Coordinación de radio frecuencias para sistemas inalámbricos

Transcripción

1 Coordinación de radio frecuencias para sistemas inalámbricos Gabriel Benitez, Shure Inc. Ciudad, Pais Mes, Año

2 Agenda Información básica sobre la radio frecuencia Propiedades de una onda de radio Dentro de un sistema inalámbrico 1. Cambios en el ruido de piso de RF Compatibilidad Coordinación de frecuencias Fuentes de interferencia de RF 2. Interferencia multivía Antenas diversificadas y no diversificadas 3. Ubicación correcta de antena Tipo de antenas Sistemas de antenas distribuidas 4. Squelch Tipos de circuitos squelch 5. Baterías Alcalinas vs recargables

3 Información básica sobre la radio frecuencia Propiedades de una onda de radio

4 Transmisión de la radio frecuencia Ondas de radio: Variaciones de un campo electro magnético en el espacio Pueden viajar por grandes distancias desde su fuente Señales de radio: Ondas de radio son moduladas para llevar información Pueden ser manipuladas en amplitud, frecuencia y o fase y-axis Magnetic field x-axis Electric field Direction of propagation

5 Propiedades de la radio frecuencia Velocidad: 3x10 8 metros por segundo en el vacio, igual a la velocidad de la luz La velocidad es constante en un medio Medio: Una onda de radio no requiere materia física para propagarse Una onda de radio se mueve más eficientemente en el vacio Polarización: Componente eléctrico es perpendicular al componente magnético Una onda de radio es polarizada en el sentido de su componente eléctrico Generalmente es paralelo al eje de la antena transmisora

6 Ecuación de una onda de radio C = L x F C = velocidad de la luz, L = longitud de onda, F = frecuencia C = 3 X 10 8 metros / segundo L = 300 / F en metros, donde F = frecuencia en MHz VHF MHz UHF Metros

7 El espectro de radio Frecuencia en Hz AM radio FM radio Luz visible Rayos X Rayos gama, rayos cosmicos HF VHF UHF SHF EHF VLF LF MF Televisión e sistemas inalámbricos Radar, microondas Infraroja Ultra violeta Longitud de onda en metros

8 Amplitud modulada (AM) Amplitude Time

9 Frecuencia modulada (FM) Amplitude Time

10 Espectro de FM: señal no modulada Amplitude Frequency f 0

11 Espectro de FM: señal modulada Amplitude Frequency (f 0 - deviation) f 0 (f 0 + deviation)

12 Propagación: Longitud de onda vs obstáculo Longitud de onda Obstáculo de metal Longitud de onda > obstáculo: LA ONDA SIGUE DE LARGO

13 Propagación: Longitud de onda vs obstáculo Longitud de onda Metal Obstacle Obstáculo de metal Longitud de onda < obstáculo: LA ONDA ES REFLEJADA

14 Propagación: Longitud de onda vs obstáculo Obstáculo de metal Longitud de onda Apertura Longitud de onda > apertura: LA ONDA ES REFLEJADA

15 Propagación: Longitud de onda vs obstáculo Obstáculo de metal Longitud de onda Apertura Longitud de onda < apertura: LA ONDA PASA

16 Información básica sobre la radio frecuencia Dentro de un sistema inalámbrico

17 Procesamiento de audio para ir a radio Reducción de ruido Pre-énfasis y de-énfasis Mejoramiento al rango dinámico Sistemas de companding Posible procesamiento análogo o digital Audio ENCODE TRANSMITTER RECEIVER DECODE Audio RF

18 Ecualización pre-énfasis 24dB 20dB 16d B 12dB 8dB 4dB Amplitud 0dB -4dB 10 Hz 30 Hz 100 Hz 300 Hz 1 KHz 3 KHz 10 KHz 30 KHz Frecuencia

19 Ecualización de-énfasis +4dB 0dB -4dB -8dB -12dB Amplitud - 16dB -20dB -24dB 10 Hz 30 Hz 100 Hz 300 Hz 1 KHz 3 KHz 10 KHz 30 KHz Frecuencia

