11

g np

h

s

Contenido

1! WROD!1CC! 6N !

S ISTEMAS El FITRN ICOS DECOM( !NICACIONES MOCUII .ACIN y DEMODlII .AC IN 2

2

EL ESPECTRO ELECTROMAGNtTlCO 4 FrccucnciD.S de tr.msmisin .5 CID.Sificadll de los transmisores 7 ANCHO DE BANDA Y CAPACIDAD DE INFORMACIN 8 MOOOS DE TRANSMISIN 10 Sfmplex (SX) 10 Semidple:o. (HDX. de half duplcllO ) 10 DpleJI lotal (FOX. de fu I! duplex) 10 Dplex lotaVgcncrol (FIFOX, de (ulllfull duplex) 10 CONFIGURACIONES DE LOS CIRCUITOS 10 Tronsmisin a dos hilos II Transmisin a cuatro hilos 12 Hfbridos YSUpreSOfeS de t'CU 12 AN LISIS DE SEALES 14s.,naJa sc.n(lidal,,~ 14 Ondas pcridicD.S no senoidllles (ondas complejas) 16 Serie de Fourier patlI una forma de ooda I"CCUlIIgular 22

potenciDy energfa 26 TransfOl'T1Ulda.J de Fourier discreta y rnpidll 26 Efectos de limitocin de banda sobre las seola MEZCLAOO 27 SUITlll lineol 27 Mezclado no linclll 29

Es~U'Os de

27

AN LISIS DE RUIDO 34 Ruido 00 rom:llICionodo 34 Voluje del ru ido 37 Ruido correlacionado 38 Ruido impulsivo 40 Interfereocia 40del ruido 40 Re lacill de poIenci a de seal a ruido 40 FX lor de ru ido 'J cifra de ruido 42 Temperulurn equivalente de ruido 45 PREGUNTAS 46 PROBLEMAS 47Re~lImen

CAPITuLO 2

GENERACiN DE SEALINTRODUCCiN 5 I OSCILADORES 5 IOsciladore, retroalimcntados 52

51

Oscillldorc:s

sinlonilados 54 Oscil:.dores simoni1.aOOs 5S Eslabilidad de la frecUl'ocia 59!lO

Osc iladores de rnslal

60

OSCILADORES EN GRAN ESCALA DE INTEG RACiN 67 Geoc:raci6n de forma de ood; ron cin::ui to integrado 68 LAros DE FASE CERRADA 72 hue ....alos de enganche 'J de CBptllru 73Osci lador comrolado por vohaje 74 Compamdor de fuses 7S Funcionamiento dellaw 80 Circui\o ill1cgf\\lJo pMU un hu.u de rase

~ rrudll.

de pr1:('isin

84

SIN I E IIZADORES DE FRECUENCIAS 89 Sinteli1Jldores directos de frecuencias 89 Sinteti1.3dores indirectos de frecuencias 92 PREGUNTAS 95 PROBLEMAS 96

CAPITuLO 3

TRANSMISiN POR MODULACiN DE AMPUTUDINTRODUCCiN 100 PRINC IPIOS DE MODULACiN DE AM PLITUD100

100

LacnvolvcnledcA M 101 Espectro de frecuencias 'J ancllo de banda de Ar.1 101 Reprc:senlllCin flUOrial de II na olida de amplitud modu lada 103 Coeficiente de modlllaci6n 'J porcentaje de modulacin 103 Distribucin de \'olllljl:' de AM 107 Anlisis dc AM en el dominio de l tiempo 110 Distribucin de poIencia en AM III

Clculos de ~-orril:'ntl:' cn AM 114 Modlllacitl con IIna seal compleja de informacin CIRCUITOS MODULADORES DE AM 116 ModuladordeAMdebajonh'cJ li M otluhldor de AM de poIencill. intemwia

115

] 18

,

Conten ido

Modulacin simultnea de base '/ colector 122 Moduladores de AM en eill:uito integrado lineal 122 TRANSMISORES DEAM 127 Transmisores de bajo nivel 127 Transmisores de al to ni~~1 127 Patrones tro.pelOidales 127 Desplazamiento de la JIOI"Iadora 13 1 lvoh'cntes de AM producidas por seales complejas no seooidales MODULAC iN DE AM PLITUD EN CUADRATURA 135 PREGUNTAS 135 PROBLEMAS 136

132

CAPITuLO 4

RECEPCiN DE AMPUTUD MODULADAINTRODUCCiN 140 PARMETROS DEL RECEPTOR 140 Selectividad 141 Mejoramiento del ancho de banda 142 Sensibilidad 142 M:ugen dirn1mico 143 Fidelidad 143 I'trdida de insen:in 144 Temperatura de lUido '/ temperatur. equivalente de lUido 145 RECEPTORES DEAM 145 Recep:or de radiorrecuencia sintonimda 145 Receptor supcrhetctodino 147 CIRCUITOS RECEPTORES DE AM 158 Circuitos amplificadore~ de RF 158 Amplificad0re5 de bajo lUido 161 Cimlitos de mezclador/convertidor 161 Cill:Uito$ amplificadores de FI 165 Cill:Uitos detectores dc AM 172 Con troles automlicO$ de glUUll1Cia 176 Cill:Uitos de reduccin de ruido 178 Limitat!ores '/ diminadon:s de lUido 179 Medidas Illtc:mas de: !iclIalll ruido 18 1 Receptores de: AM en circuito integrndo lineal 182 RECEPTORES DE AM DE DO BLE CO NVERS iN 183 GANANCIA NETA DEL RECEPTOR 183 PREGUNTAS 186 PROBLEMAS 187

140

CAPITuLO 5 51S I EMA5 DE COMUNICACIONES DE BANOA LATERAL NICAINTRODUCC iN 189 SISTEMAS DE BANDA LATERAL NICA 189 AM de banda lateral nica '/ portadora de mxima polcocia AM de banda lateral unica '/ portadora suprimida 191 AM dc banda lalctlll t1nica '/ portadora reducida 191 AM de banda lateral i!!dependiente 192 AM de banda laterJI residual 193 Comparacin de la tr.lIlsmisiII oon banda lalctlll nica y la AM COtl\'cocional 193

189

190

Contenido

AN l iS IS MATEMTICO DEAM CON PORTA DORA SU PR IM IDA GENERAC iN DE BANDA [.ATE RA I . ON ICA 197 Modulador de anillo balance","" 197 Modulador ~1:uv:C'000 en contr:lfase (push pull) t on FE! Modu lador de puente balanceado 201

197

200

Tr:!Osw iwr de: banda la!mllinica: mtodo con (jUm :ro:; Trommi5Ol'" de banda IlIlcrallinica: rntlodo de desplv.amicnlo de ftlSC Tr;!n smiw de: Imndal gler;1 n ica: !crrer rnttpdo 213 Trammisor de banda laleral independienle 2 14 RECEPTORES DE BA NDA l ATERA[ f ' NICA ' 14 Receptor BFO de banda lalera! uni ca 2 14 RcceptO! OFO coherente de band3lalcrollinica 217

21 [

I.ATERAI ( ' N ICA n o BANDA l.An RA I . N ICA CON PQIITAOOHA SUPRIM!llA y M I D .TIPI EXAOO POR D IV IS iN p E FREel !ENr IAS n i OOB I.E BA N DA I.AlERA I . CON PORTADORA SUPR IMIDA y Mt ll.TlPI EXAOO EN CI/ADRAD RA MEDIC IONE S DE BANDA I AJE R A! NICA 223 PRFG IINTAS 22S pROR! EMAS 215

"'1

CAPtrul

Q

6

TBANSMISION POR MOOULACION ANGUI dgINTRODl CCrN MODlJl AC!NANG I!! ARAn~ Ii S 5 n"'rm~tioo

228

""8

128

2J I

Sen5ibjljd?d a ID dC'sviaci60 2 :\2 Formas de ooda de FM YPM 233 pqy jac jn de fa.", e iOOlce 'k U1ndU] lICin Desviacin .... {m'"c ne ;? B 'j

234

ANca" AR 24 5 poTENCIA pROM EDIO DE tINA ONDA DE MODl r ACIN ANG ULAR 246 RJ/lOO y MOO!![ .AC IN ANGllI AR 2411

Modulacin de fax debi do a uno g nal de jnu:rfcrencja 248 Mn" y!lIC jn de fm"LH: oc;a debida Du na se na l de jmr r trnd: PREt.~EA S I S y D Ee NFA S IS 25 I MODULADORES DE FREC UENC IA Y FASE 253 ModylIe!.I I

Infr....Oo

Lo>

1I I

vilibje

I--...""x---ll 1I I!

Miaoondu I I t tltl

Ondudl,tdlo _"'~_"""'-

l.......

__

I

! I ! I I I I 10' 10- 10' 10' 10' lt1 10" 10" 10" 10" 10" lO" 10" 10" 10"(~)

longitud di ando

FIGURA 1-4

Esped)o~!! h'OlO&g11tico

delongm'es de onda

de propaglKin de la energa electromagmWca en el espacio libre es J X 10' mis, La re ln cin entre frecuencia, \'elocidad 'J longitud de onda se expresa en forma matemtica como sigue

longitud de onda ""

, ,-donde~

"e1ocidad frto ( r AM) Modulxi6n de aocho de pul~ (I'WM) Modullrin de pmicidn de pulso(PI'M) 1'\11_ no moduiaJo,; (lb"" binarios) nuJo modulada dutl"n~ polMlS C.wq..in rombiblci6n de c.urorl", de rnodut.idn de puJ.o

C\aaIqIIicT COI1Ibinaci6n de do5 Omis de lu runnas IIlterotsde modul:ocil!

, , ,

Cuos 00 dacritos Sin ~II.II modullllon l'urUdura manll"'ll''" di,italmcu.e Tono nunipulm digiulmmtc AnaJ6&k:o \~ido" "Ideo) Dos " m.b canab digil:lla; Dl1$ " mis unak$ ..... Igicos Anolt;io;.o " di,illll

eD

A

Tdegrafl.o manualTckpJrflamil Dat .... ltlmlttrt

u."""...,.

