TRANSMISION Y CONSIDERACIONES DE PLANIFICACION

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1 TRANSMISION Y CONSIDERACIONES DE PLANIFICACION Constantino Pérez Vega Dpto. de Ingeniería de Comunicaciones Universidad de Cantabria Santander España perezvr@unican.es Septiembre 2008 Coexistencia de Servicios analógicos y digitales. Es aplicable el principio de misma cobertura. Los servicios digitales requieren menos potencia radiada (EIRP o PIRE) 1

2 Coexistencia A-D en canales adyacentes 2

3 Requerimientos desde el punto de vista de Ingeniería Definición de la cobertura pretendida en relación con el servicio analógico existente (área, población, canal, potencia). Investigación de posibles limitaciones por interferencia de otros servicios en la misma área. Selección de canales libres para operar en términos de frecuencia y potencia radiada. Planificación La calidad de la señal analógica decae suavemente con la distancia Los servicios analógicos están planificados para 50 % disponibilidad en 50 % de localidades La calidad de la TV digital decae abruptamente con la distancia ("se ve o no se ve") La TV digital debe planificarse para % disponibilidad en % de localidades 3

4 Factores de planificación (ATSC) En DVB-T y demás, la relación C/N depende de la constelación utilizada. Ganancia de la antena transmisora Potencia radiada (PIRE) Modelo de propagación Ganancia de la antena receptora Potencia entregada por la antena receptora Pérdidas en línea de transmisión Pérdidas en línea de transmisión Potencia de salida del transmisor Umbral de ruido en el receptor logB + 10logT s + NF Rx 4

5 Cobertura analógica y digital Borde del área de servicio Digital Calidad Analógico Umbral de visibilidad (TOV) Distancia al Transmisor 5

6 ALGO SOBRE TRANSMISORES Arquitectura de un transmisor de TV analógica de amplificación separada Vídeo Modulador de vídeo Amplificadores de potencia Amplificador final de potencia A la antena Oscilador de portadora referencia de frecuencia Combinador Audio Modulador de audio (+5.5 MHz) Amplificadores de potencia Amplificador final de potencia 6

7 Arquitectura de un transmisor de TV analógica de amplificación común y modulación en FI Señal de entrada (vídeo + audio) A la línea de Equipo de Conversor Amplificadores Modulador transmisión y entrada ascendente de potencia antena Excitador Sistema de entrada Transmisión analógica Video Audio Procesado Procesado Predistorsión Modulador Conversor Filtros Salida de RF a amplicadores de potencia Sistema de entrada Transmisión digital Del múltiplex de transporte Codificador de canal Precorrector Modulador RF A los amplificadores de potencia 7

8 Arquitectura de transmisores actuales modulados en FI Modulador Procesado de señal y amplificacion Conversor ascendente Amplificadores de baja potencia Amplificadores de alta potencia A la línea de transmisión y antena EXCITADOR Modulación n en FI La señal en banda base se modula a una frecuencia intermedia y se procesa, por ejemplo, corrección n de retardo de grupo. La señal modulada pasa a un conversor ascendente que la traslada a la banda del canal de RF a transmitir. La señal de RF se amplifica hasta una potencia del orden de 50 a 100 w dependiendo del diseño o del transmisor. Esta sección n del transmisor se designa como excitador 8

9 Para un amplificador dado, el producto ganancia-ancho ancho de banda es constante. G2 B2 G1 B1 G1B1= = G2B2= G = Constante Combinación n de potencia 5 W Amp. 100 W 20 W Divisor 1 x 4 5 W 5 W 5 W Amp. Amp. Amp. 100 W 100 W 100 W Combinador 2 x 1 Combinador 2 x W 200 W Combinador 2 x W 9

10 Combinación n de señales coherentes e incoherentes Señales con distinta fase Señales en fase Amplificación de potencia Dos Tecnologías: Válvulas de vacío Dispositivos de Estado Sólido (Transistores) Estado Sólido: Adecuado hasta potencias del orden de 5 a 10 KW. 10

11 Consideraciones en la selección del transmisor Estado sólido o tubos? Costo de adquisición (debe incluirse del orden de 10% adicional en refacciones) Tipo de enfriamiento y costo Consumo de energía eléctrica Costo de operación y mantenimiento Alternativa Los transmisores analógicos tienen bastantes características comunes con los transmisores digitales. La mayoría de los amplificadores de potencia analógicos podrían reacondicionarse para transmitir señales digitales, lo que es una opción interesante desde el punto de vista de costo, en cuyo caso se requiere: Nuevo modulador. Posibles cambios en oscilador y filtro de salida del conversor ascendente. Mejorar el circuito de precorrección o bien Cambio del excitador completo 11

