TEMA 22 Secciones 5 y 6 TRANSMISIONES Y COMUNICACIONES 1
Tema 22. 5 SERVICIOS DE USUARIO O MODOS DE TRABAJO 2
SERVICIOS DE USUARIO Un servicio de radiocomunicación implica la emisión y/o recepción de ondas radioeléctricas con fines de transmisión / recepción de información, para la cobertura de necesidades de telecomunicación, ya sean de tipo industrial o privado. Se pueden definir distintas formas de servicios, según el tipo de radiocomunicación, pudiendo ser: Servicio fijo, que es el que se presta entre puntos fijos determinados. Servicio móvil, que se realiza con estaciones móviles entre si o con una o más estaciones fijas. Servicio móvil terrestre. Servicio móvil marítimo. Servicio móvil aeronáutico. Estaciones de radiodifusión, caracterizado porque sus emisiones se destinan a la recepción pública en general. 3
MODOS DE TRABAJO Dentro de la transmisión de datos o comunicaciones hay tres modos de trabajo básicos que son: simplex, semidúplex y dúplex. MODO DE TRABAJO SIMPLEX Una estación siempre actúa como fuente y la otra siempre como receptor, de forma secuencial. Es él más sencillo y menos costoso. Originalmente se utilizaba para la transmisión de información por cable telegráfico. El circuito solo permite la transmisión de datos de forma alternativa, desde un elemento (A), a otro elemento (B), e inversamente, en un sentido u otro del canal de radiocomunicación. Se puede utilizar una sola frecuencia, tanto para transmisión como para recepción, o dos frecuencias distintas (una para recibir y otra para emitir). 4
MODOS DE TRABAJO SIMPLEX Todos los equipos disponen de un botón PTT (PUSH TO TALK) que se ha de pulsar cuando se quiere emitir la comunicación. El conmutador desactiva el receptor y activa el emisor. Por utilizar una sola frecuencia, la transmisión se denomina de "línea compartida", esto es, todos los equipos (dentro de la zona de cobertura) pueden escuchar y participar de la comunicación. Ventaja: Todos pueden escuchar una llamada de socorro. Inconveniente: fácil interferencia y solo puede emitir uno a la vez. Se suele caracterizar por utilizar lenguajes como, "cambio" y "corto". A una sola frecuencia: 5
MODOS DE TRABAJO SIMPLEX El modo simplex a dos frecuencias utiliza una para la transmisión y otra para la recepción, separadas entre sí de 4 a 5 MHz. Ventajas: los elementos emisores aunque se encuentren muy próximos entre sí no se interfieren, pues cada móvil utiliza frecuencia distinta tanto para la transmisión como para la recepción. Inconveniente, que es que los móviles no pueden hablar entre sí y sólo pueden hacerlo con la base. 6
MODO DE TRABAJO SEMIDUPLEX Utiliza dos frecuencias distintas, una para la transmisión y otra para la recepción, separadas entre sí unos 200 KHz, aunque pueden utilizarse mayores separaciones del orden de 5 ó 10 MHz. En este caso, la estación base funciona en dúplex (sin PTT) y los móviles en simplex (con PTT), por eso se denomina semidúplex. Se pueden comunicar todos los móviles en los canales simplex a dos frecuencias (a través de la base) configurando la estación base de forma que retransmita las señales que reciba. 7
MODO DE TRABAJO SEMIDUPLEX La estación base transmite en F1 y recibe en F2, simultáneas (dúplex). Las estaciones móviles transmiten en F2 y reciben en F1 alternativamente (PTT). La estación base transmite de forma automática y simultáneamente en F1 cualquier señal que hayan enviado las estaciones móviles en F2. Ventajas: la base hace de repetidor aumentando el alcance entre estaciones móviles. No hay interferencia entre móviles próximos Inconveniente: los móviles no pueden hablar entre sí. Necesitan la base 8
MODO DE TRABAJO DUPLEX Este sistema también dispone de dos frecuencias. Tanto la estación fija como la móvil disponen de duplexores para permitir la transmisión y recepción simultáneas: No hay pulsadores PTT Para que funcione correctamente el duplexor móvil, es necesario que entre las dos frecuencias exista al menos una separación igual o superior a 3 MHz. Con este sistema se requiere un radiocanal (pareja de frecuencias) diferente para enlazar cada móvil con la estación base, la cuál debe ser multicanal, es decir, constar de tantos transceptores como radiocanales se hayan establecido. Al duplicar las frecuencia tanto en la base como en los móviles, el sistema es mas caro. 9
MODO DE TRABAJO DUPLEX La estación base emite en F1 (común para todas las emisiones) y recibe en F2 (diferente para cada estación móvil) La estación móvil emite en F2 (diferente para cada móvil) y recibe en F1 (común). En el sistema dúplex no es posible la comunicación de móvil a móvil, sin pasar por la estación base. 10
USO DE LA RED RADIOTELEFÓNICA La comunicación debe ser comprensible y breve Los mensajes se expresarán con un mínimo de palabras necesarias Antes de emitir se debe comprobar que no hay otra emisión en curso Cuando se dice Recibido, significa que se ha escuchado el mensaje, y se ha entendido (no hay dudas) Para facilitar la comunicación en idioma diferentes se puede emplear el código ICAO. Ideado por Organización Mundial de Aviación Civil Emplea palabras que presentan menor confusión en todos los idiomas 11
