DIVERSIDAD DE ESPACIODiversidad de espacio es la ms comnmente usada opcin de diversidad para contrarrestar del desvanecimiento multitrayectoria. Es tpicamente usada en trayectorias cortas y largas en reas de propagacin pobre, y trayectorias sobre agua para proteger y contrarrestar las reflexiones de superficie. En la diversidad de espacio se transmite la misma seal sobre un canal de radio usando para la recepcin o transmisin dos o ms antenas. Cuando se usa la diversidad de espacio, el mejoramiento obtenido depende de la extensin para el cual la seal en las dos rutas de diversidad del sistema no correlacionadas. Las antenas por lo tanto estn fsicamente separadas en una torre o mstil, y la distancia entre las antenas en el receptor o transmisor se asume que son seales individuales no correlacionadas.

Diversidad de Espacio

El apropiado espaciado de las antenas en los sistemas de diversidad de espacio es determinado por tres factores:1. Mantener despejada la antena ms baja lo ms bajo posible (dentro de la va libre a fin de minimizar la aparicin del desvanecimiento multitrayectoria)2. Lograr el grado de mejoramiento de diversidad de espacio especificado sobre trayectorias terrestres.3. Reducir al mnimo la posibilidad de que la seal en una antena de diversidad se atenu por una superficie multitrayectoria cuando la seal en la otra antena es atenuada.El grado de mejora de diversidad de espacio () para la componente de desvanecimeinto plano del margen de desvanecimiento es proporcional al cuadrado de la separacin de la antena. Al mismo tiempo, para la componente dispersiva del margen de desvanecimiento es independiente de una mayor separacin vertical de la antena que 3.3m. En situaciones extremas (por ejemplo muy largas trayectorias sobre el agua), esto es muy necesario si se emplean configuraciones de diversidad de tres antenas. El ngulo de diversidad puede ser combinado con la diversidad de espacio para grandes distancias incrementar el desempeo si es deseado, en cuyo caso las antenas de diversidad de espacio son apiladas para proveer un incremento adicional de diversidad de ngulo.

Clasificacin de Diversidad de Espacio

Separacin de antenasEn la transmisin por 6 GHz se puede obtener una excelente proteccin por diversidad con una separacin de antenas en el orden de 9 a 12 m. Anteriormente existan opiniones contradictorias respecto a la manera correcta de calcular la separacin. Los ingenieros que preferan la diversidad de espacio desarrollaron teoras para calcular la "separacin optima". Estas teoras se basaban en la suposicin de que el nico factor importante que contribua al desvanecimiento selectivo de las seales por efecto de trayectos mltiples, era una sola reflexin discreta desde un punto del trayecto, punto que se determinaba con clculos de los parmetros del trayecto. Otros ingenieros opinaban que la mayora de los trayectos de transmisin por microondas quedaban sujetos a numerosos factores atmosfricos y geogrficos causantes de desvanecimiento, por lo cual consideraban que no haba forma de calcular la separacin ptima.En la actualidad la mayora de los ingenieros e investigadores concuerdan en que la separacin entre antenas no es un factor crtico y no necesita calcularse. Por lo menos en los trayectos convencionales sobre tierra (sin pasar por mar u otra superficie acutica). Se ha determinado que el efecto de la diversidad tiende a mejorar a medida que aumenta la separacin entre antenas, pero para este objeto tambin puede ser necesario aumentar la altura de las torres, lo que influira en el costo del sistema. Una separacin de 9 a 12 m resulta adecuada para transmisin en la banda de 6 GHzDurante muchos aos se estimo empricamente que con una separacin de 12 m en un sistema de 6 GHz con un margen de ganancia de 40 dB para contrarrestar el desvanecimiento, se poda obtener una mejora de por lo menos 100 a 1 en el efecto de la diversidad o en la confiabilidad del sistema. En base a la experiencia lograda hasta ahora, se ha comprobado que este clculo emprico era sumamente moderado. De acuerdo con los datos tericos y experimentales suministrados por los laboratorios del Bell System, en realidad se obtiene una mejora en el orden de 250 a 1 en la transmisin por 6 GHz con un margen de 40 dB contra el desvanecimiento. Segn datos publicados por firmas japonesas, se ha obtenido una mejora todava mas elevada: ;en el orden de 5 000 a 1! Por lo tanto, los mtodos de clculo del Bell System se pueden emplear en la confianza de que los resultados estarn de acuerdo con la realidad.En la actualidad existen mtodos para calcular los periodos de interrupcin del servicio susceptibles de ocurrir en un sistema de microondas, en dos condiciones: 1) como una funcin de los factores de clima y propagacin por un trayecto sin diversidad y 2) como una funcin de la mejora que se obtiene con la aplicacin de diversidad. Las especificaciones de espaciamiento de antenas ahora son bastante moderadas. En general se recomienda una separacin de 9 a 12 m en 6 GHz, de 14 a 15 m en 4 GHz y de 18 a 24 m en 2 GHz Con estos valores se obtiene suficiente efecto de diversidad para eliminar el desvanecimiento de trayectos mltiples. En la banda de 11 GHz se obtiene una proteccin adecuada con una separacin de 8 a 9m. En algunos casos muy aislados, cuando en el trayecto puede predominar una reflexin acutica o terrena intensa, puede emplearse un valor ms moderado. En la experiencia se ha comprobado que aunque se aplique una separacin reducida (por ejemplo 4,5 a 6 m), siempre se obtiene un buen efecto de diversidad, por lo menos en la banda de 6 GHz Se ha observado que aun con una pequea separacin de 3 m se logra una notable mejora.

