EMISIS MEDIDA DE RUIDO E INTERFERENCIAS EN SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIÓN

Transcripción

1 EMISIS MEDIDA DE RUIDO E INTERFERENCIAS EN SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIÓN Juan A. Martínez Rojas y Jesús Alpuente Hermosilla

2 EMISIS MEDIDA DE RUIDO E INTERFERENCIAS EN SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIÓN Introducción Los receptores de los sistemas de telecomunicación están preparados para trabajar con pequeñas señales, si bien el ruido que el propio sistema añade tiende a dificultar la recepción de la señal con la calidad adecuada. La sensibilidad, la relación de bit erróneos y la figura de ruido son los parámetros del sistema que caracterizan su capacidad de recuperar la información a partir de señales de bajo nivel. De todos estos parámetros, la figura de ruido es el único que permite la caracterización de elementos del sistema o del sistema completo. Así, si se controlan la figura de ruido y la ganancia de los componentes de un sistema, se puede controlar directamente la figura de ruido del sistema completo, lo que permite la estimación de la sensibilidad del sistema teniendo en cuenta su ancho de banda. Se convierte, por ello, la figura de ruido, en uno de los principales parámetros a analizar a la hora de comparar sistemas. La razón principal que justifica la medida de ruido en sistemas o componentes es la minimización del ruido generado en los receptores o, lo que es igual, la consecución de una relación señal a ruido lo mayor posible. Para ello, se puede aumentar la potencia de señal recibida, lo que se consigue aumentando en el transmisor la potencia que se radia en la dirección del receptor o aumentando la potencia absorbida por la antena receptora, por ejemplo, aumentando su superficie efectiva. Sin embargo, en la mayoría de los casos, estas actuaciones no son válidas, al estar limitadas por regulaciones gubernamentales o por consideraciones de ingeniería o económicas. Otra forma de aumentar la relación señal a ruido consiste en minimizar el ruido propio generado por el sistema o sus componentes. En este caso la medida del ruido es la que nos asegura si el ruido añadido es mínimo. Pero a los receptores de radiocomunicación no solo les afecta el ruido captado por la antena o el generado por el propio sistema de recepción. La presencia de transmisores próximos que trabajen en la misma banda de frecuencias va a producir interferencia sobre las señales recibidas, que son amplificadas junto con la señal deseada. Incluso, la presencia en el sistema receptor de varias señales puede dar lugar a la presencia de las denominadas modulaciones cruzadas o distorsión de intermodulación, y a la presencia de armónicos de segundo y tercer orden. La medida de todos estos parámetros permitirá adoptar las medidas más adecuadas en la mejora 1

3 de la calidad de la señal recibida. A cualquiera de estas perturbaciones se le denomina genéricamente interferencia. Los sistemas de recepción de televisión (cabeceras) La señal de televisión es una de las señales más complejas utilizadas en sistemas de comunicación. Está formada por señales moduladas en amplitud, frecuencia y fase, junto con una modulación de pulsos, que comparten un canal de 8 MHz (sistema PAL-G), conformando una señal transmitida en modulación por banda lateral vestigial. En la figura 1 se representa un canal de televisión, en el que se puede apreciar la presencia de los siguientes elementos componentes: Portadora de video Subportadora de color Portadora de audio Figura 1. Espectro de de un canal de TV, según la norma PAL-G. Portadora de video, situada a 1.25 MHz de la frecuencia inferior del canal. Subportadora de color, a 4.43 MHz de la portadora de video. Portadora de audio, situada a 5.5 MHz de la portadora de video y a 1.25 MHz de la frecuencia superior del canal. Los distintos canales captados por una antena receptora (normalmente del tipo Yagi- Uda), orientada en la dirección en la que se encuentran los reemisores correspondientes, entran en una cabecera que consta, normalmente de los elementos mostrados en la figura 2. En ella se aprecia la presencia de los siguientes elementos: 2

4 Figura 2. Cabecera típica de recepción de señal de TV. (Fuente: Televés). Antenas: o Antena de radiodifusión en FM. o Antena de VHF (canales 4 y 10). o Antena de UHF (canales 25, 30, 36, 50 y 58). o Antena parabólica de recepción de TV por satélite. Procesadores analógicos que, en este caso permiten la conversión de 7 canales de satélite a FI (frecuencia intermedia). Amplificadores: o Amplificador de mástil de banda ancha para UHF. o Amplificador de FM. o Amplificadores monocanal para los canales 4, 10, 25, 30, 36, 50 y 58. o Amplificador de FI. Fuentes de alimentación, tanto para los amplificadores como para los procesadores analógicos. Los amplificadores de los canales de TV son autodemezclantes a la entrada y automezclantes a su salida, lo que indica que conectando las entradas de los distintos amplificadores entre sí, la señal de una de las antenas estará presente en todas ellas, si bien, los amplificadores disponen de un filtro sintonizado a su entrada que únicamente selecciona y amplifica la banda de frecuencias correspondiente al canal o canales para el que estén diseñados. Al igual, la conexión de todas sus salidas hace posible que en una única bajada se tengan todos los canales previamente amplificados. 3

