COMUNICACIONES DE RADIO EN LA ERA DIGITAL VOLUMEN DOS: TECNOLOGÍA VHF / UHF

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1 Co gratitud a Hal Herrick por su dedicació y perseveracia e escribir este maual. COMUNICACIONES DE RADIO EN LA ERA DIGITAL VOLUMEN DOS: TECNOLOGÍA VHF / UHF Primera Impresió, juio 2000 Copyright 2000 Por Harris Corporatio Todos los derechos re s e r v a d o s Título Origial e Iglés "Radio Commuicatios i the Digital Age VHF/UHF Te c h o l o g y, Volume Tw o " N ú m e ro de Tarjeta e el Catálogo de la Biblioteca del Cogreso: Harris Corporatio, RF Commuicatios Divisio Comuicacioes de Radio e la Era Digital Volume Dos: Tecología VHF / UHF I m p reso e Estados Uidos de América 6/00 RO 10K B Harris Corporatio Traducido al Español por: APEQS - COTELA c.a. C O M PAÑÍA TECNICA LAT I N O A M E R I C A N A Teléfoo (593-2) Quito, Ecuador Todos los productos y sistemas de Harris RF Commuicatios icluidos aquí so marcas registradas de Harris Corporatio

2 C O N T E N I D O I N T R O D U C C I Ó N 1 C A P Í T U L O 1 PRINCIPIOS DE LAS R A D I O C O M U N I C A C I O N E S 5 CAPÍTULO 2 P R O PAGACIÓN DE RADIO EN VHF/UHF 2 1 C A P Í T U L O 3 ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE RADIO VHF/UHF 3 2 C A P Í T U L O 7 COMUNICACIONES CON S E G U R I D A D 8 2 C A P Í T U L O 8 SISTEMAS Y A P L I C A C I O N E S 9 0 C A P Í T U L O 9 AVANCES HACIA EL FUTURO G L O S A R I O C A P Í T U L O 4 RUIDO E INTERFERENCIA 5 2 C A P Í T U L O 5 COMUNICACIÓN DE DAT O S POR RADIO VHF/UHF 5 6 C A P Í T U L O 6 S ATCOM - COMUNICACIONES S AT E L I TALES EN UHF 7 3

3 I N T R O D U C C I Ó N EEste es el Volume 2 de ua serie de libros de difusió de la Tecología de Radiocomuicacioes. Éste trata sobre las tecologías de muy alta f recuecia (VHF), ultra alta frecuecia (UHF) y comuicacioes satelitales ( S ATCOM), así como de la codificació digital modera y de las capacidades de modulació que optimiza la salida de la iformació y su seguridad. El Juego de Herramietas del Comuicate El carpitero depede de u surtido de formoes, taladros y martillos para realizar su trabajo. Cada tipo de herramieta es apropiada para ua labor específica. Asimismo, el diseñador de sistemas moderos de comuicacioes hace uso de las herramietas de HF, VHF, UHF y SATCOM y aprovecha las capacidades úicas que ofrece cada ua de éllas para cumplir sus requerimietos. Más adelate se pro p o rcioa resúmees de las capacidades más sobresalietes de cada bada de frecuecia de radio y e los capítulos siguietes se las describe e mayor detalle. HF: Desde "A la Vuelta de la Esquia" Hasta "Alrededor del Mudo" Ates que existiera la tecología SATCOM, los radios HF (o de oda corta) era los úicos medios para comuicarse co las embarcacioes e el mar. El hecho de que co HF se puede comuicar más allá del horizote la hace ua herramieta idispesable para mesajes a larga distacia de barco a b a rco y de barco a costa. Asimismo, e la época aterior a los cables trasatláticos, los radios HF era la úica forma de hablar etre cotietes. E la actualidad, estos radios sigue siedo utilizados para compartir la carga total de las comuicacioes de larga distacia. P e ro la virtud icomparable del radio HF ha creado tambié alguos desafíos. Las trasmisioes mudiales de radio so fáciles de iterceptar y el espectro de HF se ha complicado por señales emaadas de u siúmero de trasmisores idividuales ubicados alrededor del mudo. Debe implemetarse técicas especiales e los radios para sacar provecho del largo alcace de los mismos, mietras que se preserva la claridad del caal y se reduce la iterc e p t a c i ó. La ecripció dismiuye la utilizació o amigable de las señales i t e rceptadas y sofisticados esquemas de codificació ayuda a combatir la cogestió de señales, pero estas técicas puede reducir la salida (comparada co la de u caal e claro). A pesar de ésto, los radios HF cotiua jugado u rol idispesable e las herramietas de u c o m u i c a d o r. Los radios HF de mochila, co varias opcioes de atea, puede cubrir u rago práctico desde "a la vuelta de la esquia" hasta " a l rededor del mudo." Auque alguas comuicacioes de larga distacia se trasmite actualmete vía satélite, HF matiee todavía la vetaja de o requerir (o depeder) de igua ifraestructura. VHF: De Hombre a Hombre La bada VHF fue ua selecció tempraa para los radios de mochila utilizados por las tropas de tierra para comuicarse detro de su áre a ( a p roximadamete ocho kilómetros). Las ateas y los compoetes selectivos de sitoizació de los radios VHF so mucho más pequeños que su cotraparte e HF. Los adelatos e la idustria de semicoductores tambié ha i c remetado la eficiecia de los radios VHF debido a que las baterías so más pequeñas, más liviaas y de mayor duració que aquellas que se requería e el pasado. A diferecia de HF, las trasmisioes e VHF carece de la habilidad de saltos ioosféricos y está limitadas a las comuicacioes de líea de vista (LOS). Esto reduce la cogestió e la emisió de radio e u campo de batalla extedido y limita la vulerabilidad de iterceptació o amigable. Las amplias capacidades del acho de bada del caal de los radios VHF i c remeta la eficiecia de los esquemas de codificació y ecripció y permite ua mayor salida de datos que co los radios HF. Mayor acho de bada y rago limitado hace a estos radios ideales para comuicacioes de patrulla a patrulla. 1 2

