y son posibles de tomar debido a la existencia de
información aportada por quienes tienen presente la
importancia de medir.

Mediciones de Parámetros.

Las mediciones de parámetros de los sistemas
digitales de radio ya sean en laboratorio,
durante la construcción en fábrica o en la
instalación y puesta en operación, es una de las
tareas más importantes de la ingeniería de transmisión digital,
dichas mediciones pueden ser ejecutadas sobre prototipos pero
también son de extrema importancia en los sistemas
más sofisticados como es el caso del monitoreo continuo de
la operación de complejos sistemas de microondas
digitales.

Aquí describiremos solamente algunas de las
técnicas más importantes de medición de la
operación de los sistemas digitales y para este fin se
supondrá que poseemos familiaridad con las técnicas
de medición convencionales utilizadas en los sistemas de
comunicaciones analógicos.

Desafortunadamente muchos ingenieros practicantes y
estudiantes del campo de la transmisión digital no
estudian cuidadosamente las capacidades y limitaciones de los
instrumentos de
medición; como resultado ocurren serios errores
frecuentemente en las mediciones.

Técnicas
de medición en laboratorio y mediciones para las
pruebas
de aceptación

Los bloques principales de tres Transmisores y
Receptores de microondas digitales se muestran en la figura 1,
donde el canal medido tiene una frecuencia central f0 y las
frecuencias centrales de los canales adyacentes son de f0+f y
f0-f.

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Figura 1. Configuración de
prueba de un sistema de microondas digital.

Todos los transmisores de radio son excitados por
generadores de secuencia binaria pseudo-aleatoria (PRBS)
independientes a la misma velocidad fb, si la longitud de la
secuencia binaria de estos generadores es suficientemente larga,
ellos simularán satisfactoriamente el tráfico real
aleatorio (En las mediciones, en el laboratorio o en la
fábrica, las antenas Transmisoras y Receptoras no son
parte del conjunto de prueba), las condiciones de desvanecimiento
que son características de un radiocanal, la interferencia
y el ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN) en los primeros pasos
de los Receptores se simulan por niveles externos variables del
generador AWGN y generadores sinusoidales los cuales se agregan
al canal medido, los efectos de la interferencia de canal
adyacente y la interferencia co-canal (CCI), sobre los
parámetros de operación de un sistema digital se
evalúan por medio de la inserción de atenuadores
variables en los canales adyacentes con el objetivo de evaluar
los efectos de señales moduladas y no moduladas (CCI)
sobre la BER y el efecto "jitter" en el sistema, para ello se
requiere un oscilador sinusoidal en el conjunto de mediciones de
la figura 1; además también se requiere un
transmisor de radio que tenga la frecuencia central que caiga
dentro del ancho de banda del radiocanal deseado a
medir.

Los efectos del ruido sobre la operación en la
fase del sistema, además de las imperfecciones en los
parámetros de la portadora y en la recuperación de
la temporización de los símbolos (CR y STR) se extrapolan de los
resultados medidos.

Para obtener los resultados de un oscilador como
portadora de referencia no modulada y una señal de
temporización o reloj de referencia a una velocidad de fb,
ambas se alimentan directamente al circuito demodulador, estas
mediciones "back-to-back" son posibles si el "jitter" y el
oscilador de referencia libre de ruido están disponibles
en el extremo Receptor, donde este es el caso de las pruebas de
aceptación en fábrica de los sistemas de radio pero
en un sistema instalado, donde el Transmisor está separado
del Receptor en varios km y es dificultoso la generación
de señales de referencia libres de ruido.

Los efectos de las No-Linealidades del amplificador de
RF tales como la conversión AM-AM y AM-PM, así como
el efecto de la abertura espectral en frecuencias sobre el
parámetro BER, se evalúan frecuentemente con un
conjunto de mediciones como el de la figura 1, la fuente de datos
PRBS y el Detector de BER que se muestran en las figuras 1 y 2
tienen el siguiente principio de operación:

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Figura 2. Mediciones de BER con un
"SCRAMBLER" y un "DESCRAMBLER".

