EMISIÓN Y RECEPCIÓN DE RADIO

Transcripción

1 EMISIÓN Y RECEPCIÓN DE RADIO 1.- EMISIÓN Y RECEPCIÓN DE RADIO 2.- EQUIPO TRANSMISOR 3.- PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS DE RADIOFRECUENCIA 4.- EQUIPO RECEPTOR 5.- SISTEMAS DE RADIO DIGITAL 6.- RECEPTORES DE LOS SISTEMAS DE RADIO DIGITAL 1

2 1.- EMISIÓN Y RECEPCIÓN DE RADIO Todas las emisoras poseen la base de un equipamiento técnico común, entre los que distinguíamos dos grupos: El de baja frecuencia, básicamente todos los equipos que tienen la función de generar, captar y manejar la señal de audio, que ha de ser transmitida. Son los que crean la señal moduladora, es decir, la información. Los micrófonos, magnetófonos o reproductores digitales, son de este tipo de equipos. El de alta frecuencia que son los transmisores de la señal, es decir, los que modulan y transmiten la señal de baja frecuencia en ondas electromagnéticas que viajan libremente por el espacio. Una vez que la señal de audio sale del mezclador de la sala de control de la emisora, comienzan a actuar los equipos de alta frecuencia. Al tratarse de potencias elevadas, es aconsejable separar físicamente la alta frecuencia de los equipos de baja frecuencia, al objeto de que no produzcan interferencias y realimentaciones que distorsionarían la señal entregada por el mezclador. En ocasiones esto viene ya dado por la separación física de la emisora y la antena transmisora, dada por diferentes motivos, como son evitar el enclavamiento de la antena en el casco urbano, lo que podría producir interferencias en otras instalaciones próximas o alejar la misma a cotas elevadas para conseguir un mayor alcance o cobertura. En estos casos debe preverse algún medio de unión de la señal entre los estudios (baja frecuencia) y el transmisor (alta frecuencia), básicamente pueden utilizarse tres tipos de enlaces: Por enlace telefónico, que es el menos aconsejable debido a su pobre respuesta en frecuencia que limitaría la calidad sonora, ya que no sobrepasa los 4 khz y en retransmisiones de alta fidelidad en FM necesitamos que sobrepasen los 15kHz. Por enlace de cable coaxial o de fibra óptica, el cual puede se de fácil solución, pero también fácil de sabotear o de sufrir averías por cortes. 2

3 La solución idónea, por tanto, es el uso de radioenlace o unión inalámbrica entre dos puntos. Se recurre al uso de antenas muy directivas que son más seguras contra las interferencias, además de radiarse en frecuencias que sean captadas únicamente por el equipo de la emisora y con una potencia que asegure la calidad deseada. Estos equipos modulan la señal en frecuencia lo que garantiza una elevada calidad en la transmisión. En el otro extremo, el receptor extrae la señal de audio, que es la misma que existía a la salida del mezclador. 2.- EQUIPO TRANSMISOR Cuando la señal de audio llega al transmisor, directamente o mediante radioenlace, en primer lugar se introduce en el limitador, equipo que tiene por misión la adecuación del nivel y banda de paso de frecuencias de audio a unos niveles permitidos para evitar distorsiones e interferencias. En el caso de las emisiones estereofónicas en FM es preciso aplicar un limitador por cada canal. Las señales posteriormente se aplican a un codificador que transforma los dos canales en una sola señal (la señal multiplex), que será la transmitida por la antena. La señal multiplex es necesaria para mantener la compatibilidad con los receptores monofónicos, y consta de información monofónica, de una señal piloto y de la información estereofónica. A continuación, tiene lugar la modulación, paso intermedio sin el que sería posible radiar la señal radiofónica, ya que la señal de baja frecuencia no es factible de ser transmitida a largas distancias, así la existente entre la antena emisora y la receptora serían insalvables. La modulación se puede definir como la modificación de una magnitud física de una onda (frecuencia, amplitud o fase) mediante una información contenida en una señal moduladora de baja frecuencia que es, información a transmitir. Esta magnitud física que debe modularse se denomina señal portadora, y su misión es transportar la información de la señal moduladora de baja frecuencia. Las formas típicas de codificar o modular una onda de una emisión son para la retransmisión anlógica: Modulación en Amplitud (AM), que consiste en la variación instantánea de la amplitud de la onda portadora con una profundidad proporcional a la señal moduladora. 3