20 Compander (2:1, relación fija) +20 db +10 db (Audio: clipping) +10 db (sobre modulado) (Audio: clipping) +20 db +10 db 0 db -10 db -20 db -30 db -40 db -50 db -60 db Transmisor: 100 db rango dinámico Link de radio: 50 db rango dinámico -40 db (Radio: ruido) Receptor: 100 db rango dinámico 0 db -10 db -20 db -30 db -40 db -50 db -60 db -70 db -70 db -80 db (Audio: ruido) (Audio: ruido) -80 db Existen relaciones de compresiónes más alto Existen relaciones de compresiones variables

21 Compander (relación variable) +20 db +10 db (Audio clipping) +10 db (sobre modulado) (Audio clipping) +20 db +10 db 0 db -10 db -20 db -30 db -40 db -50 db -60 db Transmisor: 100 db rango dinámico Link de radio: 50 db rango dinámico -40 db (Radio: ruido) Receptor: 100 db rango dinámico 0 db -10 db -20 db -30 db -40 db -50 db -60 db -70 db -70 db -80 db (Audio: ruido) (Audio: ruido) -80 db Relación de compresión variable, umbral variable Relación de expansión variable, umbral variable

22 Audio Reference Companding No afecta las bajas señales de audio Relación de compresión varía con el nivel del audio Mejora la relación de señal / ruido y el rango dinámico Entrada Compresor Salida Compresor Ruido de piso de RF

23 Audio Reference Companding Una señal de audio inalámbrica suena casi idéntico a una señal de audio con cable Beta 87A inalámbrico con Audio Reference Companding Beta 87A con cable Beta 87A inalámbrico con companding 2:1

24 Transmisor: síntesis de frecuencia Preamp Pre-énfasis Compresor VCO sintetizado RF Amp Divisor de frecuencia Programable controlador PLL AF RF

25 Receptor: síntesis de frecuencia Front End Mixer Filtro de frecuencia intermedia (IF) IF Amp FM Desmodulador Expansor De-énfasis Audio Amp Divisor de frecuencia Programable controlador PLL oscilador local RF IF AF (10.7 MHz typical) Receptor de una conversión

26 Front End: filtro Track Tuning Tecnología de filtros de RF avanzada Filtro se mueve junto a la frecuencia seleccionada maximizando la aislación de la señal al ruido Frecuencia seleccionada Ancho de banda Filtro efectivo ~ 20MHz 60 MHz

27 Front End: filtro Track Tuning Mejora la selectividad y recepción Complementa el uso de antenas y accesorios de banda ancha Elimina las limitaciones de ancho de banda Frecuencia seleccionada Filtro Ancho de banda efectivo ~ 20MHz 60 MHz

28 1. Cambios en el ruido de piso de RF Coordinación de frecuencias y compatibilidad

29 Interacción entre sistemas inalámbricos Temas primarios de compatibilidad: Minimizar separación entre frecuencias (selectividad) Productos de intermodulación entre transmisores (IMD) Temas secundarios de compatibilidad: Armónicos de cristal (frecuencia fija) Recpetor (oscilador local, image frequency, etc.)

30 Distancia mínima entre frecuencias Cada sistema debe operar en una frecuencia individual La mínima separación entre frecuencias: MHz La distancia mínima es una función de selectividad del receptor Amplitu 0 db 0 khz -1 db 100 khz -3 db 200 khz -15 db 300 khz -50 db 400 khz Frecuencia

31 Productos de intermodulación - transmisores Causado por falta de linealidad en los circuitos Ocurre entre dos o más transmisores Generado en transmisores y o receptores Intensidad de productos de IMD Proporcional al cuadrado de la potencia de transmisión Inversamente proporcional al cuadrado de la separación de la transmisión

32 Intermodulación Productos matemáticos de dos frecuencias Segundo orden 2 x f1 2 x f2 f1 + f2 f1 - f2 Tercer orden 3 x f1 3 x f2 (2 x f1) + f2 (2 x f1) - f2 (2 x f2) + f1 (2 x f2) - f1 Cuarto orden (3 x f1) + f2 (3 x f1) - f2 (3 x f2) + f1 (3 x f2) - f1 (2 x f1) + (2 x f2) (2 x f1) - (2 x f2) Quinto orden (3 x f1) + (2 x f2) (3 x f1) - (2 x f2) (3 x f2) + (2 x f1) (3 x f2) - (2 x f1) Etc