El haz de datos binarios D1 se agrega a una compuerta OR
exclusiva del haz binario R1 donde este haz binario se ha
obtenido de una combinación predeterminada de n bits en un
registro de
desplazamiento y un conjunto de coeficientes C1, C2, ……,Cn
para los cuales toman los valores de 0 a 1 y entonces cuando el
haz de bits pseudo-aleatorios R1 se agrega al haz de datos de
entrada D1 se obtiene un haz de datos con "Scrambler" S1 , este
haz alimenta al transmisor digital de radio y dicho Receptor
digital regenera los datos y los entrega a la entrada del
"Descrambler" el cual es auto-sincronizado, como se muestra en la
figura 2 teniendo la misma estructura que
el "Scrambler", es decir, entrega a su salida el haz de datos D1
igual al transmitido suponiendo que no hay errores en la
transmisión, ahora si debido al ruido, interferencia o
cualquier otra causa ocurren errores en la transmisión
entonces a la salida ocurrirán hasta k+1 errores, donde k
es el número de posiciones de realimentación del
registro de desplazamiento de longitud máxima de n bits,
el contador de errores debe acumularlos en un intervalo lo
suficientemente largo del tiempo para que muestre un estimado lo
más real posible del valor verdadero de la probabilidad
de error y así el número total de errores
acumulados se divide por k+1 veces el número total de bits
transmitidos y el resultado se muestra como la probabilidad de
error del sistema Pe.

Como es sabido además de las especificaciones de
la BER, Pe, un abonado requiere conocer los segundos libres de
errores y los intervalos libres de errores en ambos promedios,
estos parámetros se obtienen por la inclusión de un
contador de eventos y un
registrador del tiempo al conjunto de mediciones de la figura
2.

La BER y los segundos libres de errores son
parámetros finales del sistema, esto es, ellos
frecuentemente no dan una visión de los problemas de
"Hardware" del
sistema o sus degradaciones graduales ya que luego las mediciones
efectuadas del diagrama de
ojo recibido, pueden brindar una idea de los problemas del
sistema y son una ayuda para la detección de fallos en la
operación, un monitor de
diagrama de ojo sencillo se muestra en la figura 3.

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Figura 3. Medidor de abertura del
Diagrama de Ojo.

Este monitor brinda mejor resolución del diagrama
de ojo recibido que el "Display" convencional de un osciloscopio y
el amplificador de control automático de ganancia (AGC),
el demodulador, el LPF (filtro pasa bajo) del Receptor,
regenerador de datos y el convertidor de datos, representan un
diagrama en bloques simplificado de un Receptor coherente, el
amplificador AGC entrega un nivel de entrada constante de FI al
demodulador y entonces el nivel de señal de banda base es
independiente del desvanecimiento u otras variaciones de la
portadora.

Los n Detectores de umbral entregan un estado
lógico "1" de salida, si en los instantes de muestreo la
señal recibida más las muestras de ruido exceden
sus correspondientes niveles de umbral preseleccionados, el
procesador de la
lógica,
en dependencia del algoritmo
lógico adoptado entrega la información del valor
pico o efectivo de la abertura del ojo.

Este monitor digital del diagrama de ojo relativamente
simple brinda la capacidad de monitorear el diagrama de ojo y
mostrarlo automáticamente en un "Display" de un sistema en
servicio, para propósitos de monitoreo del estado del
sistema, de la diversidad o de la conmutación, el valor
numérico indicado en el "Display" es muy
representativo.

En la mayoría de los sistemas digitales de radio
es necesario que el Transmisor esté en cascada a la salida
del regenerador en los repetidores, donde la BER se acumula de
salto a salto y entonces la probabilidad de error total del
sistema es n veces la probabilidad de error de cada salto y n es
el número de saltos (En realidad la probabilidad de error
total del sistema es la suma de las probabilidades de error de
cada salto porque no son iguales exactamente cada una), esto es
verdadero en un sistema severamente afectado en banda si el
efecto "jitter" efectivo y pico a pico están dentro de un
10% a un 20% de la duración de los bits.

Un conjunto de mediciones para la evaluación del
efecto "jitter", en una cascada de transmisores digitales y
repetidores regenerativos se ilustra en la figura 4, donde el
contador de frecuencia localizado a la salida del último
Receptor cuenta el número de cruces por cero de la
temporización recobrada, este proceso se repite para un
número de posiciones diferentes del pulso de
temporización libre de "jitter".

La teoría
de operación del medidor de "jitter" se muestra en la
figura 5.

Monografias.com

Figura 4. Conjunto de medición
de "jitter" que requiere un reloj de referencia libre de
"jitter".