4 Siempre que se recurre a una modulación se produce la aparición de dos bandas laterales, una superior y otra inferior, que contienen idéntica información, es decir, la propia de la onda moduladora. Para los efectos de la recepción basta con descodificar sólo una de las bandas laterales para recomponer la señal emitida, por lo que se opta por la transmisión de una sola de las bandas laterales, reduciendo a la mitad el ancho de banda empleado, dejando así espacio a un mayor número de emisoras en un mismo margen de frecuencias. Es lo que se llama transmisión de Banda Lateral Única (BLU). La aplicación de este sistema no es extendida en la radiodifusión comercial, que sigue empleando el tradicional sistema de portadora y dos bandas laterales, al que están adaptados la gran mayoría de receptores del mercado. Los sistemas de radiodifusión en AM se limitan a unos canales de 9kHz por emisora, lo que los imposibilita para su aplicación en alta fidelidad; limitación impuesta con el objeto de permitir mayor número de emisoras. Una de las desventajas que tiene este tipo de modulación es su propensión a ser interferidos en la recepción por fenómenos atmosféricos o de electricidad estáticas, entre otras. Modulación en Frecuencia (FM), que consiste en la variación de la frecuencia central de la onda portadora en más o menos según la intensidad o amplitud de la señal moduladora. Esta variación es la profundidad de modulación. Y además la velocidad con la que se efectúan esta variación es directamente proporcional a la frecuencia moduladora. Al producirse estas dos operaciones, la portadora modulada en frecuencia, aunque con una amplitud constante, posee dos informaciones de la señal moduladora: su amplitud y su frecuencia. De tal forma que las bandas laterales que se forman son múltiplos enteros de la frecuencia moduladora y están situados a cada lado. El número de ella depende del índice de modulación entre la desviación de la frecuencia central de la portadora y la frecuencia de modulación. Así aparecen infinitas bandas laterales, por lo que si tomamos un número relativamente pequeño de ellas, puede recuperarse suficiente información como para poder recomponer la señal. Así da una gran calidad en las transmisiones, pues permite la recomposición de la señal moduladora con muchísimos más puntos de referencia. 4

5 Las emisoras comerciales de FM ocupan un espectro de frecuencias considerable puesto que a cada emisión se le asigna una frecuencia portadora y un espectro, en el dial, para evitar las interferencias de unas con otras. El espectro es aún mayor en las emisiones estereofónicas donde se envía la suma de los dos canales, la diferencia entre ambos y, entre estos dos subespectros, una portadora piloto para que los receptores monofónicos puedan recibirlo en monotonía. Además no se ven afectadas por los fenómenos atmosféricos, pero por el contrario su alcance es menor, que el AM. Una vez modulada, la portadora se amplifica hasta un cierto nivel por un excitador que entrega la señal al amplificador final, quien suministra la potencia de radiofrecuencia que irá a la antena. Según los alcances deseados, se necesitarán distintas potencias amplificadas. La antena transmisora está sintonizada con la frecuencia de trabajo elegida, que se calcula previamente según la longitud de onda, para obtener el mejor rendimiento. Así, mientras la emisora suministre energía de alta frecuencia a la antena, los electrones que circulan por ésta se desplazarán de forma periódica de un extremo al otro de la antena, tantas veces por segundo como valor tenga la frecuencia de corriente alterna aplicada a la misma. Como consecuencia de este movimiento de electrones, se producirá la creación de un campo electromagnético, que formará la onda móvil que se desplazará por el espacio. 3.- PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS DE RADIOFRECUENCIA La propagación viene dada por las ondas electromagnéticas, que están compuestas por un campo eléctrico y otro magnético que determinan su naturaleza y, en cuyo espectro, encontramos las ondas radioeléctricas, que pueden dividirse en grupos atendiendo a su frecuencia o longitud de onda. Las bandas de radiodifusión hacen uso de un espectro de frecuencias reducido respecto a las que se pueden utilizar. En estas bandas se incluyen tanto a las emisoras de radio como de televisión, y sus frecuencias se extienden desde los 150kHz de onda larga, hasta los 862 MHz. Las frecuencias que acapara la televisión ocupan el 95%, de tal forma que una emisora de televisión necesita un ancho de banda veinte veces mayor al que necesita una emisora de FM y seiscientas veces mayor de una emisora de AM. 5