Tres disposiciones de diversidad de frecuencia: a) Con la mayor separacin entre la antena inferior existente y la nueva antena superior en ambos extremos, en cuyo caso se obtiene una altura libre adecuada en todos los trayectos de propagacin; b) cuando se instala una nueva antena arriba y otra abajo de la antena existente en cada extremo, tres de los' cuatro trayectos resultan satisfactorios: c) cuando la nueva antena queda debajo de la antena existente en cada extremo, el nico trayecto bueno queda entre las antenas superiores.

Torres y antenasEn la figura anterior se ilustra un mtodo ultra moderado de calcular la altura de las torres para la diversidad de espacio, que consiste en tomar la altura para transmisin sin diversidad y aumentarla en la proporcin necesaria para funcionamiento en diversidad. En realidad, esto significa aplicar el mtodo de clculo de altura libre del trayecto ms bajo para la antena inferior. Otro mtodo, todava mas razonable y moderado, seria aumentar la altura de las torres en proporcin a la mitad de la separacin de las antenas. Esto equivaldra a aplicar el mtodo de libre del trayecto, partiendo de la antena superior en un extremo hasta la inferior del otro. Sin embargo, comnmente se aplica el criterio bsico de altura libre al trayecto entre las antenas superiores y un criterio ms estricto al trayecto desde la antena superior hasta la inferior. En la figura 2 se muestran tres disposiciones comunes de antenas que dan como resultado tres diferentes alturas de torres. En todo caso es necesario asegurarse que no se presentaran problemas de obstculos cercanos a un extremo trayecto, susceptibles de obstruir la lnea visual de la antena ms baja.

DesventajasLa diversidad de espacio tiene ciertas desventajas en comparacin con la diversidad de frecuencia. Una de las principales, que se presenta por lo menos en los sistemas de telefona es la imposibilidad de efectuar pruebas entre ambos entremos del trayecto sin retirar el equipo del servicio. Otra desventaja obvia es el mayor costo del sistema debido al mayor nmero de antenas y guas de onda necesarias aparte de la consiguiente sobrecarga de las torres. Adems se requieren dispositivos de deteccin y conmutacin de seales que aumentan la complejidad del equipo.La diversidad de espacio solo se puede introducir en base a cada salto o sea radioenlace de un sistema. Adems cada canal de radiofrecuencia debe tener su propia proteccin por diversidad. Este requisito no es muy importante en los sistemas industriales o comerciales porque generalmente emplean un solo canal de servicio por una ruta de microondas. En cambio dicho requisito resulta crtico en los sistemas de telecomunicaciones que generalmente funcionan con numerosos canales de radiofrecuencia.En los sistemas telefnicos con diversidad de espacio el "segundo canal" es inseparable, por lo cual no se puede usar ocasionalmente para otros servicios, como sucede a menudo con el canal de proteccin por diversidad de frecuencia.