Monografias.com

Figura 5. Mediciones de "jitter" con
el medidor de este efecto esquematizado en la figura
4.

Cuando un pulso de reloj muestreado está en una
posición xj menor que x0 entonces no hay entrada
lógica simultánea en la compuerta AND de la figura
4 y entonces por este desfasaje no hay respuesta en el contador
de frecuencias, de otra forma cuando la muestra está
situada en xj mayor que x1 entonces el reloj muestreado y la
señal con "jitter" tienen lugar simultáneamente, de
manera que para este desfasaje el contador de frecuencias cuenta
todos los pulsos de reloj, lo cual muestra la frecuencia de los
pulsos.

El "jitter" pico a pico es igual a (x1–x0), esto
corresponde con una diferencia de fase en el tiempo de dos
instantes en los cuales el contador de frecuencias empieza a
contar y cuando comienza a contar todos los pulsos de reloj,
dividiendo el número acumulado de cruces por cero por la
frecuencia de reloj, se obtiene F(xj), es decir, la función de
distribución de probabilidades del
"jitter", la función densidad de
probabilidad del "jitter" f(xj) de la figura 5 se obtiene de
F(xj) por:

Monografias.comEcuación 1.

En la ecuación 1, xj es el instante de tiempo del
correspondiente cruce por cero, el "jitter" efectivo simbolizado
por Jrms se calcula por:

Monografias.comEcuación 2

Donde el instante medio Monografias.comen la ecuación 2, está dado
por:

Monografias.comEcuación 3

En el método
descrito se ha mostrado como medir y compactar con la ayuda de un
medidor simplificado el "jitter" pico a pico, las funciones de
distribución y densidad de probabilidad de una
señal con "jitter" y el "jitter" efectivo, este
método se aplica a una gran variedad de señales
variables aleatorias.

La dificultad de éste método solamente
consiste en que requiere un reloj de referencia libre de "jitter"
en el extremo Receptor.

Mediciones de BER
y efecto "jitter" para los sistemas en servicio

La medición más poderosa en servicio de la
BER es la técnica de monitoreo de los pseudo-errores,
ahora revisemos el método de medición de la BER
para los sistemas fuera de servicio y describiremos la
teoría de los Detectores pseudo-errores y su
aplicación en el monitoreo de la operación en
servicio de los sistemas de radio digitales.

La evaluación de la probabilidad de error de un
sistema digital de radio que no está en operación
(Fuera de servicio), se hace con un patrón de prueba
pseudo-aleatorio predeterminado y conocido de antemano, el cual
se transmite a través del radiocanal, el instrumento de
medición del Receptor calcula la probabilidad de error al
comparar los bits recibidos con una réplica almacenada del
patrón de bits transmitidos, ahora la dificultad principal
asociada con esta técnica de medición simple, es
que no se usa para evaluar la operación de un sistema en
servicio que trafica el haz de datos desconocidos del abonado, el
tráfico tiene que ser interrumpido para ejecutar esta
prueba del sistema, la duración requerida de la
medición puede ser excesivamente larga, por ejemplo, para
evaluar una BER de 10-9 de un haz de datos de 10Mbits/seg y
suponiendo un estimado estadísticamente satisfactorio al
menos 10bits erróneos se cuentan y la medición dura
aproximadamente 20minutos y esto no es práctico para un
radiocanal con desvanecimiento donde el resultado de la
medición en servicio de la BER sirve para el control
principal de la señal del equipo de protección por
conmutación.

Para aumentar la rapidez del tiempo de
evaluación, los Detectores pseudo-errores utilizan una
trayectoria de datos secundaria además de la trayectoria
principal, la implantación del Detector de pseudo-errores
en un circuito demodulador QPSK a 40Mbits se muestra en la figura
6.

Monografias.com

Figura 6. Realización del
detector pseudo-errores por modificación del
filtraje.

El canal en fase (Canal I) y el canal en cuadratura
(Canal Q) alimentan los demoduladores de símbolos binarios
de fs=20MBauds con sus correspondientes regeneradores de datos a
la salida, en este ejemplo se supone que el filtraje en el
extremo Receptor se ejecuta exclusivamente por medio de filtros
pasa bajos de post-modulación para una velocidad de los
datos de 40Mbits/seg (20MBauds) el mínimo ancho de banda
del filtro pasa bajo LPF1 es de 10Mhz y si la relación S/N
a la entrada del regenerador es de 15dB entonces la BER de los
datos es de 10-8.