(t de cone respecto a uno o ms

60

Capitulo 2

z ,

Q

z .....Y~nlco

c .... f"IO aia.lino

, , , , ,

X el6clco

PI..:. rntIlic.I FlMf"I.

,,-

, ,

, ,,

>Fue".

""".,., ...."'"'

.,

.,

F'enle

C.mo

,.( OPI.n1a

O)'"

FIGURA 2-7 Cristal do cuarm: (a) estructur1I CI istaIina bsica: [b) ajes cristalo!1ficos: [e) cortes del aist8I: Id) montur'B dal cristal

Si el corte Y se hace en ngu lo de 35 20' respecto al eje ven ical (fig . 2-7c), se oIMiene un cone A.T. Hay otros tipos de eones de cri $l.al. quc ineluyen los eones 81. DT. A.C. GT. ltrr. NT y JT. E] corte A.T es el m4s comn en los resonadores de alta y muy oJta frecuencia. de criSUlI. El tipo. ]ongillld y espesor de un cone. y el modo de vibrac in. dcteiTll inan la fre o euencla nawr~ 1 de resonancia de] cristal. Las r~\lencias de re sommcia de ]os crista les corta dos ATvan desde unos 800 kHz lIasta unos 30 MHz. Los eones cr y DT tienen esfuerzo cortante de baja frecuencia. y se usan ms en el intervalo de 100 a 500 kHz. El oorte MT vibra longiludinalmente. y se usa en el inter.alo de 50 a 100 kHz. y el cone NT tiene un intervalo til menor que 50 kHz. Las Qblc/u de cristal se s uelen montar en fIOrlacrltJlcs. que son los conjuntos de montura y caja. Una rmidml de crisltJl es el portocristal con el cristal mi smo. La lig. 2 7d muestra una montura normal para un cri51a1. Como la estabilidad de un criSlllI depende algodc: la temperntura, una unidad de cristal se puede monUlT en una eslUra u nomo. para nuulIeoer constame la lemperalllm de funcionami cnlo.

ej~.

cr.

rr.

Generacin da senal

61

La relacioo entre la frecuenci a de opel1lCin y el espe.'\Or de un cristal es la siguiente

"" .5 65,,," = ----;;

f.

en donde: 11 - espesor del cristal (pulgadas) f. - frecuencia natural de resonam:ia (hen l)Esta rnn ula indica que. pam osci laciones de alta frecuencia, la oblea de cuano debe ser muy del gada . Esto hace difcil la manu factura de osciladores de cristal con frel:llcncillS fundamen-

tales mayores que

1,1005

30 MH1., porque se vuelve n ,an delgados que son excepcionalmente

fnigiles. y el con e 'J el pul ido convencionales slo se: pueden hacer con altlsimos costos. Se puede: aliviar 1:$11: problema recurriendo ul Iltaquc: qurmico. para obtene r rebanadas nlS ddgadas. En este proceso es posible obtener cri~' aJc:s con frecuC:l1cillS fundamental es haSl1I de:

350 MHz.

Oscilador de crutal en sobre tuno (a rm nicas), Como se dijo arriba, paro aumen tar la fr llc:ncill de vibmcin de un cristal de: cuartO. la oblea de cuar'l.O se: hace ms delgada. Esto impone un lmiu: fisico ob",io: mientras ms delgada es la oblea. es ms susceptible a daarse y se: hace menos til. Aunque el lfmile prctico par.! los osciladores de eriSlal en modo fundamental es de unos 30 MH1_ es posible hllCCT trnoojar el eriSlllI en nlOdo de sobretonos o armnicas. En este modo se: pueden tener " ibraciones relacionadas amtnicamente en forma simul tnea con ht ",ibracin fUl1damental. En ~I modo de sobretono. el OiCilador se si nlOnil.a para trnoojar en la terce ra. qu ima. ~ptimD o hasta en la no,'ena annnica de la frecuencia fundame ntal del cristnl. Las mTlnicllS se: lIuman sobretonos. porque no son verdaderds annnicas. Los fabricantes pueden procesar cristales de tal modo que se refuerce un sobretono ms que los dems. Al usar el modo de sobretOrlO au menta ellfmite til de los osciladOf\!s normales de cristal, hasta unos 200 MHz.

Coeficiente de tempcnltu l"lII. La freeueneia natural de rc:sonaneia de un cristal ~st influida un po;o por su tempcrot uro de funcionamiento. La relacin de la magnitud del cambio de r Ncuenda (f~j) "n.I'\O el elllllbio de teml'enuulll (~ C) !iC e,"pre etl ea.",blo de !>cOTo por megahenzde frecueflCia de operacin del cristal. y por grado Cclsi us (H1JM U1 rC). El cambio fmccionario de frecuencia se e.oopresa a menudo en partes por milln por ~C. Por ejemplo. un coeficiente de temperatura de +20 H1./MHlr C es lo mismo que +20 ppmr C. Si la direccin del cambio de frecucncia cs igual a la del cambio de temperntura, eS decir, que un au mento de te mperatura cause un au mento de frecuencia, y que un a disminucin de tcmperntura cause una disminucin de frecue ncia, se llama ClH"jicitrlle "o1ili,'0 dt: ItmJtr/llUrtl. o ClNjicitn le lirmi co 1'01ilil"O. Si el cambio de: fn:cuefICia tiene direcci opueSIDa la del cambio de temperat un ra (un au mento de temperntura CO U.$ll una disminucin de frecuencia y una disminucin de lI:mperaturu eausa un aumento de frecuencia). se llama ("ot'jidef1lt I/l'8(1/;1'0 dl' Il'm{lf'rtllllra. La relacin matematica del cambio de frecuenci:l de tln crislal con el cambio de lempcrulu\lI. es~ .. k(f~

x

~C)

(2-5)

en donde

,dondcf~ c~

- cambio de frecuencia (henz) " .. coeficiente de tempernlurn (Hv MHT C) r f~ "" frecuencia natural del criSlal (megahert:r.) AC .. cambio de temperatura (grados Celsius)(2-6)

~

la fn:cucncia de operacin.

62

Capitulo 2

El coeficiente de temperalllra k de un crist31 varia. dependiendo del tipo de OOfIe y de la temperatura de operacin. Entre las lemperaturas ap!'Ox.jmad ps de +20" a +50" cristales cortados X y Y llenen un codiciente de tempentllJ"D. que es casi constante. Los crhtales cortados X son unas 10 veces ms estables que los con.ado5 Y. En forma nonnal. los crisales conado5 X tienen un coeficiente de temperalllra qlle VI de - 10 a - 2!5 Hl1MHIrC. El coerICienlt: de temperatura de los cristales cortados Y va de unos -25 h;l$ta unos + 100 H1.IMHIrC. Hoy se coosiguen cristales con coeficienlt: cero (eonados GD cuyos coeficientes de temo peratura son de - 1 hasta + 1 HzlMHzrC. El cristal cortado GT es casi un cristal peecto. de coefidenle cero. desde temperaturas de congelacin hasa ebullicin. peTO slo es uti] en frecuencias menores que algunos cientos de kilohertz..

e

e.1os

Ejemplo Para un crinal de 10 MHz con coeficiente de tcmpel1ltural: - + 10 HzfMHzrC. calcular la fra:ue n da de oper.ICin si la tempenllul1I: (a) Aumenta 10" C. (b) Disminuye S" C. Solucin (a) Se slIlitituyc:n los ";llores en las tcuaciones 2S y 26. pan! OOtcnet"

2 -'

4[ - k(f. x- 10(10

.:l.C)

x

10) - I kH~

/,, " I. + 4[- 10 MI I ~

+ I kH1. - 10.001 MHz

(b) De nue,o se susti tuyen los "alores en IlIS ecuaciones 2S y 26 4[ - 101 10 x (-5)) - - 500 Hz/ .... OMHz+( - 500 Hz)

.. 9.~5

~1'lz

Clrnlito eq uivalent e del cristal. La lig. 28a muestra el cimlito elfctrico equivalente de un cristal. Cada componente clctrieoequivale a una propiedad mednica del cristal. el es la capacitancia real fonnada entre los electrodos del crisl3l. y el cri stal mismo es el diel6c:trico. C l equivale a la docilidad mecnica de l crisul (llamada tambi!!n resiliencia o elasticidad). L :qui. "ale a la masa del cristal en "ibracin y N es la pdida por friccin mecnica. En un cristal. la rtllldlt de IIWSO a/ricdn (UN ). C5 baStante alta. Los va lores caractersticos van desde 0.1 H hasta bastante ms que lOO H; en consecuencia. 105 factores Q son bastante altos para los cris tales. Los valores entre 10.000 D 100.000 o ms no son raros (en comparacin con los factores Qde 100 a 1000 para los induClorcs discretos que se usan en los circuitos tanque LC). Esto proporcionllll gnut estabilid:ld de los osciladores de cristal. en comparacin con los de circuito tan que LC. Los valores de el suelen 5eT menoI'CS que l pF. y los dc el van de 4 a 40 pE Como un cristaltiellC un circuito eq uivalente en serie y UIlO cn p8f8lelo. tambi!!n hay dos impedancias equivalentes y dos frecuencillS de ft'SOIU\l1Cia; en serie y en pamlelo. La impedancia en seriecs la combinacin de R. L Yel' es dec ir. Z. - R :jX. donde X '" !XL - Xci. La impedancia en paralelo es aproximadame nte igual a la impedancia de L Yel' es deci r. Z, "-' ( XL X XciJI ( XL + Xd. A muy bajas frccuencias.la impedancia en serie de L el y N es l'lIIy alta y capacitiva (-). Esto se ~'ecn la fig . 2Se. Al aumenUU' la frecuencia se alcanza un punto en cl que XL - XCI' En esta frccuencia.!,. la impedancia en serie es mnima. es resisti"a y es igual a R. Al Dumentllf ms la frecuencia (/1). la impedancia en serie se vuelve alla e inductiva (+ ). La combinacin de L y C; en panllelo h1lCC que el cristal fund one como un circ uito !anque en paralelo. con la im pedancia mxima en la resonancia. La diferencia entre!l Y!z suele ser bastante pequdla. nor malmente m:ls o menos el % de la frecuencia natur,1i del cristal. Un cristal puede funcionar a su frecuencia resonante en serie o en paralelo. dependiendo de la confi guracin del circuito en que sc use. La pendiente re lativa de la curva de impedancia que se ,'e en la fig. 28b tambi!!n se

Generacin de setlal

.3

FGJRA 2-8 Cin;UI:D eqt.WaIente del cr i6t8l: [a} crc:to ea, El diodo varactor. j unto con un mdulo de conlpensaciII de lemper.uura, proporciona compensacin instanuinea de frecuencia por \'ariaciOl\Cli causatl:t~ por cambios de tcmperotulU_ El diagrnma esquemtico de un mdulo compensador de tcmpernturn se ve cn la fi g, 2- 13, El mdu lo de compensacin in cluye un amplificador separador (Q,) y una red compcnsadoru de tempcnuuro (T ,), Esta red T, el! un tcnnislor con coeficicnle negativo de Icmper.u ulU, Cuando la temperalura bajo de l valor um bral dcl lenni ~ tor, el \'oltaj e de compensacin aume nta, Este ~olt oje de compensacin se

Capitulo 2

"',ifUVa!