4 UHF: Tierra-Aire para Apoyo Cercao Los elemetos de sitoizació y las ateas de UHF so aú más pequeños que aquellos requeridos para VHF y so mucho más fáciles de istalar e avioes supersóicos de combate, lo que hace a UHF ua selecció ideal para las comuicacioes tierra-aire. Así como los radios VHF, los radios UHF comparte las vetajas de ser de líea de vista y teer mayor acho de bada. Las fuerzas militares moderas pre f i e re actualmete el e s p e c t ro UHF para las comuicacioes tierra-aire. S ATCOM: Saludos al (del) Comadate Es esecial que las uidades de vaguardia se comuique co los cetro s de comado que e ocasioes está a cietos, si o a miles de kilómetro s de distacia. Co el adveimieto de los satélites militares, la tecología S ATCOM puede complemetar el equipamieto HF. A pesar de que la líea de vista (LOS) está típicamete a ocho kilómetros o meos e el suelo etre radios de mochila, el alcace de LOS vertical de ua señal UHF es de deceas de miles de kilómetros. Esto permite a los radios UHF llegar a los satélites militares e órbita que está diseñados para retrasmitir la señal de re g reso a la tierra. La señal retrasmitida abarca ua vasta área de cobertura satelital y es ideal para comuicacioes de largo a l c a c e. Las ateas altamete direccioales, aputadas hacia el cielo y que se las utiliza co radios Satelitales Tácticos (TA C S AT), reduce la radiació t e r re s t re del tráfico TA C S AT proveiete de las líeas de vaguardia del f rete de batalla. Esto hace que el tráfico SATCOM sea mucho más difícil de iterc e p t a r, que aquel proveiete de los radios HF. dispoibles, o puede darse el lujo de trasportar el peso que re p re s e t a ese equipamieto. Por lo tato, el radio multibada es la solució. De forma similar, por el reducido espacio para istalació que existe e vehículos, cabias de comuicacioes, botes pequeños, etc., se utiliza los radios multibada. Así como ua pequeña herramieta de bolsillo para uso múltiple, que al abrirla cotiee ua cuchilla, u destor i l l a d o r, pizas, u abridor de latas, etc., puede servir como caja de herramietas de emergecia, el radio de mochila multibada está diseñado para los múltiples propósitos y ecesidades de las Fuerzas Especiales. Alguos radios multibada pro v e e además u elace satelital, lo que les permitie ampliar su rago de c o b e r t u r a. R e s u m i e d o E los capítulos siguietes de este maual se explica los pricipios básicos y los modos de operació de los radios mecioados e esta itro d u c c i ó. Las características de operació de cada bada de frecuecia de radio se describe y compara co respecto al redimieto y aplicació. Además de las badas de frecuecia, hay muchos factores más que defie el redimieto de u radio. E las págias a cotiuació se efoca tambié el mudo de las exóticas formas de oda que atraviesa el ruido, desafía los itetos de iterceptació y provee altas tasas de velocidades de datos que ateriormete era cosideradas imposibles. Matégase e sitoía! Pese a que es verdad que el eemigo puede recibir u elace descedete desde u satélite, la ecripció iega el acceso a los datos y la fuete de las emaacioes o da la clave de su ubicació o del destio de la trayectoria de datos. El Radio Multibada E esta era de especializació, las fuerzas militares covecioales tiee la capacidad de llevar ua variedad de radios, cada uo diseñado cuidadosamete para u propósito específico. Pero la situació de u pequeño grupo de combate de Fuerzas Especiales es muy diferete. A pesar de requerir el acceso a todos los caales de comuicacioes militare s 3 4

5 C A P Í T U L O 1 PRINCIPIOS DE LAS RADIO C O M U N I C A C I O N E S Para eteder las radiocomuicacioes se comieza co la compre s i ó de la radiació electromagética básica. Las odas de radio perteece a la familia de la radiació e l e c t romagética, que icluye a los rayos x, luz ultravioleta y luz visible formas de eergía que utilizamos a diario. Así como las delicadas odas que se forma al arrojar ua piedra e u lago e calma, las señales de radio se irradia hacia afuera, o se propaga, desde ua atea de trasmisió. Las odas de radio se propaga a la velocidad de la luz, o así las odas de agua e el lago. Defiimos a ua oda de radio e térmios de su amplitud, frecuecia y logitud de oda (Figura 1-1). La amplitud de la oda de radio, o itesidad, puede ser visualizada como su elevació la distacia etre su pico y su puto más bajo. La amplitud, que es medida e voltios, es usualmete expresada por los i g e i e ros e térmios de u valor promedio llamado valor medio cuadrático, o RMS. La frecuecia de ua oda de radio es el úmero de repeticioes o ciclos que completa e u período de tiempo. La frecuecia se mide e hertzios (Hz); u hertzio es igual a u ciclo por segudo. Miles de hertzios se e x p resa como kilohertzios (KHz) y milloes de hertzios como megahertzios (MHz). Usted podrá ver típicamete ua frecuecia de hertzios, por ejemplo, escrita como KHz o 2,182 MHz. 5 6