CODIGO FONÉTICO ICAO 12
Se invento en primeros años de la radio (uso marítimo) para eliminar problema de diversidad de idiomas Código puramente radiotelegráfico no ha trascendido su uso a comunicaciones habladas Facilita la síntesis de frases completas. 13
Tema 22. 6 TRANSMISORES Y RECEPTORES DE RADIO 14
Tema 22. 6 TRANSMISORES Y RECEPTORES DE RADIO Hay tres tipos básicos de sistemas de comunicaciones, que varían las características de las señales u ondas portadoras, para poder crear una señal u onda especifica y única: La modulación es la variación instantánea de la onda portadora al ritmo de variación de la onda moduladora (información a transmitir). Tres tipos: Modulación en amplitud, denominada AM. Modulación en frecuencia, denominada FM. Modulación por impulsos se denominan bandas laterales únicas BLU: USB (Alta) y LSB (baja). Usado en electrónica, permite transmisiones que otras modulaciones no pueden hacer. Es una evolución de AM, con menor consumo (1/4) Utilizan un ancho de banda menor (sobre 2,4 khz) permitiendo mas comunicaciones por canal - Aparte hay modulación digital: mas de 14 tipos 15
MODULACIÓN DE ONDA Amplitud modulada: AM Frecuencia constante y amplitud modificada por la señal Frecuencia modulada FM: Amplitud constante y frecuencia modificada por la señal 16
MODULACIÓN EN AMPLITUD (AM) Es el proceso de modulación más antiguo y más utilizado. Consiste en modular o variar la amplitud de la onda portadora de acuerdo con la amplitud de la magnitud moduladora. Disponemos de una señal de alta frecuencia (portadora) que variará su amplitud de acuerdo con la tensión de la señal de baja frecuencia (moduladora). 17
AM: GRADO DE MODULACIÓN (m) El índice o grado de modulación de una señal AM es el cociente entre la tensión eficaz de baja frecuencia (moduladora) y la tensión eficaz de alta frecuencia (portadora). Se representa en tanto por ciento. Se recomienda que el grado de modulación máximo sea del 90 %, ya que grados superiores al 100%, producen que la recepción sea de mala calidad, y se pierde parte de la información mm = UU BBBB UU RRRR 18
Diagrama de un circuito modulador de AM El circuito que realiza la modulación está compuesto por: - un oscilador de alta frecuencia, que es quien genera la señal portadora, - un oscilador de baja frecuencia, que es quien genera la señal moduladora - el propio modulador, que une ambas señales. Esquemáticamente : 19
MODULACIÓN EN FRECUENCIA (FM) Supongamos que tenemos una frecuencia alta, que será la portadora, y otra frecuencia baja que module a la alta del siguiente modo: cuando aumente la tensión, aumenta la frecuencia de la portadora cuando disminuya la tensión de baja frecuencia, disminuirá la frecuencia de la portadora. 20
Generación de la señal en FM El sistema de FM hace que la señal portadora modifique su frecuencia de forma proporcional a la señal moduladora, pero sin que varíe su amplitud en ningún momento: La onda modulada y transmitida es de amplitud constante y frecuencia variable Los sistemas de modulación de frecuencia se agrupan en dos clases: 1. FM Directa, en la que la portadora está modulada en el mismo punto donde se genera, es decir, en el oscilador maestro. 2. FM indirecta, en la que el oscilador maestro no modula, pero la modulación se aplica en alguna etapa siguiente. 21
Índice y Porcentaje de Modulación FM Modulación FM: Genera un incremento en la frecuencia portadora y una baja frecuencia que es la que ejerce la modulación. Se define el índice de modulación como la relación: donde f p es la variación en frecuencia de la portadora y f BF es la frecuencia de la señal moduladora. Desviación de frecuencia (f) : la variación máxima de frecuencia que podemos obtener en un determinado sistema. Si aumenta la amplitud de la onda moduladora, aumenta la desviación en frecuencia. Se limita a ±75 khz alrededor de la frecuencia de la portadora. 22
MODULACIÓN EN FRECUENCIA (FM) La frecuencia modulada es usada comúnmente en muy alta frecuencia (VHF/UHF) por la alta fidelidad de la radiodifusión de la música y el habla (Radio FM). El sonido de la televisión analógica también es difundido por medio de FM. Un sistema de transmisión y recepción en FM mejora: en la relación señal ruido, es uno de los más importantes, pues permite una mayor seguridad y fidelidad en las mismas. El paso de Modulación en Amplitud (AM), a la Modulación en Frecuencia (FM), establece un importante avance en: - mejora la relación señal ruido - mayor resistencia al efecto del desvanecimiento - mayor resistencia a la interferencia 23