En la trayectoria secundaria de los datos, un aislador
("Buffer") se inserta para evitar la carga de los datos del
trayecto principal y a la salida del "Buffer" existe un filtro
pasa bajo LPFp, el cual se diseña para tener un ancho de
banda de ruido tan grande como el doble que el ancho de banda del
filtro LPF y la potencia de señal demodulada a la salida
de los filtros LPF y LPFp es aproximadamente la misma, estas
potencias de señal son iguales dentro de 0,6dB si uno de
los filtros y el otro conjuntamente con el amplificador "Buffer",
tienen la misma pérdida de inserción, suponiendo
que el ruido blanco aditivo gaussiano es solamente la causa del
mecanismo generador de errores, la potencia de ruido a la salida
del filtro LPFp será 3dB mayor que la salida del filtro
LPF (Esto ocurre porque el AWGN tiene una densidad espectral
constante y la potencia total de ruido está directamente
relacionada con el ancho de banda del filtro), entonces en este
caso la relación (S/N)p en la trayectoria pseudo-error es
igual a 15dB-3dB=12dB y esta relación corresponde a una
probabilidad de error Pep de aproximadamente 10-5.

En un sistema en operación (S/N), (S/N)p, Pe,
Pep, son cantidades desconocidas y luego la idea ingeniosa de que
el circuito de pseudo-detección use una compuerta OR
exclusiva (XOR), permite obtener así un número el
cual es directamente proporcional a la BER desconocida del
sistema en operación, la compuerta OR exclusiva tiene la
siguiente tabla de verdad:

Entrada 1.

Entrada 2.

Salida.

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Tabla 1. Ley combinatoria
de la compuerta XOR.

Si Pe y Pep son ambas cero (10-8 ), entonces los mismos
datos están presentes en ambas entradas de la compuerta
XOR, entonces en este caso la salida de la compuerta XOR es
continuamente cero, ahora si los errores en la trayectoria de los
datos no ocurren simultáneamente con los errores en la
trayectoria del pseudo-generador, entonces de la salida de la
compuerta XOR aparecerá un estado unitario cuando hay un
error en solo una de las dos trayectorias, en nuestro ejemplo la
trayectoria pseudo-error tiene Pep=10-5 y por consiguiente la BER
es 103 veces mayor que la BER de 10-8 de la trayectoria de datos
principal, entonces la salida de la compuerta XOR brindará
un estado lógico "1" a una frecuencia la cual es
directamente proporcional a Pep-Pe Pep (Es decir 10-5-10-810-5
).

Para finalizar veamos las técnicas de
medición del efecto "jitter" en servicio, en la figura 4
se analizó un conjunto de mediciones simple del efecto
"jitter" este conjunto es recomendado para mediciones en
laboratorio y en pruebas de aceptación en fábrica,
pero no es apropiado para mediciones en el campo donde la
distancia entre los saltos consecutivos prohíbe la
obtención económica de una portadora separada para
el reloj de referencia libre de "jitter", en este método
simple el generador PRBS de la figura 4 puede ser reemplazado por
la fuente de tráfico de los abonados en servicio y
entonces el problema principal de las mediciones en servicio del
efecto "jitter" es el de generar un reloj de referencia libre de
"jitter" en el extremo Receptor o encontrar un método
alternativo por el cual se pueda estimar el "jitter" del sistema
aún cuando no esté disponible un reloj libre de
"jitter", es por ello que veremos así métodos
alternativos, aún cuando son más dificultosos de
realizar que el método empleando el reloj de referencia
libre de "jitter" en el extremo Receptor, sin embargo, puede no
resultar la mejor variante pero la importancia de las mediciones
en servicio del efecto "jitter" en los sistemas de microondas
digitales quedó esclarecido en la figura 1 y entonces el
diseñador en estas condiciones no puede asegurar que su
efecto "jitter" está dentro de las especificaciones
establecidas.