33 Circuitos lineales vs. No lineales MHz Circuit lineal Circuito no MHz MHz

34 Intermodulación: 2 transmisores - 3er orden (2 x 590)-595=585 (2 x 595)-590= ?? IM 1 = 2xf 1 f 2 IM 2 = 2xf 2 f 1 4 frecuencias ocupadas

35 Intermodulación: 3 transmisores - 3er orden = = = ??? IM 1 = f 1 + f 2 f 3 IM 2 = f 1 f 2 + f 3 IM 3 = f 2 + f 3 f 1 3 frecuencias más ocupadas

36 Intermodulación: 2 & 3 transmisores - 3er orden ? 600? ? ? ? 611? 616??? 12 frecuencias ocupadas

37 9 transmisores encendidos Los picos rojos son transmisores Los picos grises son productos de intermodulación Estas frecuencias son completamente compatibles

38 Armónicos de cristal Debido a circuitos multiplicadores en transmisores de cristal No se producen en circuitos de frecuencia sintetizada

39 Armónicos de cristal f 0 f 0 -f 0 /x f 0-2f 0 /x f 0 f 0 +f 0 /x f 0 +2f 0 /x Transmisores de frecuencia sintetizada: no existen multiplicadores no existen armónicos Transmisor controlado por cristal: x multiplicadores = armónicos de cristal

40 Interferencia del oscilador local Si f 2 =LO 1, el receptor 1 puede interferir con el receptor 2 Si f 1 =LO 2, el receptor 2 puede interferir con el receptor 1 LO 1 LO 2 Receiver 1 Tuned to: f 1 (LO 1 =f 1 -IF) Receiver 2 Tuned to: f 2 (LO 2 =f 2 -IF)

41 Interferencia Image Frequency : baja injección IF IF f image =f 0-2xIF f LO =f 0 -IF f 0

42 Interferencia Image Frequency : alta injección IF IF f 0 f LO =f 0 +IF f image =f 0 +2xIF

43 Asegurando compatibilidad entre sistemas Elegir un grupo compatible pre-seleccionado: Un grupo es compuesto por frecuencias programadas Un canal es una frecuencia dentro de ese grupo Todos los canales en un grupo son compatibles -o- Calcular un juego compatible de frecuencias: Considerar distancia mínima entre frecuencias Considerar distancia entre frecuencias e IMD Debe ser calculado por programa de computadora - WWB

44 Ejemplo de grupos compatibles pre-seleccionados Grupo preseleccionado Todos los canales de este grupo son compatibles No hay garantía de compatibilidad mezclando grupos diferentes

45 Usando Shure Wireless Workbench Software

46 Wireless Workbench Software Funciones primarias: Monitoreo remoto de sistemas inalámbricos Control remoto de sistemas inalámbricos Rápida programación de sistemas inalámbricos Escaneo de espectro de radio Funciones secundarias: Análisis de compatibilidad de frecuencias Coordinación y síntesis de frecuencias

47 Wireless Workbench Software Monitoreo y control de sistemas: iindividual o en red Device Manager receptores en red Alert Manager avisos y alertas en tiempo real de los receptores individuales Notes Manager Detailed Status RF, Audio, batería, potencia de transmisión Waterfall Plot Escanea RF a través del tiempo

48 Otras pantallas de Wireless Workbench RF Frequency Plot Creación de grupos personalizados RF History Plot

49 Compatibilidad y síntesis de frecuencias Escanea receptores conectados a la red para encontrar el mejor grupo compatible en una banda Analiza compatibilidad de receptores conectado a la red o una lista de frecuencias definida por el usuario Sintetiza nuevas frecuencias compatibles para receptores contectados a la red o nuevas frecuencias determinadas segúnel requerimientos del usuario Frequency Compatibility Program

50 Resumen de Wireless Workbench Software Monitoreo y control remoto de parametros vitales para múltiples receptores inalámbricos Creación y almacenamiento de grupos personalizados de frecuencias Preparación rápida de inalámbricos (en red) para eventos grandes Wizards: compatibilidad y selección automática de frecuencias Sincronización infraroja al transmisor Programa completo de compatibilidad de frecuencia