,

,, ,

S.lida cMlQllCiIMior .1 .mpl;r"",dgr

.1 .I.cIof

,

,

,

Entradt de YOtuoje de compenucln

.,

~ '

200

1~lO

i

1 ,

'"'00

o

,

"

Votuoje 1 _ .....

" '"

.

v,

"

del ,Ij. ~, ~uriiUU

aplica al mdu lo oscilador, donde controla la capacitancia del diodo \'araclor. Se consiguen m6. dulos de compensacin cuya acc in pennitc tener una estabilidad de rrrcuencia de OJIOOS'l.,desde - 30" e hasta

+

80" C.

OSCILAOORES EN GRAN ESCA1 A DE INTEGRACiNEn los Illtinlos alIos ha aumentado con una rapidez asombrosa el uso de los circuitos con nte gmcin agrun f!srol/J (LSI. de urgf! sea/e inli'grolion) para enenlt frecuencias y formas de on da. porque los osciladores de circuito inlegrado tienen una excelente estabilidad de frttuencia y un amplio margen de sinloola, y por$er fciles de llsat. Los gtnundo" s defontlO de orula y los gf!lrf!rodu~J dcfundoll~J se usan en forma extensa en equipos de comunicaciones y de Iclcmclrla.Gen0f'8ci6n de senal

67

UVcd

,e

,

,

,e

,

"S.lid. de 'IO~.. 61 com~n....,16n

asl como en laboratorios. para equipos de prueba y calibroci6n. En muchas de esas aplicaciones se ronsiguen osciladores y generadores de funciones romen.:iales. c:n circuitos intcgrudos monollticos. que pcnnilcn contar al di~i\ador coo uno alternativa de bajo CQSIO panl su~ ct)Illl1lpanei de circuito 00 integrado. Las opell..::ionc$ Msicu necesar11tS paro generor '1 confonnar form.as de ooda se Ild:Ipllln bien a 1111ccoologa del circuito integrado monoltico. De hecho. los ciff:uill)$ jnl~B 'udos nt'u/es m(Jllollticos (LIC. de lint!ur intrgrolM circuir,,) tienen varias ventajas inherentes sobre los cir-

cuil(l!; di~los, como la disponibilidad de una gran cantidad de dispo!li,;\'os acl;\'O!i en un $01 0el. y la cstrtthu compensacin y seguimiento ttmlicode los valores de 101 componentc:s. Hoy. es

posible fabricar generadores de forma de onda con circuito integnldo que tiencn un descmpeoocomparabL a los gcncradores di!iCTCIOS complejos. 0011 slo una fraccin de su costo. e Los gcnemdores LS I (con integradII en gr.ul escala) qLle sc CQn5igucn hoy incluyen generadores de funciones. temporil.1dores.. relojes progrnm:lblCl'. ~i ladores controlados por volUlje. osciladores de precisiII y grncrndores de fOl1llll de onda.

Generaci6n de forma de onde con circuito integradoEn su forma mi!.s simple. un genaadorde forma de ondacs un circui toosci llldor que genero for mas de onda bien definidas y C!Ulblcs, que se pueden modular o barrer externamente sobre un intervalo detenninado de frecuencia. Un generador de onda tpico est formado por cuatro secciones bsicas: 1) un uscillldor. que- genera la fortllll de onda peridica bsica. 2) un conformador de onda. 3) un mOOulPdot- opdonul de AM y 4) un amplificador separador de salida para aislarel oscillldor de la Clllia Y propor-cionar la corriente n~esaria. Ltt fig. 2-14 muestra un diagrama simplifICado de bloques de un circuito generador de for ma de onda con circuito integrado que mucstlll. lu re lacin cnlt'C las cuatro secciones. Cllda seco cin se ha fabricado por separado en formu mooolftica durante varios a/los: por con siguiente. lu fubricacin de I!l$ cuatro seccio,",s I'n Un solo CI monolltiCQ fue una I"'o! udn lUllural de una tecnologa prctll:istente. La seccin del oscilador genera la frecueocia bsica de osci lacin. y el c ircuito conformudor de ondu convierte la sal ida del osci lodo)r en Una forma de onda senoidal. c uadrada. triangular o en rampa. El modullldor. cuando se usa. petllli te que el circuito produzca sena1es de amplitud modulada. y el amplificador separador asla al oscilado.- de su carga y permite contar con un lugar cmodo para sumar valores de cd a la forma de onda en la salida. La u.lidu de sincronilJlCin !OC puede us.ar como fuente de onda cuadrad:. o como pulso de sincronizacin pan 105 circuitos uternas de tempor11.aci6n,

ss

C8pftulo 2

,.

Salida de IIncronllacin

...n..OKI1_

CoIllot.....x..

l

,,,....

McxIuIldot da AM (opc;loMIl~r.do.

Amplif\cNor

~

.1 .1Ido Z.,; la Unea de un euatlo de longitud de onda funci ona como un IransfOfTlllldor ,. reductor. J. N,. < Z.,: la linea de un cuano de longitud de onda funciona como un tran sformador elevador.

z...

Como en los traosfonnadores. uno de un cuatlO de longi tud de onda se. pone eotre una Ifoea de transmi sin '1 su carga. El tr-.msformador dc un cuano de longitud de onda no es ms que un tramo de !foca de transm isin de un cuano de longitud de onda de largo. La fig . 8-26 muestra CIT1Q se. usa ese. tr-Jnsfomador p,:Ira adaptar una Ifnea de tran smisin D una carga pu_ ramente resistiva.. La impo!daneia earucmSlica de la parte de un t uano de longitud de onda se: calcula con la fnnu la (832) siendo ~ ,. impedanc ia caracterstica de un transformador de un cuarto de longi tud de onda Z" - impedancia caracterstica de la linea de UllIlsmi sin que se esUl. compeoli.ando l ,. : impedancia de la targa Ejemplo 8-5 Calcular la longitud fisica y la impedancia caracterstica de un transfornwSor de un cu.uto de IOI1S i SO n ) a UDa carga tud de on.

AtenuaciOn La ley del cuadrado "VCDO de \.a radiacin cbcribc: en fom13 matemtica la ruluccin di:: densi dad de potencia con la distancia a \.a fuente. A medida que se: aleja un frente de onda de la fuente, el campo electromagntico continuo que irradia la fuente se dispersa. Esto es, las ondas se alejan cada vez mb c:nlfe sr y. en comecuc:ncia. la cantidad de onda,; por unidad de rea es mc:nor. No se pic:nle o disipa nada de \.a potencia irT1ld iado., pofquc c:I frente de: onda se lllc:jA de: la ruente; ha onPropegeciOn de le. ondas elecc.romegn6deaI5

35'

da slo se e:r.tiende, o se dispersa, 5OOn:: un n::a ma)'or y di ~ minuye la densid3d de potencia. La reduccin de densidad de: potencia con la distancia equivale a una pi!rtlida de potencia. '1 se suele llamar o/tnllucin d~ lu rmdu, Como la atenuacin se: debe a la dispersin esfl!ritl de la onda, a \'cces se le llama IJItlllmcin tspaciul de: la onda, I..u atenua.cin de: la onda se: elpresa en general en funcin dc:l logaritmo comn de la re lacin de: densidades de potencia (pI!rdida en dO), I..u definicin matemtica de 'Y. e~'Y u'" IO IOgj1

.,

(98)

La relacin de densidad de potencia debida a la ley del CUlIdrndo inverso supone que la propaga ci6n es en el c:.spacio libre: en el vocio o casi en el vado. y se: l1anlll aten uocin de ondll. Lu 11:duccin de la densidad de potc:ocia debida a propagacin en espacio no libre se llama abS01f:itt. Absorcin La atmsJe:rlI terrestre: no es un \'oclo. Ms bien e.~lA formada por tOll1O$ y moll!cuhls de di versas sustancias g!l5C'OSaS. Ifquidas y slidas. Algunos de esos materiales pueden absolber las ondas c:le:clromagnl!ticas, Cuando una onda c:leclromagnl!lica se propaga a tl'3vl!s de la atmsfel'3 te:rrestll:. se: transfiere encrfa de la onda JI los :ltomos y moll!culllS 1I1rtlOSffriros , La absorcin de onda por la aufllifel1l e.~ anJoga a una ptrdid.ll de potencia fR . Una "CL ab5ol'bfda. la C1K'fl:fa se pierde: para siem~. y causa una atenuacin en las inlensidOOc:s de vohaje y campo magntico. '1 una reduccin COITespondiente de densidad de potencia. La lIbsord6n de: las rndiofm:ucllCias en una atmsfera nonnal depende: de: su fm:ucncia. 'les relalh'lImente: insignifitante: a menos de unos 10 G II7~ La fig, 94 muestra la absorcin atmosfl!rica. en decibele.~ por kilmetro. debida al oxgeno y al vapor de agua. para radiofre cuencias mayores de 10 G H1~ Se aprecia que denas frecuencias se afectan ms o menos por la absorcin. y se: produttll pioo:s y valles en las curvas, La atenuocin de: ondas debida a la absorcin node:pendc: de: la dismncia a la fuente de: rudillCi6n. ~ no ms bien a la distancia total que la onda se: propaga a tl1l\'6; de la atmsfera. En otl1lS ~Iabras. para un mtdio Jwmoginffl. cuyas propic:tbl.ks son uniformes en todo l. la abson:i6n wfrida durante: el primer kilmetro de: propagacin es igual que la de l ltimo kilmetro, Tambil!n. l:ls coodicionc:s atrtlOSfl!ricllS anormalc:.~. como por ejemplo J] uviQ.S intensas (} neblina densa. absorben m4s energla que una atmsfera normal. La absorcin atmosfl!rica se: representa por '1 y. para una onda que se: propaga de HI a Rl' es y{Rl - R 1)' siendo 'Y el coeficiente de absorcin. As f. la atenuacin de onda depende: de la relacin R.jRI' y la absorein de onda de:pende: de la distancia entre R I Y RJ , En el

. ,N

~

.. 352

t , ,

~

,, . , , ," , ,'1"

de.,;,u.