6 La logitud de la oda de radio es la distacia etre las crestas de ua oda. El producto de la logitud de oda por la frecuecia es ua costate que equivale a la velocidad de propagació. Por lo tato, mietras la frecuecia aumeta, la logitud de oda dismiuye y viceversa. Ya que las odas de radio se propaga a la velocidad de la luz (300 milloes de metros por segudo), usted puede fácilmete determiar la logitud de la oda, e metros, para cualquier frecuecia, dividiedo 300 para la frecuecia, e megahertzios. Así, la logitud de ua oda de 10 MHz es de 30 metros, obteidos por la divisió de 300 para 10. El Espectro de Radiofrecuecia E el espectro de radiofrecuecia (Figura 1-2), el rago de fre c u e c i a utilizable para odas de radio se extiede desde aproximadamete 20 KHz (ligeramete sobre las odas sooras) a MHz. La logitud de oda de 20 KHz tiee 15 kilómetros de largo. E ua de MHz, la logitud de oda es úicamete de 1 cetímetro. La Bada de Alta Frecuecia (HF) La bada de HF se defie como el rago de frecuecias de 3 a 30 MHz. E la práctica, la mayor parte de los radios HF usa el espectro desde 1.6 a 30 MHz. La mayoría de las comuicacioes de largo alcace e esta bada tiee lugar etre 4 y 18 MHz. Frecuecias más altas (18 a 30 MHz) puede tambié estar dispoibles de tiempo e tiempo, depediedo de las codicioes ioosféricas y de la hora del día (véase el Volume Uo, Tecología HF). La Bada de Muy Alta Frecuecia (VHF) La bada de frecuecia VHF se defie como el rago de frecuecias de 30 a 300 MHz. De la discusió aterior sobre la relació etre la frecuecia y la logitud de oda debe tomarse e cueta que las logitudes de oda e VHF varía desde 10 metros e la parte baja a u metro e la parte alta. Esto sigifica que el tamaño de las ateas y los compoetes de sitoizació utilizados e el radio VHF so mucho más pequeños y liviaos que aquellos utilizados e los radios HF. Esta es ua gra vetaja para los radios de mochila. E los capítulos posteriores veremos tambié que la frecuecia más alta y las logitudes de oda más cortas de los radios VHF tiee gra icidecia e el alcace del radio. 7 8

7 La Bada de Ultra Alta Frecuecia (UHF) La bada UHF va desde 300 MHz a 2450 MHz, a pesar de que los radios de mochila UHF TA C S AT o utiliza frecuecias sobre los 512 MHz. Las logitudes de oda asociadas co el rago de 300 a 512 MHz va desde u metro a 58 cetímetros. Las pequeñas ateas requeridas para estas logitudes de oda las hace ideales para ser utilizadas e avioes de alta v e l o c i d a d. Asigació de Frecuecias D e t ro del espectro de HF, se asiga grupos de frecuecias para servicios específicos de radio aviació, marítimo, militar, guber a m e t a l, radiodifusió o radioaficioados (Figura 1-3). Más aú, las frecuecias so reguladas de acuerdo co el tipo de trasmisió: emergecia, radiodifusió, voz, clave Morse, facsímile y datos. Las asigacioes de f recuecia so regidas por tratados iteracioales y por autorizació de istitucioes acioales. Igualmete, las frecuecias detro de las badas VHF/UHF so asigadas de forma similar (Figura 1-4). M o d u l a c i ó La asigació de ua frecuecia es solamete el comiezo de las radiocomuicacioes. Por sí misma, ua oda de radio o trasmite iformació. Es simplemete ua corriete rítmica de odas cotiuas ( C W ). Cuado modulamos las odas de radio para trasportar iformació, os referimos a éllas como portadoras. Para llevar iformació, ua portadora debe ser variada de tal forma que sus propiedades amplitud, fre c u e c i a, o fase (la medida de u ciclo completo de oda) sea cambiadas, o moduladas, por la señal de iformació. El método más simple de modular ua portadora es ecediédola y apagádola mediate ua llave telegráfica. E los iicios de la era de la radio, la comutació Ecedido-Apagado, usado el código Morse, fue el úico método de trasmitir mesajes ialámbricos. Los métodos comues actuales para las radiocomuicacioes icluye amplitud modulada (AM), que varía la itesidad de la portadora e 9 1 0