51 1. Cambios en el ruido de piso de RF Fuentes de interferencia

52 Espectro - canal de televisión análoga (PAL) Video (imagen) Audio (sonido) Croma (color) Amplitud 1.25 MHz 4.43 MHz.25 MHz f v 8 MHz f c f a Frecuencia

53 Espectro - canal de televisión digital (DTV) Amplitud Frecuencia 8 MHz

54 Evitar canales de televisión ocupados Transmisoras de televisión Al aire libre km Local cerrado km Existen diferentes canales en diferentes ciudades TV análoga y TV digital (DTV) presentan el mismo efecto: Más cortes de señal de RF Rango reducido TV análoga y digital afecta la calidad de audio por igual Televisión digital puede ser VHF o UHF

55 Espectro UHF: interferencias de canales de TV Evitar canales de televisión ocupados!

56 Fuentes secundarias de interferencia Transmisiones de radio desconocidas Sistemas de monitoreo inalámbrico in-ear Sistemas de intercom inalámbrico Transmisores STL (studio transmitter link) Transmisores fuera de la banda UHF (taxi, policía, etc.) Celulares y agendas electrónicas GSM (generalmente interfieren en audio) Equipos digitales cercanos Procesadores de audio DSP (CD players, DAT, efectos) Computadoras y controladores de luces (pantallas LED, dimmers) Equipos de alta potencia Motores, HVAC, Luces [generalmente producen RFI cuando se encienden y apagan ej: ballast de luces fluorecentes]

57 2. Interferencia multivía

58 Interferencia multivía Superficie reflectiva de metal (tamaño físico mayor a longitud de onda) Transmisor Receptor Señal directa Señal indirecta (multivía)

59 RF-input voltage Multipath Interference Time [s]

60 Sistema no diversificado

61 Sistema diversificado

62 Sistemas de diversificación Shure Predictive Diversity Antena A Antena B Switch de antena Receptor Comparador predecible Diversificación de antenas predecibles

63 Sistemas de diversificación True Diversity Antena A Antena B Receptor 1 Receptor 2 Conmutador Audio switch Diversificación de antenas - conmutación de repectores

64 Sistemas de diversificación Shure MARCAD - Maximum Ratio Combining Audio Diversity Antena A Antena B Receptor 1 Receptor 2 Combinador de audio Diversificación de antenas - combinación de repectores

65 3. Ubicación correcta de antenas

66 Variedades de antenas 1/4 de onda Debe estar perpendicular a un plano de tierra 1/2 de onda Telescópica o cable Para aplicaciones de montaje remoto Direccional Yagi (banda corta) Log periodic (banda ancha) Helicoidal (banda ancha) Excelente para incrementar distancia o para ambientes cargado de RF

67 Antena direccional activa 120 Permite recibir una señal de RF a una mayor distancia ( >100 m) Amplificador interno (+3dB, +10dB) compensa por pérdidas que ocurren en cables largos Generalmente requiere voltaje CC para operar

68 Antenas remotas para recepción Log periodic (con amplificador) Helicoidal (cortesía de Professional Wireless Systems)

69 Ubicación de antenas Posición para recibir el mejor ángulo de polarización Receptor diversificado: 90 apart Receptor no diversificado: vertical 90

70 Ubicación de antenas Distancias entre antenas Mínima: > ¼ de onda Mejor distancia: > 1 de onda completa VHF: 37cm UHF: 7cm

71 Ubicación de antenas Distancia mínima entre antena transmisora y antena receptora debe ser por lo menos 3 metros > 3 metros

72 Ubicación de antenas Las antenas deberían estar por encima de la audiencia y otros obstáculos Aproveche la altura > 2 m

73 Antennas inside steel enclosure Ubicación de antenas?

74 Ubicación de antenas?

75 Configuración de sistemas Más de 3 sistemas Distribuidor de antenas Receptores escondidos Antenas remotas Larga distancia Antenas direccionales

76 Distribución de antenas Previene la interacción entre antenas receptoras ubicadas en proximidad Splitter pasivo divide un par de antenas a dos receptores diversificados ~3dB de pérdida por split Splitter activo divide un par de antenas a 4-5 receptores diversificados: sin pérdidas Se puede conectar múltiples distribuidores para alimentar una gran cantidad de receptores