VPOr

: I

/'

, ,-

,

,

FIGURA 9-4 Ab&orciOn otrrosIlIrice de IIIS ondas ele;tr w"l8(lOicos

capitulo 9

caso ms I'l:al. e5 decir. en un medio 110 h()ftl(}gi"eo. el coefidente de absort"in varia mucho de acuerdo ron el lugar y por lo mismo origina dificiles problellUlS para 101 ingenieros de sistemas de radio.PROPIEDADES PTICAS DE LAS ONDAS DE RADIO

En la atmsfera terrestre. la propagacin de frente5 de ondas y rayos puede diferir de l compor tamiento en el e5p:,cio libre. debido a efectos plicos. romo rtfraccin. rtfluin. difraccin e j"'nfermcia , En Un.:l teffilioologla muy coloquial. se puroc imaginar la refraccill como lafluin. la renexill como rtbott. la difraccin como dispersin y la interferencia como choques, Se dice que la n:rracein.la rc Oe:d6n. la difraccin y la interferencia son propiedades pticas poIue se observaron primero en la ciencia de la ptica. que estudia el comportamiento de las ondas luminoIIIIS. Como las ondas luminosas $011 ondas ekctrornilgntticas de: alta fm:ueocill. pan:ce razonable que las propiedades ptica~ tambi4!n se apliquen a la propagacin de: hu ondas de radio. Aunque se pueden analilar por completo los principios pticos aplicando las ecuaciones de Maxwel1. lo cual es complicado por necesidad, Para la mayora de las aplicaciones. se pueden sustit uir las ecuaciones de Maxwell por el/roZIJ g~o",lIrico de royos.

Re" accinLa "fraccin electromagn.:tica es el cambio de direccin de un rayo al pasar en direccin obli cua de un medio a OU'O con distinta velocidad de propagacin, La \'elocidad a la que se propaga

una onda electromagntica es in versamente proporcional a la densidad del medio en el que lo hace. Por consiguiente. h:ly rcfrnccin siempre que una onda de radio pasa de: un medio a OU'O de distinta densidad, La fig, 9S muestra la refrocc ifl de un frente de: onda en una frontenl plana entre dos medios con distintas densidades. Para este ejemplo. el medio I es menos denso que el medio 2, por lo que v, > \'l ' Se puede \'er que el ra)'OA. entra al medio ms denso antes que el ra yo 8 . As/. el rayo 8 se propaga con ms rnpidez que el nlyoA., y viaja la distancia 88'duran te el mismo tiempo que el rayo A. recorre la distancio AA. ~ Por consiguiente, el frente de onda A. '' se "cUtW o se dobla hacill llbajo, Como un rayo se define como perpendicular al frente de onda en todos los pumas de: ste. los rayos de la fig, 9S cambiaron de direccin en la inlease entre los dos mediOli. Siempre que un rayo pasa de un medio menos denso a 1.1110 ms denso. se dobla hllCia la "(In"a/. La nonnaJ no es ms que una linea il1lllginaria, trazada perpendicular a la interfase en el punto de incidencia, Al rc,'4!s. siempre que un royo pasa de un medio m

No",,,1

I

I I F,ent, de IIncOden I Ileonde

,

/

'

II

f'.n t.... I.ond. --;.,..lrlCllI + 20 log D (lm )

Cuando la rn:cucncia se e... prcsa en GHz y la dislDnCi. en km(9-2Ob) - 92.4 + 20 Iog./(oll" + 20 loe Onu,,) Se puedeo hacer conversiones parecidas cuando la distaocia estli en millllS, la frecuencia eoL,.~II I

kHl , cte.

E'emP*o 9-2

Calcular la pffiIida en lt1I)"eetoria por el espacio libre para una frecuencia de pofIadofa de 6 GHl Y una distllllci. de lO km. SoIucl6n L, .. ]2.4 + 20 log 6000 + 20 loa 50.. 32.4

+ 75.6 + 34 ..

142dB

L,MARGEN DE DESVANECIMIENTO

-92.4 + 201og6+ 201og50 .. 92.4 + 15.6 + 34 - 142dB

Las radiocomun icaciones cntre lugares remolO!, sean de ticrT1I a UCfTII o de liefT1l. SDltlite, requie~n la propagacin de scalC$ elcctromagnftica.o por el espacio libre. Al piopagarsc una onda electroma~ic. por lalllmSrcna terlQtre, la x1IaI puede lena ptrdidas intcrmilClllC$ de inlellSidad. adems de la ~ida nonnal en la ln1ymoriL Esas ptrdidas de ptlCden atribuir . diversos fenmenos. que incluyen efeclO! de corto Y de largo plazo. Esta variacin en la ptrdida de la seal se llama den'OMCimiCl/o y se puede atribuir a penurbac:iones Incteorolgicas como llu via. nieve, granizo, ele.: a trayectorias m6hiples de tranJmisifl y a una su pelCie te:llcstre irregular. Para lener en cuenta el desvanccimienlo temporal, se agrega una ptrdida adicional de If1IIlSmisin a la prdida en trayoctoria normal. A esta ptrtIida se le llama marrel1 de dts\WIimimro. En esencia. el margen de desvanecimie nlO es un '"'factor espurio" que se incluye en la ecuacin de ganancia del sistema para considerv las caractc:risticas no idea1e5 y menos pmkcibIes de la propagacin de las ondas de radio, como porejemplo la proKJg(lci6n pcr /ro)"t r /oriru PI opagaci6n de las ondas IIIBCtl'OmagnticaB

367

nrliplu (pirddu por lrayec/orias mlriplts) y la unsibilidad de/ltrrtnQ, Estas caractersticas causan condiciones allT\05fricas temporales y anOlll1alcs que alteran la ~rdida por trayectoria en e l espacio libre. y suelen ser perjudiciales par.!. la efICiencia general del sistema. El margen de desvanecimiento uunbifn tiene: en cuenta los objetivos de conliabilidad del sistema.. As(, el margen de desvanecimiento se incluye en la ecul\Cin de gllllancia de un sistema .. omo

una pfrdida.

Al ~Iver las ecuacioocs de confiabilidOO de Bamelt Vignanl parn una disponibilidnd anual especificada en un sistema no protegido sin diversidad se obtiene: la siguiente ecuaciIIF.. = . 3OIog D +' 10 log (MBf) - . 10 lag(l - R) - 70 . . .Efecto de ltayccloria ml1 ltiple del lemooi jcodo

.

. Sensiblidad

Objcli\'os de conliabilidad

"-

(9-21)

conSlllIIh:

F .. - margen de desvanecimiento (dccibcles)

D - distancia (kilmetros) f ... f~ucncia (gigahcrtz) R - ron li abi lidad en tanto por uno (es decir, 99.99'1> .. 0.9999 de contiabilidad ) I - R .. objetivo de contiabilidad para una rota de 400 km e n un sentido A = factor de rogosidad .. 4 sobre agua o SQbre un ~rreno muy liso .. I sobre un terreno promedio = 0.25 sobre un terreno muy ispero y montaoso B .. factor para con~'ertif la peor probabi lidad mensual en una probabil idad anual .. I para pasar una disponibilidad anual a la peor base mensual = 0.5 para 4teas calientes y hlJmedas .. 0.25 para 4teas tontincmales promedio SI 0.125 para reas muy secas () TI"IOI1taJ\osas

Ejemplo 9-3 C.all:1.l1ar el ffilllllc:n de: dc:lIvanc:o;inlil'nlO panI hu l iguientc:lll'ond iciona: distancIa l'ntre sitios D - 40 km ; frealendaf - 1.8 GHz: ~rreno liso; clima hmedo y objeti vo de oonfiabiJidad 99.99%. SoluciOn Se JUstitu)"en valores en la ecuacin 921, pilnl obtl'lIC'f

F", - 30 lag 40 + 101011[(6)(4)(0.5)(1.1111 - 1010l!(1 - 0.9999) - 70 .. 411.06 + 13.34 - (- 40) - 70 - JI.4 dR

PREGUNTAS9-1. Describa un rayo elcctromag~lico y un frente de onda. 9-2. OesclibJI 10 que es deruidad de potencia e intcn$i,jad de ,ohajot. 9J. Describa un frente de onda esfl'rioo. 9-4. EJ.plique la ky del cuadrado inverso. 95. Describa la atenuacin de ondas. 9-6. Describa la absorcin de ondas. 97. Oe$criba la refraccin; o:.tplique la ky de SIICIl de la refr.ICCi6n. 9-8. Describa la rellc:xin. 99. Oe$criba la difl1lCcin . Explique el principio de Huygen, . 9-10. Duuiba l. com~ici6n de un buen rellcctor. 9-1 1. DcsI;riba las condiciones atmo!ificas que causan la refraccin elcctromag~kl.. 9-12. Defina l. interfuc/lCilJ de lJfI(u eln:m}fDllgnlricas. 9-13. Dc.icriba la JIfOP&&Kin de 0IIdJL0 'erres~ Haga ul\:l1ist:l de .1.11 ventaju y sus dcsvcm.aj iU.