6 Las bandas de AM trabajan entre 525 KHz y 1605 KHz y la de FM entre 87 MHz y 110 MHz. Las ondas radioeléctricas que se desplazan por la superficie de la tierra y se alejan de la antena emisora reciben el nombre de ondas terrestres, que se ven afectadas por las características que presenta la orografía de la superficie del terreno y por la frecuencia de la onda, de forma que disminuyen a medida que aumenta la frecuencia y según las condiciones en que se encuentre la baja atmósfera. Las ondas terrestres se dividen en: La onda terrestre de superficie, que se caracteriza por seguir una trayectoria a lo largo del contorno de la orografía terrestre, sufriendo una atenuación en su desplazamiento debido a las variaciones climáticas extremas, que influyen sobre el grado de conductividad del medio, y siendo afectada también por la frecuencia de la onda y por la orografía del terreno, por lo que su alcance es limitado. La onda aérea, que se propaga por el espacio inmediatamente por encima de las anteriores y que se caracteriza porque sigue dos trayectorias. Una de ellas es la onda directa o visual que sigue una trayectoria óptica imaginaria relativamente recta desde la antena emisora hasta la receptora. La otra trayectoria es la onda reflejada, que llega al receptor después de sufrir una o varias reflexiones sobre la superficie de la tierra, presentando el inconveniente de que se retrasa con respecto a la onda directa, puesto que recorre una mayor distancia, pudiendo llegara incluso a estar en fase o desfasada 180º con respecto a la onda directa. Por otro lado están las ondas emitidas al espacio, que llegan al receptor viajando por la atmósfera, que constituyen la base de las comunicaciones. La atenuación sufrida por estas ondas es relativamente pequeña, por lo que su alcance es muy grande. Sin embargo, se ven afectadas por la composición de los gases de la ionosfera o atmósfera superior, de forma que son reflejadas por ésta, pudiendo curvar su recorrido y devolverla a la tierra y así sucesivamente. Las condiciones de propagación dependen de las condiciones de la ionosfera, de la latitud del lugar, de la hora del día, de la estación del año, de la mayor o menor actividad del sol. 4.- EQUIPO RECEPTOR 6