8 p ro p o rció directa a los cambios de la itesidad de ua fuete tal como la voz humaa (Figura 1-5a). E otras palabras, la iformació está coteida e las variacioes de amplitud. El proceso de AM crea ua portadora y u par de badas laterales duplicadas las frecuecias cercaas sobre y debajo de la portadora (Figura 1-5b). AM es ua forma relativamete ieficiete de modulació, ya que la portadora debe geerarse de forma cotiua. La mayor parte de la potecia e ua señal AM es cosumida por la portadora, que o lleva iformació; la potecia restate va a las badas laterales que trasporta i f o r m a c i ó. E ua técica más eficiete, se suprime la bada lateral úica (SSB), la portadora y ua de las badas laterales (Figura 1-5c). Solamete se trasmite la bada lateral restate, la bada superior (USB) o la bada iferior (LSB). Ua señal SSB ecesita úicamete la mitad del acho de bada de ua señal AM y es producida sólo cuado ua señal modulada está presete. De esta maera, los sistemas SSB so más eficietes, tato e el uso del espectro que debe ajustarse a varios usuarios, cuato e la potecia de trasmisió. Toda la potecia trasmitida va e la bada lateral que lleva la iformació. E este esquema, ua variació usualmete utilizada por comuicadore s m i l i t a res y comerciales es la amplitud modulada equivalete (AME), e la cual se trasmite ua portadora a ivel reducido, co la bada lateral. AME permite usar u receptor relativamete simple para detectar la señal. Otra variació importate es la bada lateral idepediete (ISB), e la que se trasmite ua bada lateral superior y ua iferior, cada ua trasportado iformació diferete. De esta forma, por ejemplo, ua bada lateral puede llevar ua señal de datos y la otra ua señal de voz. F recuecia modulada (FM) es ua técica e la cual la frecuecia de la portadora varía e respuesta a los cambios e la señal moduladora (Figura 1-5d). Por u siúmero de razoes técicas, FM covecioal geeralmete produce ua señal más limpia que AM, pero utiliza mucho más acho de bada. FM de bada agosta es a veces usada e los radios H F, ya que provee ua mejora e la utilizació del acho de bada pero a costa de la calidad de la señal

9 Figura 1-5a. Amplitud Modulada

10 Figura 1-5d. Modulació FM

11 Figura 1-6. Trayectorias de Propagació Es e las badas de UHF y VHF e dode la modulació FM está e su campo propio. Recuérdese que la bada HF geeralmete ocupa el e s p e c t ro de 1.6 a 30 MHz. Este es u espacio solamete de 28.4 MHz. La bada VHF cubre el espectro de 30 a 300 MHz, que es u espacio de 270 MHz; aproximadamete 10 veces el espacio de HF. Este espacio adicioal sigifica que el acho de bada de u caal de 25 KHz es utilizado para obteer alta calidad de la señal. O t ros esquemas da soporte a la trasmisió de datos por caales e HF, icluyedo el desplazamieto de la frecuecia o de la fase de la señal. C u b r i remos estas técicas e el Capítulo 5. Propagació de la Oda de Radio La propagació describe cómo las señales se irradia desde ua fuete de trasmisió hacia afuera. La acció es simple de imagiarse cuado las odas de radio viaja e líea recta (re c u e rde esa piedra arrojada al lago e calma). Si embargo, la trayectoria correcta que toma las odas de radio, es usualmete más compleja. Existe dos modos básicos de propagació: odas terre s t res y odas espaciales. Como sus ombres lo idica, las odas terre s t res viaja a lo largo de la superficie de la tierra, mietras que las odas espaciales " rebota" hacia la tierra. La Figura 1-6 ilustra las diferetes trayectorias de propagació para las odas de radio. Las odas terre s t res tiee tres compoetes: odas de superficie, odas d i rectas y odas terre s t res reflejadas. Las odas de superficie viaja a lo largo de la superficie de la tierra, llegado más allá del horizote. Evetualmete, la eergía de las odas de superficie es absorbida por la tierra. El alcace efectivo de las odas de superficie es determiado por la frecuecia y coductividad de la superficie sobre la que viaja las odas. La absorció se icremeta co la fre c u e c i a. Las señales de radio trasmitidas, que utiliza ua portadora que viaja como oda de superficie, depede de la potecia del trasmisor, de la sesibilidad del re c e p t o r, de las características de la atea y del tipo de trayectoria. Para u equipo determiado, el alcace puede extederse de 300 a 400 kilómetros sobre ua trayectoria de agua de mar coductiva. Si embargo, sobre terreo árido, rocoso, o coductivo, el alcace puede acortarse a meos de 30 kilómetros, aú utilizado el mismo equipo

12 Las odas directas viaja e líea recta, debilitádose a medida que aumeta la distacia. Puede doblarse o refractarse por la atmósfera, lo que extiede ligeramete su rago útil, más allá del horizote. Las ateas trasmisoras y receptoras debe teer la capacidad de "verse" etre sí para que tega lugar las comuicacioes, de tal forma que la altura de la atea es crítica e la determiació del alcace. Debido a esto, a las odas directas se las cooce e ocasioes como odas de líea de vista (LOS). Este es el modo primario de propagació de las odas de radio e VHF y UHF. Las odas terre s t res reflejadas costituye la porció de la oda pro p a g a d a que se refleja desde la superficie de la tierra etre el trasmisor y el re c e p t o r. Las odas espaciales hace posible las comuicacioes más allá de la líea de vista (BLOS). E las frecuecias bajo 30 MHz, las odas de radio so refractadas (o dobladas), re g resado a la tierra a cietos o miles de k i l ó m e t ros de distacia. Depediedo de la frecuecia, de la hora del día y de las codicioes atmosféricas, ua señal puede rebotar varias veces ates de llegar a u re c e p t o r. R E S U M E N Las señales de radio se propaga o radía hacia afuera a la velocidad de la luz, desde ua atea de trasmisió. La frecuecia se expresa e térmios de hertzios (ciclos por segudo), kilohertzios (miles de ciclos por segudo), o megahertzios (milloes de ciclos por segudo). La frecuecia determia la logitud de la oda de radio; las frecuecias más bajas tiee mayor logitud de oda y las frecuecias más altas tiee logitudes de oda más cortas. Las comuicacioes de radio de largo alcace, más allá de la líea de vista (BLOS), tiee lugar e el rago de alta frecuecia (HF) de 1,6 a 30 MHz. Diferetes porcioes de esta bada se asiga para servicios específicos de radio, bajo acuerdos iteracioales. Las comuicacioes de radio de corto alcace (LOS) puede teer lugar e todas las frecuecias de radio, pero esa tarea es asigada más a meudo a las badas de VHF y UHF. La utilizació de las odas espaciales puede ser difícil, ya que la ioós fera cambia costatemete. La propagació de las odas espaciales geeralmete o está dispoible e las badas de frecuecia de VHF y UHF. Modulació es el proceso por el cual la fase, amplitud, o frecuecia de la portadora es modificada para llevar iformació