368

Capitulo 9

9-14. Describa la propagllcin de las ondali espaciales. '15. Explique por qu el horizonte de radio c:suI mayor distancia que: el hori zonte: p(ico. '-16. Dc:sc:riba las divmlo 20. En 51,1 forma mlb simple. un (o UIUl) gufa di! ondas. o gu(aondas. es un tubo conductor hueco. por Jo genenl de corte Ir.InsVC1'Si11 rectangular. pero a \ 'teeS circular o clrplico. Las di mensiones de la seccin trunS'-crsal se establecen de lal manera que se puedan propagar lu onda.. Y po!encia de cnlroda " _ .. 1 w. 00 DeTermine la densidad de polcncia e n un puno a 20 ~ m de un a amena que est irradiando 1000 W y ticllt llanaoc1a de potencia A.... .. 23 d O. Caku le la densidad de po!en

-~ J U ~ " , " U ,8~

!

- !

"

I

'!. - '!. - - -- - ~ , - - - , - .i t , - b, - t- 1 , ,- ... ~ 'lo~

-I - .... - f - '- - . - -

- - - - - - - - - -.- - - - - - -

,

"o

.~ ~

,

~

'"

~

~

42.

Inltrlu.... lvlcoo o digltll

lI

ConveIl ms susceptibles a aumentos de atenuacin cuando estn expuestos a la radiacin. La seleccin de una fibra para determinada aplic.cin es func in de los requ isitos es. pcdlicos del sistell\3. SiempR: hay compromisos basados en la (Iooma y la logstica en una aplicacin determinada.

Construcci6n del cablaHay muchos disenos distintos de cable. en la aclllalidad. La fig. 11-4 muestra ejemplos de varias configuraciones de cables de fibra ptica. De acuerdo con la configuracin. el cable put:de consistir de un ncleo. un fl!l"esrimirlllo. un mIJo pm/rclOr. "morligumlorrs. mi~mbros resis/entel y uno o m4sforros o cMquelas de pro/cain. En la ronstruccin sur/ra de II.lbo (lig. 11-4a), cada fibr.l est:i contenida en un tubo de pro:>t cin. IXntro del tubo protector hay un compuesto de poliuretano que ellCll.psula. o s.c: ll 0. a la fibra. y evita la penetmcin del agua. Se puede presentar un fenmeno IIwnm corrruin btljo /ensiones. o f",iga esrdriro si la fibra de vidrio se eKIJOi'lC durante largos periodos a humn1!1drs al1M. Los criSlale5 do;: diKido do;: silicio interaccionan con la hurned ...1y hacen que las pegaduras se suelten. caus:mOO frocturas cspontne:u despu& de un periodo prolongOOo. Algunos de los cables de fibra tienen ms de urut capa protec1orn para asegurar quc no se alteren las caructersticas de la fibra . i h ta queda eJ:puesta a cambios elll"'''..... de Icmpenaluna. Rod"lI...u:. 111 ",v"~t;mi"nto de la fibr~. se acostumbra tener una C1Ipi ya sea de laca. silieooa o acnhllo. que se aplica nonnal fuente p:tr.l !oetlar y prcsen'1lf las ClU'IK1erSlkas de ~iSlcncia '1 atcnuaein de la fibra La lig. 11-4b mlll':!itr:l la construccin de un cable rt'slrirrgido de libro ptica. Iby un atnOI'tiguador primario y uoo secundarlo. rodeando al cable de fibra. Las ebaquetas arnoniguadorns proIegen a la fibra de influencias mecnicas euemas que pudieran causur su ruptura. odemasia da atenuacin ptica, El Kevlar es un material fibroso que Dumenta la resiSlcrocia dcl cable a la tensin. De nue\'o hay un tubo protectorcxtcmo.lIcoo de poliuretaoo. que evita que la humedad se ponga en contacto con la fibra dd ncleo. La fig. 11-4c mucstro una confi gumcin de hilos ml/ipl~j. Pana aumentar la resistencia a la tensin se incluyen en el paquete un miembro centrol de ocero y una en\o!tUnl de dnta de Mylar. La fig, 11-40 muestra la configur,;i(in de cinta. que se \'e eoo frecuencia en los ~i.Sle tnas telefnicos de fibra ptica. La lig. I J -4e representa las vistas de frente y Imerol de un cable de snice re,'otido con pl:islico. Como se mencion, una desven taja de los cablcs de fibro ptica e~ su falta de resistencia .n. a la tensin. que puede ser slo de una libra. Por eSla ra7 Ip libra se debe ~for'l..ar con matcrial tal que pueda resistir los csfuerzos mecnicos que probablemente se presentanin al ser jaltlda y Il\3niobrada a tna\'f! de los conductos subterrneos y lk'rcQS. Y al colgursc en I()$ posle$. Los materiales que se usan con frecuenciQ para reforlUr y proIeger a las fibms contl1lla abrasin y los esfuer7.05 ambientales son el acero. la fibra de vidrio, el plstico. 1'R pve (cloruro de polivinilo con retardantc de llama). fibl1l de Ke\" lar y papc:1. El tipo de construccin de cable que se use depende de los requisitos de fu ncionamien to del sistema y de las restriccione~ '006micas y ambientales.

428

Capitulo 11

Tubo oH proteo;c:ln

PoIIu.-t.nofibtl

,--- PoIiu..uono tUI mm)

K""'" 11 mm)

,.,PoIhIIUeno V.m. . . .Iumlnio ~Ido di clnt. dio MyIa,

~,

" .__ ElWOIIuf. ttrmlcl

,'

,~

.,

...,.

,.)RGURA 11-4 c.onflgurac:io de eAbla de libra q.;ca: la) WiISb.M . "M tlifJ sh en Qbo: lb) fi. Ira j ;, yida: le) fibras 's -; Id) ceNe t p'slOi b : lo) r.... de Ice f e'E a:irle 00 pie ::''X'

n.'.'

PROPAGACiN DE LA WZ

La ftsica de la luzAunque SoC puede analizar por completo el funcionamiento de hu; fibras 6pcicas aplicando las ecuaciones de Mu.well, es una forma compl icada por ne1o

" ..

..

"-'fO.&n.J ....

1',. 1.1

RaI'O ........ " . :

tl,',1FIGURA 11 -9

Angulas de reflexiOn y de reIracciln

,.,' - - Hlicleo In'ttrlofRayo dhkl~--~

MOCN .....den " ,, '

' -____________

CC::::::::'-_____________

-""

FIGURA 11 10 Modos de propagaci6n: [171 urWnodal: [bl multlrnodol

'"

PROPAGACiN DE LA lUZ A TRAVS DE UNA FIBRA PTICALa lu'l: se puede propagar por un cable: de fibra ptie:a por re n e:xin o por n:fruccin. La forma e:n que: 51: propag ue: depende: del modo de: propagllf: /;Jn y del perfil de: flldiuisJ de: la fibE1l.

Modo de propagaci6nEn lu tcrmi71OIogfa de fibras pticas, la p;alabrJ. modo simplemente: quiere decir camino. Si Slo liay una tr.Iye:clona que puedu le!lc: r la luz por el c~ble. se: llama modo nico, o ,mirrwtU". Si hay ms de unD tnycclOria. se llama modo mlriple: o IIU4 ltimodol. La fi g. 11 - 1 muestra la propil0 gaci6n de luz en modo nico y en multimodo, por una fibra ptica.

434

capitulo 11

..", --il O"...

,r

'\

--

-P.rfil\hllndice

__

~f

-------.---

------ --,

VIII. oHl extremo

,.,

V ..,. 611 extremo

P,rfil 0tI Indice

'"

Vd" del .>:t.......

Vist. 'ale )

P8rfil "., Indlcoo

FIGURA 1 1-11 Perlikls de 1ndice en al n(,deo: (aJ unimodIII. Indica 7 =plu.ado: lb] mulbmodal, Indica escaIon8do; (el muldmodal. Indice graduados

Perfil IndiceEl perfil IOOlec de una fibra pliC es 1I1ll1 representacin grfica del India: de refraccin en la D seccin tr.In s\'C'rsal de la fibra. El fndicc de ,draccin se gnfiel en el eje horizontal. yel eje de la distando radial al cenu"O es el \'crtka!. La fig_ 11- 11 muestra los perfiles rndiccs del mieleo para lres clilSC5 de cables de film!.. Ha)' dos ipos bhitos de perfiles ndice: escalonados y grlIoduados. Unajibra de (ndic:t tscaloltodo .iene un ncleo cenlral con fndice de refraccin unifOfTl'le. Elle ncleo est rodeado por un revestimiento cXlcmo con Indice de refraccin unirOime, pero menor que el del ncleo C rayos de luz entran a la fibra. llegan Dla intell1.ai::vidrio en la normal A. El bldice de rdn.c-cin del aire es \. y el del mkleo de vidriocs I.j. En consccuencia, la Iw.que enlTa a la interfaz aire vidrio se propaga desde: un medio menos denso a uno m denso. Bajo estaS condiciones, y de acuerdo con la ley de Snell, Jos rayos de luz se refractan acerctndose a la normal. Eso hace que los rayos cambien de direccin y se propaguen en dircccirl diagonal por el nc leo, en el ngulo 6,.. dis tinto del ngu Jo e~ temo de incidencia ee.. en la interfaz aire-vid rio. Para que un rayo de luz se Pf'OPlIgue por el cable debe: llegar a la interfaz entre el ncleo y revestimiento rormando un ngulo que sea mayor que e el ngulo critico. ,.. Si se aplica la Icyde Sm::1I al nguloc:xtcmo de incidencia se obtiene la siguiente ecuacin

,Por lo que

(11-8)e. - 90-e~

sen e. '" sen (90 - 9,) :: cos 8,

(119)

Se 5Ustiluye la ecuacin 119 en la 118 y se obtiene lo siguientenosco 9... - " . cos9,

De aqur se despeja e_ y se obIknesen 8,,,, - ~ cos e ..

...

( 11 10)

La fig. 11 16 mUCSlrllla relacin geomtrica de l. eoJxin 11 . 10.