12 Conversión de transmisor analógico a digital con redundancia Gerald W. Collins. Fundamentals of Digital Television Transmitters. John Wiley, 2001 Hay que tener en cuenta que en transmisión digital la relación entre la potencia pico y la potencia promedio puede ser hasta de 8 a 10 db. Esto incide en la potencia pico y el voltaje pico que deben soportar la línea de transmisión y la antena 12

13 Consumo de potencia en transmisores de tubos y de estado sólido Gerald W. Collins. Fundamentals of Digital Television Transmitters. John Wiley, 2001 Costo relativo de transmisores de tubos vs estado sólido Gerald W. Collins. Fundamentals of Digital Television Transmitters. John Wiley,

14 Arquiectura de la amplificación de potencia en transmisores de estado sólido 14

15 Transmisor analógico Thales, convertible a digital Ventajas de la arquitectura de estado sólido Pueden seguir transmitiendo aún cuando fallen uno o más módulos 15

16 Otras consideraciones Temperatura. Potencia reflejada (ROE). Costo comparativo de refacciones comparado con tecnología de tubos de vacío. MTBF Transmisores con tecnología de tubos de vacío. Tipos de tubos: Tetrodos Hasta > 10 Kw con un solo tubo VHF y UHF IV 16

17 Diacrodos: Hasta > 30 Kw con un solo tubo Hasta > 30 Kw en UHF con un solo tubo Cavidad de diacrodo 17

18 Klystron Hasta > 30 Kw con un solo tubo IOT (Inductive Output Tube) Hasta más de 30 Kw con un solo tubo 18

19 IOT en carro de montaje Excitador Tubo de salida inductiva (IOT) Lazo de acoplamiento de salida Bobina de enfoque Circuito de enfriamiento para la cavidad de salida y el cañón electrónico Cavidad de entrada Parte de la cavidad de entrada de pequeño diámetro Excitador de estado sólido Manivela para ajuste de sintonía de la cavidad de salida Cavidad primaria de salida Acoplamiento de banda ancha Cavidad secundaria de salida Stub de ajuste para la señal de entrada Carro de soporte 19

20 IOT de colector escalonado IOT de colector escalonado en carro de montaje 20

21 ENFRIAMIENTO Potencia útil de señal Potencia de la fuente de alimentación Potencia disipada por el dispositivo, (casi toda en el ánodo) Calor El calor debe extraerse para mantener la temperatura del dispositivo en niveles adecuados para su correcto funcionamiento 21

22 Métodos de enfriamiento Convección Aire forzado Agua Vapor Enfriamiento por convección Salida de aire caliente Aire a temperatura ambiente Equipo Extractor de aire Filtro de aire 22

23 Enfriamiento por aire forzado 23

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27 Planificación técnica de la estación 27

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30 Redundancia 30

31 Redundancia pasiva Estimación de canal 31

32 CORRECCION DE NO LINEALIDADES EN TRANSMISORES DE ALTA POTENCIA ECUALIZACION En general... La función n de transferencia de la combinación n anterior es: 32

33 Cuando el sistema estáecualizado, ecualizado, el producto anterior es igual a 1, de modo que: La respuesta en amplitud y fase es compleja, de modo que ambas deben ser ecualizadas. Separando estas coponentes, la función n de transferencia del segundo bloque es: de modo que: Donde φ(ω) ) es una función n no lineal de fase. El producto de estas funciones debe ser: 33

34 En general, la respuesta puede representarse como una constante más s un polinomio, f(ω): Por consecuencia el ecualizador debe ajustarse de modo que su respuesta en frecuencia sea la inversa de la distorsión: Si no hay distorsión n de amplitud: Donde Kes la ganancia La expresión n anterior es la respuesta de un filtro de paso total (all( pass). Para un filtro de paso total de segundo orden la respuesta en fase es: 34

35 Las distorsiones debidas a no linealidades de fase suelen expresarse en términos t del retardo de grupo, dado por: Cuando se implementa en un sistema adaptativo utilizando DSP (procesadores digitales de señal), la función n de transferencia debe realizarse mediante un filtro. Ecualización n mediante filtro adaptativo 35

36 PRECORRECCION En ausencia de distorsiones lineales, el sistema puede representarse como: El segundo bloque es el amplificador de potencia, para el que el voltaje complejo de salida v 0 puede expresarse como: Donde ges la ganancia del amplificador y f 0 (v c ) es un polinomio que representa las no linealidades. El primer bloque es el precorrectorpara para el que el voltaje de salida v c es la suma de las funciones lineales y no lineales: En términos t de la entrada al precorrector,, el voltaje de salida del sistema es: 36

37 El voltaje de salida deseado es v 0 = gg c v i de modo que la precorrección adecuada debe cumplir que: es decir: Si ambos lados de esta ecuación n son polinomios de orden N,, la precorrecciónse cumple cuando los coeficientes de orden ndel lado izquierdo son de igual magnitud y signo opuesto a los términos correspondientes del lado derecho. 37