13 C A P Í T U L O 2 PROPAGACIÓN DE RADIO EN VHF/UHF El Capítulo 1 explica que las odas de radio e HF, VHF y UHF tiee difere t e s características de propagació. Las frecuecias de radio e VHF y UHF se p ropaga pricipalmete a lo largo de trayectorias de líea de vista (LOS). Por otro lado, las odas HF, aquellas bajo los 30 MHz, puede tambié reflejarse desde la ioósfera y luego viajar de re g reso hacia la tierra. Estas odas espaciales, como so llamadas, da orige a uo de los más importates atributos del radio HF y que so las comuicacioes trashorizote (BLOS), o más allá de la líea de vista. El Volume Uo, "Tecología HF", de esta serie de "Comuicacioes de Radio e la Era Digital" pro p o rcioa ua descripció detallada sobre la propagació e HF. Este capítulo está relacioado pricipalmete co las características de p ropagació LOS de las badas de frecuecias e VHF y UHF. Mietras que varias características de propagació e HF se asocia co la ioósfera y co las reflexioes de oda que emaa, los efectos de la topografía local y codicioes e la atmósfera más baja mayormete g o b i e ra la propagació e VHF y UHF. De igual maera, la pro p a g a c i ó de odas terre s t res es ua forma muy importate de la propagació de oda e HF, pero e frecuecias superiores a 30 MHz, las odas terre s t re s so absorbidas casi imediatamete y tiee u impacto beeficioso i m p e rc e p t i b l e. Las frecuecias e las badas de VHF y UHF usualmete peetra la ioósfera y se dispara hacia el espacio. Esto sigifica que el reflejo de la ioósfera o puede ser utilizado para exteder cofiablemete el rago de comuicacioes de estas frecuecias. E su mayoría, las ateas de trasmisió y recepció debe cotar co ua trayectoria bastate despejada etre ellas para que tega lugar las comuicacioes, de aquí el térmio líea de vista (LOS). Cosideracioes de la Elevació para el Alcace LOS El horizote visible que se observa a aproximadamete 1.5 metros sobre ua superficie plaa de la tierra, es meor que 4.3 kilómetros de distacia (Figura 2-1a). Esto es aproximadamete el alcace máximo de LOS para u radio de mochila que está e la espalda de u hombre de pies a otro radio de mochila que está asetado sobre la tierra (Figura 2-1b). La Figura 2-1b muestra que si a u radio e recepció se lo elevaría a la altura de la espalda de u hombre de pies, la distacia máxima se duplicaría. E este caso la distacia LOS sería de 8.6 kilómetros. Pero, si el segudo hombre estuviera de pies más allá de esta distacia, digamos que a 11 kilómetros del radio trasmisor, los efectos de sombra de la curvatura de la tierra impediría al segudo hombre recibir la oda de radio. E este caso, 11 kilómetros es BLOS y o está detro del alcace de los radios VHF o UHF e estas posicioes. Se etiede que la elevació tato de las ateas de trasmisió como de recepció es de crucial importacia. Por ejemplo, si la atea de re c e p c i ó estuviera istalada e ua torre de 8 metros, la distacia total de LOS se i c remetaría a 14.5 kilómetros. Pero si los operadores de radio estuviera ubicados e las cimas de las motañas, el rago LOS podría extederse de 80 a 160 kilómetros. Para comuicacioes UHF tierra-aire, la aeroave puede estar a 160 k i l ó m e t ros de distacia o más y aú matedría cotacto. Potecia de Trasmisió y Alcace de Radio Para las comuicacioes de radio HF, la potecia de trasmisió es u factor muy importate. Para grades distacias, particularmete para la propagació de odas espaciales y odas terre s t res, cada kilómetro de distacia ateúa (dismiuye) la señal. E la mayoría de sistemas, al duplicarse la distacia, la señal radiada es dividida para cuatro! Por cosiguiete, la potecia de trasmisió es frecuetemete el factor limitate de alcace. Es comú observar trasmisores HF de 500 vatios y de 1 kilovatio e aplicacioes HF vehiculares o a bordo y estacioes fijas HF de difusió de 10 kilovatios o más. Las odas VHF y UHF so tambié ateuadas co cada kilómetro de distacia. Si embargo, para aplicacioes tácticas de mochila, so más f recuetes los efectos de sombra de u terreo irre g u l a r, edificacioes y