Comunicedon con fibra 6ptica

439

------------------ ----------

...~

'--.1-_____~

_.,, , ,

+_ _ ________FIGURA 11 -16 Rel8Ciooos geomtricas en le ecuaciOn 11 -10

De ac uerdo coo la fig. 11 -16 YCQII el teon:ma de Pitgoruscosll< =

Vni - //2 \ 2

",11 , V - nI ni I l11

(1 1- 11)

-susti tuye la a::uaciII 11 - 11 en la 11 10 y se obtiene

se n 11

.... "" ..... no

-

1

Simplificando, resultasc n ll

,,

O~ .. = se n- I n l - ni

-

= '11 - 1

. ln2 n2

",2 V

(1 1- 12)~

",

( 11 - 13)

Como en gener.d los flI)'OS de lu- entran a la fibra desde c:I aire. no es igual a l. Con eso se s im plilic:a la c:cuac:in 11 - 1) como sigue- 1. / 1 ~ _ _ ( ......) - 5e n " nl- n:

( 11 - 1') ..

A 1I_ 5C le. llama dngulo d~ aceprad&!. o medio ngulo del cono de ouplacln. Define al ngu lo mbimo q ue pueden formar los DyOS luminosos externos al llegar a ID in terfllZ aire-fibrn pra poder propagarse por la fibra, con lIIla re5p'W'SUI no mayor de 10 dB menos que el ,'alor mximo. En la fig. 11 - 11a se ve e l ngulo de aceptacin. Al girar este ngulo en lomo al eje de la film. se obtiene c:I cono de (Jc~Jlraci6n de In cntl1ldll Oc: la fibro, que se ve en la fig . 11- 17b.

Abertura numricaLa . rtura nwnirico (NA, de nllllU!rical apUlurt ) se re laciona en forma estrcclut coo el ngulo de IIt'CpUICin y e5 hl figul1l de I1lI!ri to que se suele usar pal1l medi r la magni tud del ngulo de aceptaein. En esencia. se usa la abertura nu~rica para describir la capac idad de reuni r la luz que tiene una fibro ptica. Micnll1U mayor 5Ca la magnitud de: la aberturu numrica. ID fibro acepa mayor can tidad de luz u tc:ma. PIll1I. fibrus un imodales o nmllimodale.s. la abertura numrica se define comoe l seno del ' ngulo m.ilximoque un rayo de luzque enlnl a la fibra puede fonnar coo e! eje de la fibra, y propagarse pare! cable por reflexin interna. es decir. el seno del medio ngulo de IIt'Cptacin. Los ra)'o~ de luz que C'nlran.1 cable desde e l ex terior del cono de acc:p1ocifl entTllf'lin al n:vesti rniento y. e n con"lcc u~ncia . 1M) se propagarnn po!' e l uble. Ase. para la luz que entro a III fibro desde ~ I C'spacio libre. la IlbenuD nul1ll!rica es

,Tambif n.

NA " sena...

( II -U)

NA -

V - n~ n;

( 11 - 16)

sen- I NA " a...

( 1I - l1 )

en donde NA - abenu ra nu~rica (!!dimensional)

440

Capitulo 11

FII.... 6pde'

,ol

El llyo H duvla .......... norm.1J\eoiestlmilonlO In U~ )

ct. _pt . eln le.,.!

Medio 'lIQulo

FIGURA 1117 101 Cono de ecepteCiOn; lb) ngulo de

8C8JX.8CiOn

ni - Indice de refrnccin del mkleo de vidrio (adimensional)

n2 - Ind ice de refraccin del revesli mienlo (adimensiooal)8.... - ngulo de aceptacin (grados)

Un ditmetro mayor de nicleo no necesariamente produce una m&)'or abertlir.l num&ica: sinembargo. en la prctica los nlkleosde fibra grande tienden a teoer abetluras num&icas mayores. de 0.3 o mM. En general. 1 fitmas de fndice: graduado tienen aberl uras numricas de 0.2 a 0 .3. 115 ,/11lS fibou unimodalc:s de 0 . 1 lA O. I ~. La abcr1u.. IlumI!ric. de tu fibns unimodalcs no 5uclc lIC. lan importante como en las multimodales, porque la luz que sale de una fibr.l que fuoeiooa en modo nico no se abre en la misma forma que lo hace de las fibnu multimodalcs. La abertura nummea se poedc e:akul:u-e:on laccuocin l l - l~ , pero en la pcictiea se suele medir viendo la salida de una fibra. Debido a que las propiedades de gufa de tuz que tiene un ca ble: de fibru son simtricas, J. luz sale del cable y se reparte, pero rortt1l1lloo un dngulo igual al ngu lo de aceptacin.

Comunicaciones con fibra 6ptica

..,

Ejemplo 11-3

En este ejemplo. vtase la fig. 11 1:5. Calcular (1... el ngulo crtico. O.... tI ngulo de aceptaCin y laabcrtunt numriea de una fibro muhimodal de fndice esclllonado con mklro de vidrio ("1 - 1.:5) Y reve$limiento de C\W7.o fundido (" 1 .. 1.46). El medio tntte wfuente y la fibro es aire: .

SoIuci6n Se sustituyen vall)fU en la ttuaci6n 11-6 y se obIienc

O~ -

5I:n- 1 ~

" 1

- scn- I ~1.:5

~

76.7"

Al sustiluir en la ceuaci6n 11_14 resulta

O~" scn-I\/~ -~"'~ ,,~~NA - sen {I...

sen- l ,fS!! - I.46 I .. 20.2'"' ~n

De lleUerOO con la ecuxioo 11 1:52Q.2 .. 0.344

El dimetro Ill.linw.> que puede: tener una fibra ptica un imodal es proporcional a 111 Ion gitud de onda del rayo de IUl: que entra al cable. y a la aber1u ra numrica de la fibra. E l radio mbi mo del ncleo de una fibn. unimodal es

0.383 11.

NAen la que

( 11 - 18)

r..... '" radio m:b.imo de l ncleo (metros)

NA - abenunt

(adi mensional) :\ '"' longitud de onda c:nte lu millO$lI a fim. conex iones de: fibnl

44.

Capitulo 11

: , , , , , ,

,

....

, ____-. __---'A ....... ----"----------- t : , , i t:' TIempo ' n.mpo' 'J1e.mPOde

, , ,

,.,..mW .. _ 17 dBm ImW 20 )/>W dll.o. - lO Iog W - 13 dR ....lo

FUENTES P11GAS

En escncia 561 hay do:; dispositi\'05 que se usan U)II fn:cucocia paro generar luz ~n sistemas de 0 comuniC3Ciooes con fibm ptica: diodos emisores de IUl (LEO) y diodos de lser de iny~ct"il1 (ILO. de in~ctiOlllaSt'r diode). Ambos disposi!i\'os se fabrican U)II materiales semiconduclOfe5. y tienen sus v~ntajas y desv~ntajas. Los LEO normales ti~ncn anchos espectrales de 30 a 50 nm. mientras que 1 lseres de inyeccin 5610 tienen anchos espectrales de I a 3 nm (1 nm cotreSponde m a una frecuencia apro.limada de 178 GHz). f'orU)llsiguiente. una fuente luminosa de 1320 nrncoo rmcoo de 1ll)"IOl c:spcctnU de 0.00S6 nm ticnc una amplitud de banda de fn:cucncillS ilJlIU.limada de I GHz. El ancho de raya es el equiV1lJente. ~n longitudes de ontb. del ancho de banda. La pr~fen:nc iD hacia un disposili\'o ~misor de lul. n:specto a Otro se dc:t~mlina con los requ isitos econmic:os y de funcionamiento del sistema. El mayor L"0510 de los diodos de lilscr se compensa con UIIU mayor c:ficiencia. mientras que los diodos ~mison:s de: lul.. oonnalmente. ti~ncn m~nor CQSto y mc:nor dicknc ia.Diodos emisores de luz Un diodo tmuo' dt lu;:. (LEO, por lighl-ttnilljng djode) es un /it1(IQ /t unin pn. fabricado casi siempre con un malerial semicondoctor comoel arseniuro de aluminio y galio (AIGaAs) oel arseniuro fosfuro de galio (GaAsP). Los LEO ~m ilen IUl por emisin espontnea: la luz se ~mile como te$ultado de la rt:COmbinacin de electrones con huec:os. Cuando tic:nen polari:t.ac:i6n directa. los pot1adores minoritarios se in)'~ctan a ITa\'& de la unin pn. Una \'el atravesada. la unin. ~sos ponadorcs minoritmos se n:combinan oon ponadon:s mayoritarios y dcsp'ndcn energra en forma de JUl... Este proce.w ~s ~senciaJmc:mc: el mismo que ~n un diodo scmiconduc-

452

capitula 11

TABlA 1104$ Longitlodes de ontia 1M odOJcidas con mat8IIesse

"icO,,(.~h _

~v

AKhloP

.,....,

o..lnPGaAIA. ,

'" ,.22.S

I

FIGURA 12-28 Fase de salida en funciOn del tiempo. p8f'8 1Ml rncxUadui 8 PSIO00>0 00>0 00>0 00>0 00>0 00," 00>0 00>0 00'"

>O

F

o

, " ,K

000" 1001001010 00110

L

"N

'000' "000 0010101001 10100 01100

000' 000'000' 000' 000' 000'

o

Q

, ,S

22 23

" " " " " " " " " ""27

000" 1001001010 0011001001

T

UV W

XY

Z

00101 10100 01100

'''''' "000

000" 1001001010 00110

(apKio)

, ,

+

00000 00000 00000 00000

000' 000' 000' 000' ,,"" '000 '000 '000 '000 '000 '000 '000 '000

" "" " "lO

" 323337

,,""

1110 1101 1011 0111

.""

" ,. " " 39

lgicas que c(" esponden a la difere ncia de rcnet:tividad de las barras impresas y los espacios en blanco. Pnra leer la infoonacin tan slo se recorre la baml impresa con un movimiento uniforme . Un fel mismo canicter dos veces seguidas. se ha prese ntado un crror de transmisin. Se puede usar el mismo concepto plUlllos mensajes. Si no se recibe la misma sucesin de ca racteres dos veccs s.eguidas. exactamente en el mismQorden, ha sucedido un em>r de tmns misin. Ecoplu . Es un esquema relativamente sencillo de deteccin de elloteS, que se usa en r()f'ffi l casi elldusivl en sistemas de comunicacin dc datos cn los que operadores humanos capturan datos en forma manual con un teclado. Par.a el ecopltll se requiere operacin dplex,Comunicaci6n de datos

535

1} )

~

111.1

11.