5 Objetivos de la práctica Con esta práctica se pretende determinar los parámetros característicos de un sistema de cabecera de recepción de señales de TV. Como objetivos específicos a cubrir con la realización de esta práctica se determinan los siguientes: Conocer el manejo de un analizador de espectros. Determinar la relación portadora a ruido para un canal de TV. Determinar el factor de ruido de un amplificador monocanal de TV. Comprobar el cumplimiento de la fórmula de Friis para el ruido. Determinar la presencia de fenómenos de intermodulación y modulación cruzada en el sistema. Sistema a utilizar Para la realización de la práctica, junto con la instalación de cabecera del laboratorio se va a utilizar un analizador de espectros. La cabecera está formada por los amplificadores correspondientes a los canales 49, 52, 55, 59, 62 y 65, con la correspondiente fuente de alimentación. Las bandas de frecuencia correspondientes a estos canales se indican en la tabla 1. Canal Banda de frecuencias (MHz) Tabla 1. Banda de frecuencias de los distintos canales. Desarrollo de la práctica La realización de esta práctica se estructura en dos partes diferenciadas. En primer lugar se familiarizará el alumno con el manejo del analizador de espectros. A continuación se medirá la figura de ruido de un amplificador y se comprobará el cumplimiento de la fórmula de Friis para determinar la figura de ruido de un sistema. Por último, se tratarán de provocar intermodulaciones entre canales, así como modulaciones cruzadas. 4

6 I. USO DEL ANALIZADOR DE ESPECTROS En esta parte de la práctica se pretenden determinar las frecuencias de la señal de video para los canales de TV presentes a la salida de la cabecera. Para ello se conectará el analizador de espectros a la salida de la misma, comprobando que a su entrada hay señal. Téngase en cuenta que la fuente de alimentación ha de estar conectada a la red y la cabecera conectada, mediante el correspondiente cable coaxial, a la toma inicial de la pared (entrada de antena, que va a ser la fuente de señal). De igual forma, mediante los puentes metálicos, han de conectarse las entradas y las salidas de los amplificadores. Los pasos a seguir en esta parte de la práctica serán los siguientes: 1. Conecte el analizador de espectros. 2. Teclee SHIFT/CAL/Total Gain para realizar la calibración del equipo. 3. Conecte el analizador de espectros (RF INPUT 1) a la salida de la cabecera. 4. Teclee FREQ/Start y seleccione la frecuencia de 694 MHz. 5. Teclee Stop y seleccione la frecuencia de 830 MHz. 6. Teclee LEVEL/Input/75 Ω. 7. Determine, utilizando el Marker, las frecuencias portadoras de video y audio y la subportadora de color de todos los canales amplificados por la cabecera (tabla 1). 8. Ajuste la ganancia de los diferentes amplificadores para que el nivel de salida de la portadora de video de todos los canales esté equilibrada. 9. Introduzca un disquete en el analizador de espectros. 10. Teclee SHIFT/RECALL/Save para guardar los datos medidos. Cuando se quieran grabar más datos, tras la secuencia del punto 9, utilice, con lo que se generará un nuevo fichero FILEXXX. A continuación se pulsará la tecla Save. II. MEDIDA DE LA FIGURA DE RUIDO DE UN AMPLIFICADOR Se va a medir la figura de ruido del amplificador correspondiente al canal 59. Para ello siga los siguientes pasos: 1. Repita los pasos anteriores del 2 al 5, insertando como frecuencias las correspondientes al canal 59 (tabla 1). 2. Ajuste el analizador a una resolución del ancho de banda (BW/RBW/MNL) de 300 khz y una anchura de la banda de video (BW/VBW/MNL) de 100 khz. 3. Ajuste el nivel de referencia (LEVEL/Ref Level) para conseguir en pantalla el mayor valor posible de señal. 4. Ajuste el atenuador (ATT) a 0 db, y la escala de medida (db/div) a 10 db/div. 5. Determine la relación portadora a ruido, medida a la entrada del amplificador. 6. Determine el nivel de la portadora de video. 5