14 o t ros objetos que limita el alcace efectivo y o la potecia de t r a s m i s i ó. Muchos radios de mochila tiee dos cofiguracioes de potecia: 2 vatios y 5 a 10 vatios. La cofiguració de 2 vatios es geeralmete adecuada y extiede la vida de la batería al seleccioarse este ivel de potecia. Por o t ro lado, existe situacioes e las que la potecia icremetada es beeficiosa. E las áreas urbaas e dode prevalece el ruido e las f recuecias altas de radio, las potecias más altas icremeta la re l a c i ó señal/ruido (SNR) y mejora la recepció. Además, las formas de oda de modulació moderas de velocidades altas de datos re q u i re u alto SNR para ser eficietes. Las comuicacioes UHF tierra-aire se beeficia de las potecias más altas debido a que el rago típico es de 160 kilómetros o más. Fialmete, auque los radios tácticos de mochila UHF SATCOM, co solo 18 vatios ubicados e Europa puede hacer cotacto co u satélite e ua órbita a kilómetros sobre la líea equioccial, la comuicació es más cofiable cuado se utiliza potecias más altas. Recepció de Radio e VHF y UHF a Través de Motañas E su mayoría, las motañas y colias forma sombras de odas de radio VHF y UHF. Si embargo, hay ua importate excepció cuado existe motañas muy pedietes u otra clase de barreras abruptas. Esto es ocasioado por u feómeo coocido como Difracció (Figura 2-2). Cuado ua oda VHF o UHF llega a u borde afilado, ua parte de la oda rodea el borde y la propagació cotiua como si u radio de muy baja potecia estuviera colocado e la parte superior de la motaña. Es importate que el corte sea relativamete agudo. Ua colia redodeada o la curvatura de la tierra o es suficiete para ocasioar este efecto. Este efecto es importate e situacioes de u campo de batalla e el que u soldado debe buscar abrigo detrás de ua motaña. Reflexió y Distorsió por Trayectoria Múltiple Las odas VHF y UHF puede ser reflejadas por superficies sólidas como rocas o tierra coductiva, tal como u rayo de luz puede ser reflejado por ua pared o por el techo. E ocasioes existe varias trayectorias etre ua atea trasmisora y ua receptora (Figura 2-3). E esta figura existe ua

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16 trayectoria LOS directa etre dos radios, pero hay tambié etre ellos ua trayectoria reflejada desde la parte baja de u valle. Se etiede que estas dos trayectorias so de diferete logitud y que la trayectoria directa es la más corta de las dos. Debido a que las odas de radio viaja a ua velocidad costate, las odas de la trayectoria dire c t a llega al receptor ates que la trayectoria reflejada. Esto sigifica que la misma iformació difudida llega al receptor e dos tiempos difere t e s. El efecto que esto produce se asemeja a ecos que se puede escuchar e u lugar co acústica deficiete. Si los ecos está lo suficietemete c e rcaos etre sí, se hace difícil eteder lo que se está diciedo. E la termiología de radio, esto se cooce como distorsió por trayectoria múltiple. Si esto molesta a las comuicacioes de voz, es devastador para comuicacioes digitales de datos de alta velocidad. E u capítulo más adelate discutiremos alguas de las formas igeiosas que ha sido ivetadas para miimizar los efectos de este tipo de distorsió. La "difracció por obstáculos" es ua forma de trayectoria múltiple comú para radios vehiculares. Esto es prevaleciete e VHF y UHF. Mietras más alta la frecuecia, más prouciado es el efecto. Usualmete esto es ocasioado por iterferecia o reflexioes de señales de objetos fabricados por el hombre tales como edificios, casas y otras estructuras. Estos objetos causa campos costructivos y destructivos (o señales fortalecidas y señales debilitadas) de maera que cuado u vehículo atraviesa estos campos éste recibe alterativamete señales más fuertes y señales más débiles. E el receptor usualmete se escucha u "ruido silbate", mietras las señales se debilita co rapidez, se vuelve más fuertes y luego uevamete débiles. Los picos de la señal y las áreas de débil radiació so ua fució de la logitud de oda. Ua señal de 450 MHz que se recibe a bordo de u vehículo que viaja a 100 Kph puede "variar" rápidamete mietras el vehículo atraviesa la parte poblada de ua ciudad. Se puede experimetar el mismo feómeo e las badas VHF bajas, pero las variacioes o so ta rápidas. E ocasioes este mismo efecto es causado por señales de dos radios de estacioes fijas que refleja a ua aeroave que vuela sobre ellos. Trayectoria Múltiple detro de u Edificio E situacioes tácticas, los radios de mochila so frecuetemete operados bajo cubierta e los edificios. Las odas VHF y UHF tiee dificultad de peetrar a través de paredes de cocreto reforzado, pero atraviesa vetaas y divisioes iteriores ligeras co relativa facilidad. La Figura 2-4 ilustra u receptor e el iterior de u edificio co u trasmisor ubicado e el exterior. E este caso, existe tres trayectorias desde el trasmisor al receptor y igua de ellas es dire c t a. La trayectoria 1 pasa a través de la vetaa más cercaa al lugar e el que se ecuetra ubicado el receptor y es difractada alrededor del bord e saliete del marco de la vetaa hacia el re c e p t o r. Asimismo, la trayectoria 2 pierde el camio directo hacia el re c e p t o r. Es difractada ligeramete por el marco de la vetaa más cercaa al trasmisor y luego atraviesa ua p a red itera e el camio hacia el re c e p t o r. La trayectoria 3 pasa a través de ua vetaa y de ua pared itera ates de chocar cotra ua pare d e x t e ra del edificio y luego reflejarse uevamete hacia el re c e p t o r. Cada ua de estas trayectorias tiee ua distacia diferete y, por cosiguiete, puede producir distorsió por trayectoria múltiple. Co f recuecia, el mover el receptor uos pocos cetímetros e cualquier d i recció evitará ua o más de las trayectorias dispoibles, mejorádose eormemete la recepció de la señal. Propagació por Coducció Atmosférica de la Oda e VHF y UHF Los límites sugeridos e el alcace LOS se excede a veces e la práctica. Ua de las razoes pricipales para esto es u efecto llamado " p ropagació por coducció atmosférica" o "guía de oda atural." Las odas VHF y UHF que viaja a través de la atmósfera lo hace ligeramete más leto que cuado viaja e el espacio libre; esto se debe a que la desidad del aire reduce su velocidad de propagació. A mayor desidad del aire, meor la velocidad a la que la atraviesa. Bajo codicioes ormales, la desidad del aire es mayor e la superficie de la tierra, reduciédose gradualmete co la altura. E circustacias de u clima moderado, despejado y seco, las ligeras variacioes e la desidad del aire tiee efectos imperceptibles e la trayectoria de las odas de radio que la atraviesa