7 Para la recepción de las señales tenemos tanto al sintonizador es el aparato que recoge las señales de radio del espacio libre y las trata de forma adecuada para extraer toda la información contenida en ellas mediante la demodulación, como al receptor, que además de lo anterior incluye un amplificador. Todo sintonizador de alta fidelidad funciona conforme al principio heterodino, que se basa en la utilización de un oscilador local combinado con el circuito de sintonía a través de una etapa mezcladora para mejorar la selección de emisoras del sintonizador. La unidad de sintonía permite el paso de una sola de las señales portadoras moduladas (seleccionada en el dial), la cual es conducida a una etapa mezcladora o restadora, donde el oscilador local o generador local de portadora envía una señal de 10,7 MHz por encima de la señal captada. Así en la etapa restadora, ésta proporciona la señal diferencia entre ambas. A partir de aquí, la señal sigue una serie de etapas amplificadoras hasta llegar al limitador (sólo en el caso de de sintonizadores FM), que recorta la amplitud de la señal al objeto de eliminar cualquier variación en la amplitud que originaría distorsiones en los pasos siguientes. En el demodulador se extrae la modulación contenida en la señal, es decir, la moduladora. En transmisiones estereofónicas obtendremos la señal multiplex (señal MPX), que está compuesto por la señal suma de los canales izquierdo y derecho, la portadora piloto de 19 MHz y la señal de diferencia izquierdo-derecho. La señal de salida pasa por el filtro multiplex que desmembra este espectro de canales, detectando la frecuencia piloto de la transmisión estereofónica y proporcionando una etapa sumadora y una etapa restadora, de las que saldrán el canal derecho e izquierdo. Obteniendo así la señal de origen. 5.- SISTEMAS DE RADIO DIGITAL DAB (Digital Audio Broadcasting, Emisones Digitales de Sonido) apareció en 1994 y fue inventado por La Unión Europea de Radiodifusión y la Unión Europea a través del proyecto Eureka 147. Por lo tanto es un proyecto europeo. Los servicios de radiodifusión digital (sonora y de televisión), en su vertiente terrenal, se caracterizan por una elevada calidad técnica de imagen y sonido, por una gran inmunidad frente al ruido y a las interferencias, por su facilidad de reconfiguración dinámica y por su flexibilidad para la recepción tanto con aparatos domésticos fijos 7

8 como con receptores a bordo de vehículos o portátiles pero, también, se caracteriza por el aprovechamiento eficaz de un recurso limitado y escaso como es el espectro radioeléctrico y por el incremento sustancial de la capacidad para disponer de un mayor número de programas. La introducción en España de la radiodifusión digital tiene su origen en una disposición adicional de la Ley de Medidas Fiscales, Administrativas y del Orden Social de 1997, también conocida como Ley de Acompañamiento a los Presupuestos Generales del Estado para 1998, que proporciona la base jurídica para el desarrollo reglamentario de la radiodifusión sonora digital terrenal, pero no contiene referencias a la tecnología empleada para realizar las emisiones ya que, en aquel momento, por el estado en el que se encontraba la técnica sólo podía ser analógica. La nueva tecnología digital de la radio consiste en un uso más eficaz del espectro radioeléctrico, permitiendo incrementar la capacidad para un mayor número de programas y reduciendo las distancias de reutilización de las frecuencias, puede dedicarse un máximo del 20% de la capacidad total de transmisión digital. Según establece el correspondiente Plan Técnico Nacional (Plan RD), la radio digital se introducirá en los canales 8 a 11 de las bandas de frecuencias de VHF, ocupada todavía por algunas estaciones de televisión analógica que disponen de canales reservados en las bandas de UHF para continuar con sus emisiones. Además, también se ha previsto una futura ampliación de espectro a la banda L (1,5GHz). Por lo tanto, no se considera que la radio digital sea una tecnología sustitutiva de la radiodifusión sonora en onda media (OM) o en frecuencia modulada (FM). Sin perjuicio de que, con el paso de los años, estas últimas tecnologías puedan quedarse obsoletas y sean sustituidas por otras. Para favorecer la implantación de la radio y televisión digitales se aprovechará gran parte de las infraestructuras existentes para la radio y la televisión, tanto en transmisión (instalaciones y antenas de emisión) como en recepción (antenas colectivas); no obstante, la captación de los programas emitidos con tecnología digital requerirá un nuevo equipamiento para el usuario (receptores digitales, con o sin monitor, en el caso de la radio digital). La necesidad de adquirir este equipamiento en un mercado emergente es el obstáculo 8