)

.,

" =l

=l'.'"FIGURA 13-5 G ... 1Mb

J)Bil,", POllducio..

da paridad: (8)" . io: [b) 1*"01:'0. 1 paridad

~

2. paridad par

cooSCCtJen:ciil, si slo se cuenta la cantidad de unos rttibida cn cada carcta-!OC p ....1c determinar ~i ha ocurrido un erTOl'". Paridad. Es probable que la paridad sea el esq uema mis sencillo de deteccin de errores que se usa en sistemas de comuni;adn de datos. y se usa junto ;on comprobacin de rcdundanda. tanto vertical como 1'Iori1.Onlll.1. En la paridad se a/lade un solo bit (llamado bit dr paridad) a cada caricter. (lIlr.l obligar a que la cantidad tOCal de unos en e[ cunklCf. incluyendo el bit de paridad. se; un nrnciO impar (paridad impar) o bien un nmero par (paridad par). Por ejemplo. el cdigo ASc n de la ktr.l e es hexadecimal 43. o P IOOOOI I binario. y la P representa al bit de paridad. Si se usa paridad impar. el bit P se iguala a O. para mantener la ;antidad t01:l1 de unos en 3. que c:1 un nmero impar. Si se usa paridad par. el bi t P se iguaJa a l . y la cantidad total de unos es 4. un nmero par. Si se examina con ms detalle la paridad. se veni que el bit de paridad es indcpc:ndiente de la cantidad de ceros en el cdigo. y 00 lo afectan los pares de UIlOS. Para la IeIIll C. si se quitaran Iodo$los bits O el cdigo es PI . 11. Para la paridad impar. el bit P ligue siendo un O y para la paridad par sigue sicndo l . Si se uc1uyen tambi~ pares de UIlOS. el cdigo puede . l. o P 1- . De nuevo. para la paridad impar el bit P es un Oy para ser P I .P la paridad impar el bit P es un l . La ddinicin de paridad es equim/mcia o igualdad. Una compuerta lgica que detcnnine cundo todas Su.\ entradas son iguares es la XOR (operucifl lgica -o incluyente. equis 0-). Con una compucna XOR. si todas las entradas son iguales (todas Oo todas 1).la salida es O. Si no son iguales todas 111.1; entradas. la salida es 1. La fig. 135 mU:C!i1Ill dcK circuitos que se usan mucho pllI"II genelll/" un bit de paridad. En esenclll. ambos circuitos pasan por un proceiO de ;ompamci6n que elimina los ceros y pares de unos. El circuito de la lig. 135a usa comparacin .ruenciaf (.rujaf f) en .rerid. mientl1\S que el de la fill. IJSb usa comparacin compuu/a (pt. roftla). En la paridad secucncial. el generador bu se compam XOR con b 1 , el resultado se como par1I XOR con b1 y IISf sucesivamente. El resullDdo de Ip ltima operacin XOR se compara con un bit de po/ariwci6n. Si se tk'iC3 paridad par. el bit de polari1.acifl se iguala con O lgico. Si 1M: desea paridad impar. el bit de polarizacin se: hace I lgico. La salida del circuito es el bit de paridad. que se agrega a los ClI/'aCteres codificados. En el geocrndor de bit de paridad. las como panciones se hllCen en capas o nivele!. Los pares de bits (bu y b j , b: y b;, ctc. se comparan

Comunicacin do datos

537

XOR. Los resultados de las com puenas XOR de primer nivel se comparan XQ R entre s. El proceso conti na hasta que queda slo un bit. que se compara XO R con el bit de polaril.acin. Nuevamente. si se deica paridad par. el bit de polanzocin se h3ce O lgico. y si se desea paridad impar. el bit de polari:wcin se hace igual a I lgit'Q. Los circuitos de la fi g. 13-5 Inmbi ~ n se pueden usar en el comprobador de paridad dc:l receptor. Un comprobador de paridad usa el mimo procedimiento que un generndor de paridad,pero hl CQf1dicin lgica de la compamcin final es la que se usa si ha sucedido unD. violacin de la paridad; por ejemplo. en la paridad impar un I indica error 'J un Oindica sin error. en la paridad par un I indica error y un O indica sin error. La \'entaja priocipal de la paridad es su seoc illel.. La dc:s\'cmajo es que cuando se reciben ,'arios bits equivocados. podrfa no detectarlos el comprobador de paridad; es Ikcir. si cnmbian las condici0ne5lgicas de dos bits, la paridad queda igual. En oonsecucocia.la paridad. dentro de un

tiempo prolongado, slo detecumi tl 50% de los CIIoteS de U'OUIsmisin: para eslO se supone que hay prob

+ ...'1 + x' + Jl

siendo.! - 1.La cantidad de bits en el cdigo eRe es igual al mximo exponente del polinomio gene.

rador. Los exponentes identifican las posiciones de bit que contienen un l. En consecuencia. b,6b u. b, Y bu SQn unos. y Ia.~ dcmlis posiciollCs de bit son cero. La fig. 136 mucstr:l el diagrnma de bloques de un circuilo para gencrnr una BeS de CRC-6. para la norma CCITI V.41 . Nlese que para cad3 posicin de bit dd polinomio g~nc rndor. donde hay un l. se pone una compuerlD XOR. excepto para.!.Eemplo 1 3-2Detmnlnar la BeS patlIlos ,iguicotes datos y polinomiOl gc:nel1Klores e RedalosG(sI-.rl+x'+x~+r+x'+X'

010 11011.

e Re /'(,() -

x' + x' + x' +1' or 110011

SoluciOn Primero.w: mul1iplica G(x) por la C80tidad de bits en el cdigo

eR que es j. e.

r(.r.' +r + x~ + + x' +?)A continlUlCiII el rcsultlldo!le d~tlc entre 1"(.1").

- x'~

+ x,Q+x +x' +i' +x"

'" 10 1] O11100000

La eR !le Di"'I' e

11010111 110011 I 1 011011100000 110011 111101 110011 111 010 11 0011 100100 110011 101110 110011 111010 110011 01001 C RC los datos par.l producir la siguiente C(IfI'icnte de datos tr.msmitKlos G(x) CRC 101101" 01001

540

capitulo 13

En el receplOf, los datos transmitidos se vuelven a dividir entre P(~)."0011 110011 111101 11 00 11 111010 110011 10 0110 11 001 1 101010 11 0011 ,'00,1 11 00 11 000000

Residuo - O No hubo elTOl"

Co eccOn de erroresEn esencia. hay tres mtlodos par1!I comgir e.......-es: 5uslitudn de smbolo, reUlillsmisin y rorrecdfl de error en avance.Sustitucin de smbolo. La slUtiluci" de simb% se dise para usarse en ambien tes humanos, cuando hay un ser humano en la terminal de recepcin, que analice los datos recibidos y tome de.

C_ Vdocidad mina con ""dladotto. de ruIrctor abitno Veklcidld mbinaron udUlf.klres t~.oo

"'m

2 m ml.JcirnoCl~ta,

"

N tcrml.we.

2"~.

IMBI'!

TABLA 13-12 OjsposiriYos EEE 468Oidn ~n el """'" de: 1nC".... S6Io punk haber UII ronlrultolU al mi>mo titmpo. Mandil datOS por el bus lorI ~Iw. Slo puede haber un usuario ala , '(l.. Reciben dalos del uJUario. l'\w:den haber muc;OOs ncuo:has. Todos los diS(lIlbliea conmutada. esto es. cURlquier servicio asociado a un numero telefnico. Los serv icios de I[nea privada e.s1ll dedicados a un solo usuario.

Red DDD La red DDD. llamada con frecueocia rrd ro nmU{/Ilfll u fl'd de mllrcar impone fuenes limitaciones que se deben superol/" para poderla usaren comunicacin de datos, Es con\eniente tener una comprensin bsica del funcionamiento elctrico de la red telefnica, La red DOD se puede dividir en cuatro secciones principales: instrumentos, matrices de coomutacin. lazos locales y circuitos troncales. Un ;nsmllnl'IIIO es el dispositi\o que se usa para originar y rec ibir sei'lales. como puede ser un tdfollO. El instrumento se llama con frecuencin l'quifH.dl' t'J"lOci&!. yellugar de l instrumento se llama l'.Jllldll. Una motriz dt COltmUltlriII es una matriz programada que proporciona una trayectoria tempornl de seal. Un la:o loclIl es la trayectoria de transmi sin dedicada entre un instrumento y la matri z de conmutacin ms cercana. Un rirr:u jfl) Iltm cnl es una trayectoria de transmisin ent re dos ITUItriceS de conmutacin. Las matrices de con mutacin estn en las oficinllS centrales de Telco y se clasifican como locales. de dos secciOflC's o suburbanas, Una matriz de conmutacin f(JC(11 da servicio a un rea limitada. El tamaoo del 4re:t queda dctenni nado por la cantidad de telfonos que se necesi ten o se deseen en dett rminada zona geogrfica. Telco llama centr-.t1 de n:a n esas reas. Una central de :irea es una matriz de

566

capitulo 13

Troncal"

en,

oficln'l

T,O",,",,"

,andl1n

WOIIoca,"

T.onctleloflcjn. .