RedundanciaLos sistemas con diversidad de frecuencia disponen de un canal de proteccin completo de uno a otro extremo, que se puede colocar automticamente en servicio para reemplazar un canal averiado. Con la diversidad de frecuencia se dispone de equipo redundante (doble) completo para proteger el servicio en caso de averas de circuitos o desvanecimiento de las seales. En los sistemas con uno o dos canales de proteccin para un nmero determinado de canales en servicio, no se necesita conmutacin en todos los enlaces, sino que se establece una seccin de conmutacin compuesta de varios enlaces en tndem. Ninguna de estas disposiciones puede utilizarse con la diversidad de espacio.Con la diversidad de espacio se puede o no introducir redundancia de equipos, lo que depende de la disposicin del sistema. En los sistemas industriales generalmente se emplean dos receptores completos en la seccin de recepcin de ambos extremos de cada enlace de microondas; un receptor se conecta a la antena ms alta y el otro a la ms baja. Ambos receptores captan la onda completa de informacin y en ausencia de desvanecimiento la atenuacin de la seal de un receptor no afecta la seal combinada de salida, ya que el equipo est provisto de un conmutador o combinador automtico que permite dejar ambas seales de entrada en la lnea o elegir la mejor captada por un receptor cuando el otro pierde su serial por desvanecimiento o averas.En la figura 3 se ilustra un sistema de un canal de radiofrecuencia simplex (de una va) para transmisin desde A hasta B por una sola frecuencia. En la prctica, la mayora de los sistemas son dplex (de doble va), por lo cual se necesita el doble del equipo de la figura 3. En esta forma se obtiene una redundancia completa, ya que para el funcionamiento normal solo se necesita un transmisor y un receptor.Para la redundancia de equipo de transmisin, normalmente se instala un transmisor de reserva que se mantiene encendido, listo para entrar a reemplazar el transmisor en servicio en caso necesario. Este transmisor de reserva se indica con lneas de trazos en el punto A de la figura 3. Los transmisores son idnticos y generalmente ambos se modulan con la seal de entrada y generan una potencia de salida, pero normalmente solo uno va conectado a la lnea. La transferencia en caso necesario se efecta instantneamente mediante dispositivos conmutadores de gua de onda.En los sistemas que funcionan en banda de base (por re modulacin), las salidas de la banda de base se pueden combinar o elegir por conmutacin de tal manera que la transferencia se efecta sin la menor perturbacin por impulsos de ruido. Es conveniente igualar la longitud elctrica de los dos trayectos hasta dejarlos dentro de 5 nanosegundos para tener la seguridad de que la informacin llegara al combinador en sincronizacin exacta de fase y de tiempo. Como en la transmisin de datos la diferencia de 5 nanosegundos representa una pequesima parte de los bits, hasta de alta velocidad, la transferencia de receptores no producir alteraciones de informacin debido a desplazamiento. La igualacin de longitud elctrica de los trayectos es relativamente simple en la recepcin por banda de base y solo necesita hacerse al tiempo de efectuar el alineamiento inicial del sistema.

Sistema de transmisin simplex con proteccin por diversidad de espacio, donde solo se usa diversidad en el extremo de recepcin.Si los receptores son de tipo heterodino. Con una salida en la banda de 70 MHz en lugar de la banda de base, la situacin es diferente. A menos que se empleen mtodos especiales de sincronizacin, las salidas de 70 MHz de ambos receptores no quedaran en fase y pueden llegar hasta un desfasamiento completo. En estos casos debe usarse conmutacin selectiva en lugar de combinacin de seales. Se obtiene una transferencia casi exenta de impulsos de ruido utilizando conmutadores de estado slido de velocidad ultra elevada. Con un sistema por diversidad de espacio provisto de conmutacin en FI se obtiene una proteccin por redundancia de equipo para las secciones FI y RF del receptor, pero se requiere proteccin adicional independiente para cualquier equipo demodulador o de: banda de base colocada a continuacin del conmutador.