7 La potencia de ruido se determina como el valor medio del ruido medido (figura 3). Figura 3. Medida de la relación portadora a ruido (C/N). 7. Determine la relación portadora a ruido, medida a la salida del amplificador. 8. Determine el nivel de la portadora de video a la salida. 9. Con los valores obtenidos en los apartados 2 y 4, determine el factor de ruido del amplificador, como el cociente 10. Con los valores de los apartados 3 y 5 determine la ganancia del amplificador. III. MEDIDA DE LA FIGURA DE RUIDO DE UN SISTEMA En este caso, se va a suponer que el sistema está formado por una fuente de señal (toma de la pared), un cable coaxial hasta la cabecera y la propia cabecera. Midiendo la relación portadora de video a ruido en el generador (toma de la pared), para el margen de frecuencias correspondiente al canal 59, y con los datos obtenidos en la parte II del desarrollo de la práctica, se comprobará que se cumple la fórmula de Friis para la figura de ruido, dada por la expresión 1 6

8 IV. MEDIDA DE INTERFERENCIAS MEDIDA DE LAS INTERFERENCIAS DE BAJA FRECUENCIA Estas interferencias son provocadas por el propio equipo. Consisten en la modulación de amplitud de la portadora de video por una señal que, generalmente, es un armónico de la frecuencia de la línea de alimentación eléctrica. En la medida de interferencias de baja frecuencia, cambiar los parámetros que se indican a los valores dados a continuación: 1. SPAN: 8 MHz. 2. BW/RBW/MNL: 1 MHz. 3. BW/VBW/MNL: 1 MHz. 4. SWEEP/SWP Time/MNL: 50 ms. 5. LEVE/Linear. En este caso, interesa medir cinco veces, al menos, haciendo la media de los valores de la interferencia medidos. El resultado se da en porcentaje de la interferencia sobre la portadora. MEDIDA DE PRODUCTOS DE INTRMODULACIÓN Los productos de intermodulación se generan en los dispositivos activos cuando trabajan en modo no lineal. Por ello, interesa en este caso, aumentar al máximo la ganancia del amplificador. En el caso de querer determinar la distorsión de segundos armónicos (CSO), habrán de hacerse los siguientes ajustes: 1. FREQ/Center: MHz 2. BW/RBW/AUTO. 3. BW/VBW/AUTO. 4. SWEEP/SWP Time/MNL: 2 s. En la medida de la distorsión de terceros armónicos (CTB), los ajustes serán los siguientes: 1. FREQ/Center: MHz. 2. SPAN: 500 khz. 3. BW/RBW/MNL: 300 khz. 4. BW/VBW/MNL: 100 khz. 5. SWEEP/SWP Time/AUTO. 7

9 MODULACIÓN CRUZADA Se denomina modulación cruzada a la modulación de la portadora de la señal deseada por una señal no deseada. Para realizar esta parte de la práctica, se reducirá al mínimo la ganancia el amplificador del canal 59, llevando al máximo la ganancia del resto. Por último, la medida de la modulación cruzada requiere de los siguientes ajustes: 1. SPAN: BW/RBW/MNL: 1 MHz. 3. BW/VBW/MNL: 100 khz. 4. SWEEP/SWP Time/MNL: 20 ms. Informe de medida Quince días después de su realización, se presentará un informe de la práctica en el que se hará constar lo siguiente: 1. Portada en la que se incluya el número y título de la práctica, los autores del informe, el grupo (día y hora) de prácticas al que pertenecen y la fecha en que realizaron la práctica. 2. Gráfica correspondiente a la parte I de la práctica, junto con una tabla en la que se indique, para cada uno de los canales visualizados en el analizador de espectros, las frecuencias de la portadora de video, subportadora de color y portadora de audio. 3. Gráficas correspondientes a las medidas realizadas en el apartado II, junto con los valores de la figura de ruido y la ganancia del amplificador. 4. Supuesta una fuente de ruido de 290 K a la entrada del amplificador, se puede determinar la potencia de ruido interna que éste genera? En caso afirmativo, qué valor tiene? 5. Investigue si, normalmente, en la medida de ruido utilizando un analizador de espectros, es necesario realizar alguna corrección, explicando brevemente en qué consiste y por qué hay que hacerla. 6. Con los valores determinados en las medidas realizadas en los apartados II y III, justifique que se cumple la fórmula de Friis, e indique el valor de la figura de ruido del sistema. 7. Gráficas correspondientes a las medidas realizadas en el apartado IV, junto con una tabla en la que se indique el tipo de interferencia medido, en cada caso, y el valor C/I. 8. Resuma brevemente los efectos que produce cada una de las interferencias sobre la señal de televisión del canal medido. 8