17 Co frecuecia, existe cambios abruptos e la desidad del aire debido a fretes meteorológicos que pasa sobre ua área o a la alta carga de humedad de las ubes de lluvia. E tales casos las odas VHF y UHF puede propagarse etre las capas de aire de diferetes desidades. E la propagació por coducció atmosférica las odas de radio se iclia hacia abajo tediedo a seguir la curvatura de la tierra. E estos casos el alcace de LOS es cosiderablemete mayor que el alcace óptico de LOS. Este tipo de propagació de oda es imposible predecir; o es práctico basarse e esta predicció para plaificar el mejoramieto del alcace. Si embargo, cuado se libera las codicioes de propagació por coducció atmosférica, ésta geeralmete ocurre por horas

18 R E S U M E N La propagació HF puede ser LOS a través de odas terre s t res o di rectas y de BLOS por el uso de odas espaciales. Las frecuecias de VHF y UHF o puede utilizar la propagació de odas espaciales u odas terre s t res y depede casi exclusivamete de la oda directa. Esto restrige su uso a las comuicacioes LOS. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE RADIO VHF/UHF C A P Í T U L O 3 La propagació de las odas de radio e frecuecias de VHF y UHF so afectadas pricipalmete por la topografía local del área (colias y valles) y por las codicioes atmosféricas. El alcace VHF y UHF es geeralmete limitado por el efecto físico de patalla de la oda debido a obstruccioes tales como edificios y motañas. La difracció de las odas VHF y UHF las puede doblar alrededor de b o rdes agudos tales como marcos de vetaas o motañas pro u c i a d a s. La distorsió por trayectoria múltiple es ocasioada por odas que llega al receptor procedetes de más de ua trayectoria. El alcace de LOS mejora cosiderablemete al icremetar la altura de las ateas de trasmisió, de recepció o de ambas. La propagació por coducció atmosférica producida por determi adas codicioes climáticas puede, e ocasioes, aumetar el al cace de las odas de VHF y UHF. Ahora que se ha obteido ua visió geeral sobre cómo se propaga las odas de radio, observemos cómo éstas se geera. Los compoetes pricipales e u sistema de radio VHF o UHF se clasifica e tres grupos: t r a s m i s o res, re c e p t o res y ateas. E la mayoría de equipos de radios tácticos m o d e ros, el trasmisor y el receptor está coteidos e ua sola uidad llamada trasceptor. Este capítulo preseta ua revisió de los elemetos de estos sistemas de radio. La Aatomía de u Trasceptor VHF/UHF Multibada Hace tiempo, u trasceptor táctico estaba restrigido a ua sola bada. Esto sigificaba que se requería de u radio separado para trabajar e H F, VHF y UHF. Co el aumeto de los requerimietos de grades desplazamietos de tropas existe eorme presió para comprimir todos estos radios separados e u solo radio multibada. Gracias a la miiaturizació de la electróica, los sistemas de radio multibada y multimodo so ua re a l i d a d. E la actualidad, so comues los servicios de trasceptores co capacidad para VHF, UHF y Satélite Táctico (TA C S AT). Ua combiació de trasceptor HF/VHF/UHF y TA C S AT es la última iovació e esta áre a. El trasceptor más elemetal debe geerar ua señal modulada hacia la atea y recibir ua señal desde ua atea, demodularla y alimetar la iformació a u auricular, computador o algú otro iterfaz humao o máquia. U trasceptor multibada debe ejecutar estas fucioes para cada ua de sus badas de frecuecia (Figura 3-1)