Cuando un equipo digital de radio abandona la plataforma
de producción de cualquier fabricante
respetable, tendrá su "jitter" dentro de las
especificaciones, después de la instalación es
posible que el equipo se desajuste, las variaciones de la
temperatura,
la humedad, cualquier tipo de ruido o interferencia, la edad de
los componentes o cualquier otra causa, pueden ser tales que el
"jitter" de extremo a extremo se torne excesivo pudiendo ser
excesivo solamente durante cierto período de tiempo en el
día, mientras que a otras horas la BER del sistema no se
degrada notablemente y entonces pueden no notarse las
afectaciones.

Si se supone que aún con el mejor equipo, una
degradación variable en el tiempo es una posibilidad real
entonces puede ser peligroso suponer la disponibilidad de una
señal de referencia libre de "jitter", por ejemplo, en un
sistema radio digital a 400Mbits/seg, puede ser dificultoso
obtener un reloj de referencia libre de "jitter" para
propósitos de medición, la duración de un
bit es de 2,5seg (2,5×10-9 seg) entonces una señal de
referencia libre de "jitter" debería tener un "jitter" el
cual sea al menos 10 veces más pequeño que la
duración de los bits esto es 0,25seg, por lo que debe ser
difícil tener un monitor en servicio para asegurar que la
referencia libre de "jitter" no exceda los límites
especificados, se desprende que para menores velocidades binarias
puede ser dificultoso asegurar que la referencia libre de
"jitter" supuesta posee esta cualidad todo el tiempo y el
principio de una medición en servicio del efecto "jitter"
que no requiere una referencia libre de "jitter" se ilustra en
las figuras 7 y 8, método desarrollado por el Dr. Kamilo
Feher.

Monografias.com

Figura 8. Conjunto de mediciones en
servicio de "jitter".

Monografias.com

Figura 9. Diagrama en el tiempo de un
reloj y de un pulso de forma estrecha ambos con
"jitter".

El reloj regenerado CJ tiene un "jitter" en servicio
desconocido, este se abre en dos partes; la trayectoria superior
tiene un desfasaje fijo que es un múltiplo natural del
período de un bits de reloj, el propósito de esta
línea de desfasaje fija es la de brindar un reloj con
"jitter" a la entrada de la compuerta AND tal que el "jitter"
desfasado tenga el mismo valor pico a pico y densidad de
probabilidad que el reloj regenerado original CJ, luego debido al
gran desfasaje (Típicamente n10) la correlación
entre las dos trayectorias del "jitter" es
despreciable.

El generador de barrido de muy baja frecuencia
automáticamente coloca el desfasaje de la línea de
retardo variable a diferentes valores, el efecto de la
línea de retardo variable en la posición del reloj
con "jitter" y sin é se explica en la figura 8, el resto
del la medición en servicio tiene el mismo principio de
operación que los descritos para los sistemas fuera de
servicio, la única diferencia es que en este método
no se requiere un reloj de referencia libre de "jitter" el cual
se reemplaza por un reloj de referencia con este efecto que tiene
la misma cantidad de "jitter" que el reloj regenerado de este
parámetro desconocido y entonces el contador muestra un
"jitter" pico a pico el cual es el doble que el reloj con
"jitter" desconocido.

En conclusión el ingeniero de sistemas debe tener
en mente que en un sistema digital de radio de varios saltos que
tenga un gran número de repetidores regenerativos en
cascada, hay dos parámetros de operación del
sistema los cuales tienen un efecto acumulativo y se degradan a
medida que el número de saltos es mayor, los cuales son:
el "jitter" y la probabilidad de error (BER), luego es deseable
que los sistemas digitales modernos de radio tengan incorporadas
facilidades que monitoreen continuamente estos parámetros
del sistema.

Aplicación
de las técnicas de medición

GPS en tiempo real con precisión
centimétrica a levantamientos
batimétricos.

La continua evolución de los Sistemas de Posicionamiento
Global (GPS) está
haciendo posible su introducción, cada vez mayor en
aplicaciones topográficas, precisamente una de estas
aplicaciones son los levantamientos
batimétricos.

Existe gran variedad de métodos para
realizar los levantamientos batimétricos, pero sin lugar a
dudas el más extendido y utilizado por los profesionales
de la topografía, es el método combinado
de GPS + Ecosonda Digital, esta última metodología desarrollada, gracias a una
alta sincronización Ecosonda-GPS posee una mayor
precisión en el levantamiento planimétrico y
altimétrico (X, Y, Z, p).

Partes: 1, 2, 3
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