COMPARATIVA AM - FM La CALIDAD, en radiocomunicación, se gana a base de espacio. Mientras que el canal de AM tiene un ancho de banda de 10 khz en el continente americano y 9 khz en el resto del mundo, el canal de las FM está, por lo general, en 200 khz. A mayor ancho de banda, mayor cantidad de información y mejor calidad. khz Esta mayor anchura del canal en FM nos permite enviar el doble de señal: señales estéreo. Igualmente, podemos enviar un mini canal de datos, para mostrar en el dial del receptor el nombre de la emisora u otros textos. El servicio se llama RDS, siglas de Radio Data System. El RUIDO es otro de los inconvenientes de las transmisiones en AM. Las ondas electromagnéticas de baja frecuencia son más vulnerables a los ruidos, que poco afectan a las frecuencias más altas. El motivo es sencillo. Los ruidos modifican la amplitud de las ondas. Por eso, son más afectadas las radios que modulan en amplitud. 24
COMPARATIVA AM - FM La FM supera con creces a la AM en calidad, pero en alcance de la señal es lo contrario. Es debido a las diferentes frecuencias de portadora y sus formas de propagación. Las ondas electromagnéticas portadoras de FM (rango del VHF y UHF) tienen longitudes de onda pequeñas y se desplazan por el espacio en línea recta (color rojo): Se atenúan rápidamente y las distancias que cubren no son muy grandes. Choca con las montañas u otros obstáculos. Al contrario, las AM (color azul) son de frecuencias más bajas (rango del MF/HF), por lo que tienen longitudes de onda más largas. Eso les posibilita rebotes (reflexión) y difracción (desviación por interferencia con obstáculos). 25
Transmisores Es el equipo que convierte la señal que se quiere transmitir en una señal de radiofrecuencia modulada (AM, FM ó BLU). La señal de radiofrecuencia modulada se aplica a una antena, a través de una línea de transmisión (cable ó guía de ondas). La antena convierte la señal de tensión eléctrica en onda electromagnética. Consta de: Micrófono: convierte variaciones de voz en variaciones de corriente eléctrica. Amplificador de baja frecuencia: eleva la señal de baja frecuancia de muy bajo nivel generad por el micrófono Oscilador local: Genera una señal. Proporcional a la señal de BF y que se usa para modular la onda portadora. Modulador: donde se produce la modulación Amplificador de potencia: la señal ya modulada se amplifica para enviar a la antena 26
Diagrama de bloques de un transmisor AM de alto nivel Transmisor estándar: En un transmisor elemental el oscilador de la portadora va seguido por una serie de etapas amplificadoras y un amplificador de potencia final, que alimenta a la antena. La señal moduladora o portadora de datos, puede aplicarse a cualquiera de las etapas del amplificador. Si se aplica en la etapa final de salida, se considera de alto nivel, y si se aplica en el amplificador modulador de RF, se considera de bajo nivel. 27
Diagrama de bloques de un sistema de generación de FM directa 28
Receptores Es el equipo que capta la señal con una antena y extrae la información. Recibe por la antena una señal de radiofrecuencia modulada, que se amplifica. En un mezclador, la señal recibida se mezcla con la frecuencia del oscilador local, obteniendo una frecuencia mas baja (frecuencia intermedia FI) con la misma modulación. Se amplifica y se lleva al detector, donde se filtra y elimina la portadora. Se amplifica y se pasa al altavoz, que transforma señales eléctricas en ondas sonoras (variaciones de presión) que se transmiten por el aire. Discriminador. Es el detector de un sistema de FM 29
Receptores - Características Sensibilidad. Es la tensión que debe aplicarse a la antena para que el receptor suminstre una salida normal. En microvoltios (μμvv) o decibelios (dddd) Selectividad. Indica la capacidad de distinguir entre la señal deseada y otras cercanas Fidelidad. Capacidad de reproducir la información sin distorsión Factor de ruido. Mínima señal que puede detectarse sin quedar enmascarada por el ruido del receptor Otros problemas: Desvanecimiento o fading. Cambios en la intensidad de la señal captada por la antena receptora, con señal emitida de intensidad constante. Montañas, edificios y aviones pueden reflejar las ondas: La antena receptora recibe señales desfasadas en el tiempo y de diferente intensidad. El desfase determina si se suman o restan, producen desvanecimientos Ventaja FM frente AM. Es mas inmune a ruidos y parásitos. Receptores mas sensibles y buen rendimiento del emisor 30
Diagrama de bloques de un receptor AM La señal captada por la antena de un receptor, es tratada hasta hacerla audible e inteligible. Para ello se amplifica, se procesa (se extrae la información que contiene y se reproduce en un elemento de salida, normalmente altavoces. 31
Diagrama de bloques de un receptor FM Los receptores de FM tienen algunas diferencias con respecto al de AM, tiene frecuencias operativas mucho más altas, requieren algún método de limitación y atenuación, además utiliza métodos muy distintos de desmodulación. 32