19 La mayoría de fucioes del trasceptor multibada so comues a todas las badas de frecuecia; si embargo, los medios electróicos para lograr estas fucioes difiere depediedo de la bada de frecuecia de operació. De esta forma, aquellas fucioes que está asociadas co las frecuecias de trasmisió y recepció e VHF debe agruparse separadamete de aquellas que ejecuta esa fució e la bada UHF. Esta es la razó por la que la mayoría de las porcioes de RF del trasceptor debe duplicarse para cada bada, como se ilustra e la Figura 3-1. La Trayectoria de Trasmisió Comieza co el Procesador Digital de S e ñ a l e s E u trasceptor multibada la voz trasmitida o la iformació de datos se aplica a u bloque comú llamado Procesador Digital de Señales (DSP). El DSP es u dimiuto pero poderoso computador que covierte la iformació de etrada e formato digital que es maipulada detro del computador. Las fucioes ejecutadas por el DSP icluye filtrado de acho de bada de audio, digitalizació de voz, ecripció y modulació. La salida del DSP es realmete ua portadora modulada de baja frecuecia (LF) que es ua réplica exacta de lo que va a ser trasmitido, excepto por su fre c u e c i a. Esta señal es referida como si estuviera e ua frecuecia itermedia (IF). Coversió Ascedete e Frecuecia UHF y Sitetizador de Frecuecia Al seleccioar ua frecuecia UHF, la señal IF a la salida del DSP es aplicada a los circuitos covertidores ascedetes de UHF. Otro bloque de circ u i t o s, llamado sitetizador de frecuecia, forma las diferetes señales que so requeridas por el covertidor ascedete para crear la frecuecia de salida de UHF deseada. Amplificador de Potecia y Filtros de Tr a s m i s i ó La señal del covertidor ascedete es etoces aplicada a u amplificador de potecia de bada acha que cubre toda la bada de trasmisió seleccioada. E este caso, la bada UHF y el amplificador so los que maeja las señales de 90 a 512 MHz. La salida de potecia de la señal de este amplificador es típicamete seleccioada por el operador etre 1 y 10 v a t i o s

20 A cotiuació del amplificador de potecia existe u grupo de filtro s pasabajos comutados que "limpia" su salida. Éstos elimia el ruido, las señales espurias y armóicas geeradas por otros circuitos trasmisore s icluyedo armóicas de frecuecia geeradas por el amplificador de potecia. Este proceso reduce la iterferecia co caales adyacetes de comuicacioes. Puerto de Atea UHF La salida de los filtros pasabajos de UHF es aplicada a través de u comutador de Trasmisió/Recepció (TX/RX) (ilustrado e la Figura 3-1 e la posició TX) hacia el puerto de atea UHF del trasceptor. Las ateas UHF tiee ua impedacia de etrada de 50 ohmios. La Trayectoria de Recepció Comieza co los Filtros Pasabada C o m u t a d o s Ua señal UHF de recepció es aplicada por la atea al puerto de atea y luego a u grupo de filtros pasabada comutados, a través del comutador de TX/RX. El propósito de estos filtros es retirar las señales s o b re y debajo de la señal deseada. Amplificadores de RF y Covertidor Descedete Las señales filtradas de etrada so aplicadas a varias etapas amplificadoras de frecuecia (mostradas como u bloque e la Figura 3-1). Las señales típicas de etrada tiee ua itesidad de señal e el orde de los m i c rovatios (ua milloésima de vatio). Los amplificadores de RF eleva esta señal al rago de milivatio para procesamieto futuro. El siguiete paso e este proceso es desceder la coversió de la señal a la frecuecia LF IF utilizada por el bloque del DSP. Otra vez, esto es realizado por el covertidor descedete cojutamete co las señales del s i t e t i z a d o r. E los radios moderos, este proceso es efectuado e varios pasos de amplificació separada y coversió descedete. Para simplificar, e la Figura 3-1 se ilustra cómo sucede este proceso e u solo paso. Demodulació DSP y Deecripció Los pasos fiales e el proceso de recepció so ejecutados por el DSP. Aquí las señales IF del covertidor descedete so demoduladas y deecriptadas para formar las señales de la bada base (audio o datos) que so utilizadas por el operador. Porció de la Bada VHF del Tr a s c e p t o r Las fucioes de trasmisió y recepció e VHF so similares a las de la bada UHF excepto que so ejecutadas por las porcioes VHF del radio. Si embargo, existe ua fució adicioal requerida e la bada VHF que es el acoplamieto de la atea. Acoplamieto de Atea Látigo VHF La atea látigo frecuetemete utilizada co u radio VHF de mochila o preseta ua impedacia de 50 ohmios al radio sobre la bada de 30 a 90 MHz. A fi de maximizar la potecia radiada desde este tipo de atea, se utiliza ua serie de circuitos comutados acoplados e la trayectoria de trasmisió, siguiedo a los filtros pasabajos comutados. La red de acoplamieto correcta es seleccioada automáticamete por el selector de frecuecia e el pael frotal del trasceptor. Grupo Trasceptor Multibada de 50 Va t i o s Es comú que los radios utilizados e vehículos y e estacioes fijas re q u i e re potecia más alta que aquella que los trasceptores tácticos de mochila puede etregar por sí mismos. E estas aplicacioes, el trasceptor de mochila es colocado e ua base de motaje que icluye amplificador de potecia y alguos puertos adicioales de atea (Figura 3-2). Amplificadores de Potecia Es probable que u adaptador vehicular multibada tega dos o más a m p l i f i c a d o res de potecia diseñados para los puertos de frecuecia del trasceptor de mochila. La Figura 3-2 muestra u adaptador vehicular co dos puertos de trasceptor VHF y UHF. Cada uo de estos puertos está asociado co u amplificador de potecia co capacidad de producir 50 vatios de potecia de salida. Cada uo de estos amplificadores tiee ua trayectoria de desvío de recepció que es seleccioada por la líea de comutació del trasceptor. E la codició de activació de la trasmisió, el desvío está abierto y la señal es aplicada a los amplificadores de potecia. Si embargo, e la codició de recepció, los amplificadores so desviados de forma que la señal de los puertos de la atea puede pasar a los circuitos del receptor e el trasceptor de mochila

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