9 más importante para la implantación y desarrollo de la nueva tecnología, pero la digitalización de los servicios de radiodifusión, sonora y de televisión, no tiene vuelta atrás. El DAB (Digital Audio Broadcasting), a diferencia del sonido analógico, organiza los datos transmitidos mediante tramas digitales, las cuales pueden ser configurables según los deseos del emisor, de forma que se pueden emitir programas multicanal 5.1, o bien varios programas estereofónicos simultáneos con información independiente. Tras la codificación de esta información, se pasa a un proceso de compresión digital, que reduce la cantidad de información efectiva que será transmitida. El método de compresión utilizado es el Musicam o MPEG capa I, que divide la banda audible en 32 subbandas, aplicando a cada una de ellas los algoritmos necesarios para detectar aquellas partes del sonido original que el usuario no será capaz de percibir, eliminando la información correspondiente. El bit rate o volumen de bits por segundo transmitidos es de 192 kbps, que proporciona una calidad similar a un cd, aunque no exactamente la misma, al oído le suene prácticamente igual. Así hemos dicho que junto a la información del sonido que configura nuestra emisión radiofónica, les acompaña otro tipo de información o servicios, como los de la identificación de la emisora, o información metereológica o del tráfico. Todo ello se introduce en la trama analizada, haciéndose acompañar de una cabecera, que servirá para identificar los datos que contiene y configurar al receptor para interpretarlos correctamente. Así se crea un canal múltiplex, es decir, aquel que transporta varios servicios sin que existan diferentes modos de modulación para cada uno de ellos, recurriéndose para ello al sistema de modulación QPSK, combinado con el principio de transmisión por portadora múltiple COFDM. El sistema de modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Key), consiste en modular la señal analógica ni en amplitud, ni en frecuencia, sino en su fase, que consiste en la determinada posición que tiene la onda sonora en un momento preciso, dentro de un eje de coordinadas. De esta forma las variaciones de amplitud de la onda moduladora provocarán desplazamientos en la fase de la portadora, desviándose de la que tendría en su posición de reposo. Resultando esto imposible en la transmisión de una señal analógica, cuyos infinitas variables, provocarían desplazamiento de fase de tan pequeñas dimensiones, 9

10 que serían imposible identificar, pero muy sencillo y práctico en las transmisiones digitales, al poseer dos niveles de tensión posibles (0 y 1), lo que provocaría cambios bruscos en la amplitud de la moduladora, y, por lo tanto, desplazamientos evidentes en la fase, que serían muy fácil de detectar por el receptor, ya que se traduciría en solamente dos posibles fases: 0 y 180º. Para agilizar el proceso, en cambio, se hace uso de las cuatro fases posible, (de ahí el nombre de cuadratura), las cuales coinciden con los ejes de coordinadas, así la transmisión no se realiza bit a bit, sino por parejas de estos, asignándoles 0º, 90º, -90º y 180º. Por otra parte el COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex), consiste en un método de gestión del modo de transmisión, que opera tras la modulación de la señal. En este método, por lo tanto, la trama digital se divide en pequeños grupos, modulándose cada grupo por separado con portadoras de frecuencias diferentes, muy próximas entre sí, pero evitando que se interfieran sus armónicos al estar situadas ortogonalmente. De esta forma a cada pareja de bits se le asigna una fase y una frecuencia de portadora diferente, una vez terminado el proceso de asignación de frecuencias portadoras, el sistema iniciará un nuevo ciclo de transmisión en la primera de las portadoras, lo que permite una baja velocidad de transmisión en cada una de las frecuencias portadoras, con un bajo número de símbolos de transmisión por segundo y con largos períodos de tiempo entre cada señal transmitida, denominado período de símbolo, permitiendo difundir la radio digital incluso en entornos urbanos, al resultar altamente inmunes a posibles desplazamientos de fase causados por rebotes de la señal durante la propagación y presentar, además, una notable inmunidad ante interferencias de canales adyacentes, lo que permite a usar el espectro sin necesidad de mantener canales vacíos, como se hace en transmisiones analógicas para evitar intermodulaciones. En lo referente a poder convertir la radio en un medio multimedia se ha tomado como punto de referencia el Multimedia Object Transfer Protocol (MOT). Este sistema permite la emisión de datos generales (MIME/http), imágenes (JPG, GIF, JFIF y BMP), texto (txt, html), multimedia (MPEG o Java) así como numerosos archivos generales. A parte, en los receptores DAB se puede ofrecer software (programas), juegos, guía 10