77 Distribución de antenas pasivas Splitter pasivo B (-3dB pérdida) Splitter pasivo A (-3dB pérdida) Antena B Antena A

78 Distribución de antenas activas un nivel Antena B Antena A

79 Distribución de antenas activas dos niveles Antena B Antena A

80 Distribución activa > 2 distribuidores Antena B Distribuidor primario Antena A Distribuidores secundarios No se recomienda cascadear más de dos niveles de distribución

81 Pérdidas en cables coaxiales Se debe usar cables coaxiales de 50 Ω Se recomienda <5 db de pérdida a través de un cable Cables NO recomendados: RG59, RG6, RG11 (75 Ω) Pérdida típica para cables de 50 Pérdida 200 MHz db/100 ft Pérdida 200MHz db/10m Pérdida 400 MHz db/100 ft Pérdida 400MHz db/10m Pérdida 600 MHz db/100 ft Pérdida 600MHz db/10m Pérdida 800 MHz db/100 ft Pérdida 800 MHz db/10m RG-58 C/U Belden RG-8X Belden RG213/U Belden RG-8/U Belden

82 Amplificadores de antenas Antena B Antena A Amplificador B Amplificador A (Pérdida en cable >5 db)

83 Distribución de antenas múltiples salones Antena B Antena A Antena B Antena A Combinador pasivo B Salón 1 Salón 2 Combinador pasivo A

84 Distribución de antenas múltiples salones Salón C Salón B Salón A B B B Rack de equipos A A A B A = UA830WB = UA221

85 Distribución de antenas múltiples salones Salón C Salón B Salón A B B B Rack de equipos A A A B A = UA830WB Fuente cc = UA221 = se requiere fuente bias al usar más de dos amplificadores en línea

86 Distribución de antenas áreas grandes B

87 Sugerencias para usar antenas remotas Usar antenas de ½ onda o antenas direccionales Ubicarlas para obtener línea de vista Separar antenas para mantener diversificación Pérdida total < 5dB Usar longitudes mínimas de cables Usar cable con menor pérdida Usar amplificador si es necesario Ganáncia total < 10dB Usar ganáncia mínima

88 4. Squelch

89 Circuitos de squelch SQUELCH de amplitud - depende de la intensidad de la señal de RF SQUELCH Noise Sensitive (sensible a ruido) - analiza la calidad de audio, busca ruido en frecuencias altas; característico de una señal de RF SQUELCH Tone Key (llave de tono) - tono super audible se envia con la portadora, la salida del receptor no se habilita sin el tono presente LED A-B indica estado del squelch Ajusta umbral de amplitud

90 Squelch de amplitud Circuitos de squelch Noise squelch Tone Key squelch Audio Level RF Noise RF Noise 32 KHz Tone Squelch Threshold Squelch Threshold Squelch Threshold Frequency

91 5. Baterías

92 Baterías recargables UR1 operando con Duracell AA NiMH 2400mAh UR1 UR2

93 Baterías recargables UR1 operando con Energizer AA NiMH 2500mAh UR1 UR2

94 Baterías recargables Life of Different Battery Types :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 Voltage Time (Hours) Wireless Battery Life Alkaline NiMH 8.4V NiCd 7.2V 0:00 0:57 1:54 2:51 3:48 4:45 5:42 6:39 7:36 8:33 9:30 10:2 11:2 Volts Baterías 9V Time (Hours) Frequency Synthesized Crystal Controlled

95 Temas sobre baterías Nuevas químicas Lithium Ion Alcalinas recargables Tamaño AA es el más popular y más económico Circuitos requieren convertidores de CC Exigen circuitos más eficientes

96 Herramientas online

97

98

99

100

101

102 Conclusión 1. Controlar ruido de RF (en lo posible) Coordinar y compatibilizar frecuencias Evitar fuentes primarias y secundarias de interferencia de RF 2. Interferencia multivía Siempre usar y mantener antenas diversificadas 3. Ubicación correctas de antenas Respetar distancias mínimas Siempre usar distribuidor de antenas si es necesario 4. Squelch Evitar el uso de squelch excepto en casos especiales 5. Baterías Preferible usar alcalinas Usar baterías recargables cuando es necesario Siempre usar baterías nuevas o recién cargadas

103 Preguntas?