Combinacin y conmutacinLa conmutacin y combinacin en RF se ha empleado para solucionar problemas de trayectos de sistemas en que la proteccin por diversidad de frecuencia resulta inadecuada y se requiere proteccin adicional con diversidad de espacio en un trayecto determinado. Este objeto se logra, por ejemplo, combinando en una T hibrida las seales RF de las dos antenas verticales (principal y auxiliar) antes de pasarlas al receptor (vase la figura 4). Para esta disposicin se necesita un control esmerado de la posicin relativa de las dos antenas y una igualacin muy precisa de la longitud elctrica de las dos guas de onda que conectan las antenas a la T hibrida, debido a que para un funcionamiento correcto ambas seales deben quedar dentro del mayor grado posible de fase en la frecuencia de microondas.

Sistema con diversidad de espacio, sin equipo redundante, en que se usa una T hibrida para la combinacin de seales y un variador de fase para el control automtico de fase.En la transmisin por 6 GHz, si hay una diferencia de longitud elctrica de unos 2.5 cm entre los dos trayectos, las seales se recibirn con un desfasaje de 180 y pueden anularse totalmente. Por lo tanto, en estos casos general-mente se inserta algn dispositivo automtico para detectar el grado de desfasaje y controlar un variador de fase colocado en una rama del receptor. En esta forma se mantiene el alineamiento de fase de las seales, aunque se produzcan considerables alteraciones de la longitud elctrica de los trayectos. Esta disposicin, esquematizada en la figura 4, es sumamente costosa y compleja y hasta puede resultar contraproducente.

Tambin se puede obtener diversidad de espacio sin redundancia deequipo empleando un circulador de enclavamiento para la conmutacin de sealesde RF en el receptor.En cambio en la figura 5 se muestra una disposicin ms sencilla, pues se emplea conmutacin de RF en lugar de combinacin para obtener proteccin con diversidad de espacio en los trayectos sujetos a desvanecimiento excesivo. En este arreglo, las guas de onda de las dos antenas se unen a los respectivos orificios de entrada de un circulador de enclavamiento. El circulador conecta una de las entradas al receptor y la otra a una terminacin de gua de onda. En condiciones normales de funcionamiento, el receptor va conectado a la antena principal. Cuando se pierde la recepcin por dicha antena, como sucede cuando la tensin del CAG baja hasta un nivel predeterminado, un dispositivo lgico cambia la posicin del circulador y traspasa la antena auxiliar al receptor. La conmutacin se hace sin medir la intensidad de la seal, por lo que no hay certeza de que existir una seal satisfactoria en la antena auxiliar. Por esta razn se insertan otros dispositivos lgicos que determinan la accin del receptor en ausencia de seal. Este mtodo de conmutacin presenta algunos problemas tcnicos, pero se ha comprobado que mejora considerablemente la confiabilidad del sistema y al mismo tiempo reduce los periodos de interrupcin del servicio en algunas clases de trayectos de propagacin.En muchas clases de sistemas solo se utilizan antenas espaciadas en un extremo del trayecto. Esto sucede especialmente cuando se agrega diversidad de espacio a un sistema ya instalado, cuyas torres no se proyectaron originalmente para soportar la carga de antenas adicionales. Este mtodo tambin se usa cuando en uno de los extremes del trayecto no se cuenta con suficiente altura para instalar una segunda antena vertical, como sucede por ejemplo en zonas urbanas con gran edificacin.Para obtener diversidad de espacio de tipo convencional en un solo sentido, las antenas espaciadas se disponen de manera que se combinen con los receptores correspondientes, mientras que para proteccin en el sentido opuesto las antenas deben relacionarse con los transmisores.

Sistema microondas de diversidad sobre el agua, Puerto Vallarta, Mxico.