11 electrónica... Según la norma ETS se definen tres mecanismos para transmitir datos, que a la postre son los que diferencia la radio digital de la tradicional frecuencia modulada, y son: PAD, (datos asociados al programa). Se extraen de la trama Musicam en el decodificador. DSL, Dinamic Label Segment. Se utiliza para la información anexa al audio que irá en formato ASCCI, que es el sistema de codificación habitual que se utiliza para los textos escritos en los ordenadores. N-PAD; datos no asociados al programa. Se pueden enviar como un paquete de información independiente. 6.- RECEPTORES DE LOS SISTEMAS DE RADIO DIGITAL Como es de suponer la radio digital no podremos sintonizarla en los aparatos que tenemos en la actualidad., ya que deberá tener las siguientes características: Deberá contar con una salida de audio y según los modelos y necesidades con salida para datos. Deberá ser capaz de detectar el modo de transmisión y conmutar al modo de recepción correspondiente. El codificador utilizará una frecuencia de muestreo de 24 a 48 Khz y tendrá que ser capaz de conmutar entre las distintas tramas de datos cuando sea necesario (según los datos que se quieran recibir o si nos estamos desplazando). Debe ser capaz de decodificar un programa de audio estéreo con una tasa binaria de 256Kbit/seg. En caso de servicio cifrado (de pago) el receptor deberá informar al usuario-usuaria de este servicio. Es recomendable que tenga un display de 8 caracteres alfanuméricos (letras y cifras) como mínimo, que informen del servicio prestado, tipo de programa, trama y segmento seleccionado. En la actualidad hay tres tipos de receptores, clasificados según el tipo de recepción 11

12 para la cual se han diseñado: Fija, receptores HI-FI, con un display en el que manejemos los datos asociados a la emisión que hemos visto. La portátil, que por ahora sólo transmiten audio, aunque ya están empezando a aparecer algunos multimedia. Los móviles, que son empleados en los coches Como estos receptores son bastante caros una empresa inglesa (Radioscope) ya ha preparado un sistemas de recepción a través del ordenador por medio de un programa decodificador de la señal DAB procedente de una antena normal VHF; pudiendo obtener sonido, texto e imágenes cada diez segundos y todo ello a tiempo real. Por último repasaremos algunas de las ventajas de la radio digital son: Señal sin distorsiones Gran calidad de sonido (comparable a un cd) Mejor aprovechamiento del espectro radio-eléctrico Nuevos servicios multimedia interactivos: texto, imágenes, mapas, juegos... La posibilidad de obtener en la misma frecuencia la misma emisora sin cambiar de dial viajando desde Bilbo a Tarifa, ya que el receptor se encargará de encontrar el repetidor más cercano o eligiendo una opción (deportes, radios libres) el receptor te busca las emisoras locales que emitan ese tipo de programas Servicios de valor añadido: música, mapas de ruta de viaje... Combinando el DAB con el GSM (sistema de comunicaciones móviles) y GSP (sistema de posicionamiento global) se pueden mandar información de mapas, rutas de viajes a los coches. Por medio del sistema de transmisión se pueden emitir programas específicos por barrios, ciudades o regiones Bibliografía: Félix Molero, Emilio (2006). Sistemas de Radio y Televisión. Madrid: McGrawHill. 12

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