'"~

AGURA 13-23 Sistema telelOr';"'" pUblico mosuilndo el USO de un intem.Ipc.or en dos r.erriooes pare fllClitar Las ae.1T'I8d8s intenon8lea

la sellal por la mauiz de: conmutacin se mantiene mienir.i!l ambos lazos estn cerrados. Cuando IIlguoo de: Jos instr\l.melllOS pasa a colgado. se intelTUmpe la lr.Iyct'toria de: la seal. Y si los numcros llamador y llamado no reciben servicio de la misma matri7. de conmu tacin? En gelleral. unll comunidad slo tielle servicio de una sola compallfu telcrnica loc,l. La comunidad se divide en 'lonas: cllda l'.ona recibe servicio de una matriz de conmutacin distinta. La cantidad de zonas establecidas en de:tcnninadn comunidad queda detcnninada por la can tidad de estaciones las que: se da servicio y de su densidad. Si un suscriptor de una zona desea llamar a una estacin en 0Ir.!. zona. se requiere un mnimo de dos matrices de: conmutacin. La estacin ll amadora recibe supervisin de descolgado. Y lo~ pulsos de mareado se producen ro100 se describi arriba. La matril de conm utacin en la lOna lIumadorn reconoce que el prefijo del numero telefnieo e$hi servido por otro malrizde conmutacin. Hay dos rormas con las que: pordc completar la llamada la matriz scrvidor-J de conmutacin. Puede locali1N un circuito troncal directo (entre oficinas) hasta la mulri7. de conmuu.cin de la 7.Ona de destino. o puede encau7.3J' la llamada por un intclTU ptOf de dos secciones. Un ;/IIcrnlpror d~ fos scion~s es el interruplOt del intcnu plOf. Es una matriz de eonmutacin para interconectar matrices de: conmutacin. l..o!i circuitos troncales que tcnnin:m en intclTUplOI\'S en dos secciones se usan para interconectar Las matrices de conmutacin. l..o!i circuitos troncales que terminnn en los inlClTUptoreli de dos secciones se llaman Ironca/fIS ~n dos scccionflS. o tronca/u ~n tnd~m. En el caso normal. slo hay circuitos troncales dim:t05 cntre 7.OfIUS adyllCCnIC5. Si una llamada debe: pasar a tr.wb de: ms de una 7.onll. 5e debe usar un intcnuptor de dos sca:iortCS (vea la lig. 1323). Si no hay troncales directas entre las matrices de conmulacin de origen y de trmino. y si no hay un inlelTU plOf comn de dos secciones. l:t llamada se clasifica como l/limado suburbanfl y no se puede com' pletar ud como se mare. Las llamadas suburb:tnns implicDll cuotas adiciona les. y el nmero marcado debe: eslllf precedido de un "1".

5

capitula 13

C..,,,o'-olofuol

CI...1

'-o1oN1

"""'

c'm,o

Ptlma,1o

c.n!'o

: ___

--

~~&- ... -

. ,~.~;()I\

_ -

----- ----

---\

! '.!.. ,,!!,!.o;ec~ _(~ ~~

__ _______ _

CIa..

Inl.rutbano

c...t,o

FIGURA 13-24 JO' erquill de COOIl"It4BCiolol de tB'efo.1Ia piob!ir:s. mOSU'lIllOO lIIgooos opr:;itfll;ia) en relacin c;an 1()).I lb

eOiWJnin por KUrdo de cn"oh'cntc

"" ...,BiJito

AcondicioaanIlcnlo

.

Inteo'alode frecllCflCw (H;c)

-

Imnvalode

\'ari~

(dB)

r=umoi.lJ (Hz)800-26001006-2-100 800-,'"

e,el

C3 (Unea de

I00-"'" 3OO-JOOO I 2-100 300-,"" ""-JOOO >00-"'" 3OO-JOOO e' 3OO-JOOO >00-""" >00-"'" 3OO-JOOO()(lO...

,,,'

+2. - 8 +31 - 12 + 11 - ) +21-6 +3. - 12 + 1. - ) + 2. - 6+ .~I-I-'

(('.),2600

>00-,"" 10))..2600""'1000-2600

..,.,.,.

"'" ,oro "'"JOOO

'lOO

""""lOO

+ .81-3 +-,.-1 - .81 - 2 +2&-) + 2. - 6

""'" >00-""" .".,.,.>oo-,oro .".,oro .".JOOO >oo-JOOO

,,,

>oo-JOOO

""-,,'"

1000-2600

JOOO

.. ,...,. ""'00

ro "" .. ""

>oo-,m 3OO-JOOO

+-'. - 1-' + 1. - 3

1000-2600

.".,.,. >00-,,,

Hay cinco cla.sificaciones en el acondicionamiento lipo C;

l. C 1 y O. acerca de circuilos de dos ptlnlOS y mullipunlOS. 2. C4. acerca de circuilos de dos puntos y arreglos de mullipunl05 con un mximo de tua 1m lugares de C5locin. 3. Las especificaciones C5 slo son pana circuil05 de dos pum05. 4. El acondicionamicnlo C3 es para Uneas de acceso y circuilOS troncalcs asociados COI1 rede.lI conmu tadas pri vlldas. privadas 50Il sislema.s lelernicos dedicados 11 un solo cliente. por lo general. con una gran cantidad de estaciones. Un ejemplo sea el de una gran empresa con ofICinas y complejos en disli ntos lugares geogrficos. con inWllacin local de centrales de abonado (PBX) en cada lugar. Una PBX es una malril de conmutacin de baja capacidad. donde los suscrixores se limilan. en general. a estaciones de ntro del mismo contplejo de const~ione5. Par.! inlerronect:lf las P8X se: requieren lneas de ~de uso comn y circuitos troocales. Slo son comunes para 10$ suscrixon:s de la red privada. y no parv toda la red telernica pblica. La tabla 13-14 muestra los dh'ersos Ifmites eslablecidos por las disti ntas clases de acondicionamiento tipo C. pi .... 1m distOtllin por Iten uliCin y por retardo de en"OIVenle. La.~ figs. 13-29 a 1333 lienen una represcnlacin grfica de algunos de los Ifmites del parmetroancho de banda. Las redes conmutadas

Los limites de dislorsin por Ulenuacin paru un canal bsiro 3002 requicren que la ganancia del ein:uilo a cualquier frecuencia entre 500 y 2500 Hz IIQ 5CII mayor qllC 2 dB mayO!' que la ganancia del circuito a 1004 Hz. y no mCflOS de 3 dB de la ganancia del cireuilo a 1004 Hz (\.~a.sc: In lig. 1329). Pata la disoo;ioo por olenuxioo. siemp: se: lisa la ganancia del circuito a 1004 Hz como referencia. T1I.!TIbin, denlm de las bandas de fra:uc:ncia de JOO a 499 Hz. y de 2501 a J(O) Hz. la ganancia del eim.itO no debe se:r m.s de 3 dB mayor ni menos de 12 dO menor de la ganancia a 1004 Ut.Comul'\lcaci6n ele datos

Distorrw" por attll lUU!i6,. J acotUiidotl4mitlllo tipo e

575

+2118

""1 -

'"

-uFIGURA 13-29 PI PP1CM:O'i QI fice de los ~ de dip'\) iSll por 8tenc.'BCiI, en un ~fllII btrsk:o 3C02

.,

t I1.cin en un ceoeI con

"

FIGURA 13-30 Repreppn(8C1fl jI6Iica de loe Imites de djst"'-ail, por atenu&. . . C2

576

capitulo 13

+ ]dB +Z dB .. 1 dB

oo.

",

- ldB

- Ida

- 12 dB

5updtpo #cI, da las fig\raa ' 3-29 Y '3-30 para darnoiltl ar los requisitos mili' l' ictos impIJestos por el ac:ondicionIImiento C2

~ 13-31

i ~

,

j

, , , , , , , , , , ,

~

"

. ,"

, ,

"

o

",limites pera al,fIUO

FIGURA 13-32 p, E ,(acit, grlIfica da 108 vente en un C8Il6I bsico 3002

do da eflllOl.

Comunicacin de datos

,

577

Por definicin, 1:1 rel.mlo de I:lwolVl:otl: es

I~

primc:ra derivlldll de 111 faSl: con respc:c1o ad$(Id)

la frecul:ncia: ret ardo de envoh'ente -

d.

En realidad. el retardo de envoh'ente Slo se aproxima. eso sr bastante. a df/dv.', Las mediciooes de mardo de envol\'ente 00 evalan I:u rnructeristkas reales de fase en fuocin de frectJl:ocia. sioo m5 bien la fase de una onda, que es la resultante de una banda angosta de frecuencias. E5 un error conu!n confundir la distorsin real de fase (lIamllda Illmbi61 distorsin por retardo) con la distorsin por retardo de envoh-ente (EDD. por ~1~/0fN dtlaydiJlortion). El rtranJo dt tm'Oll'('nItes el tiempo necesario para propagar un cambio en una en\'Olventl: deAM a uavts de un medio de InUIsmisin. P:trn medir el rcwdo de envolvente se transmite una portadora de amplitud roodu lftda de banda ftngosta. cuya frecuencia se varfa dentro de la banda til de VOl., (La tasa de modulacin AM nonnaImenle es de 25 a 100 Uz.) En el .c:ceplor se miden las variaciones de fase de las envolventes de baja frecuencia, La diferencia de fases a las diversaJ frecumcias de portado111 es la dislorsiII por ftlaroo dt tm'OII'tntt, La frecuencia de ponadonl que produce el n:latdo mfninM> de en\'Ol\'enlC SI: es.tablecc como referencia y se normaliza a cero, Por consiguic ser mayor que 100 ms. locua! nocs uficiente pan! causar problemas, En consecuencia se miden valores relativOS, y no absolutos, del retardo de la envolvente. Para el ejemplo IIlItCriOf. siempre que las pnlebns EOO den como resultado valotes re lati,'os menores que + 1750 115, el cirruilO est dentro de los limites aceptados,

Parimrlms de ntt lfo. Las dos COfIsiderxiones principales de los parmetros de intcaz son:l. Proteccin el6:triea de la red elefnica y de~u

personal

2. Normali7.llcin de los arreglos de diseilo.A coninuI!ICi!lsc re.sumir.ln esu consideT1lCiooes. Las impedancias del equipo de c51acin deben ser 600 n resistivos sobre la banda til de VOl. , Y el eq uipo de estacin debe estar aislado de tieml por un rnlnimo de 20 Mn en cd y kO en ca. El circuito telernico ~sico para gn-

.so

do de \ 'Ol. es un canal 3002; tiene un ancbo de banda dtil de JOO Hl. a JOOO H.l.. La ganancia de circuito a JO()() Hl. es J dB menor que la potencia de seilal en banda alpccifieada. La gal\lU1Cia 14 kH7. debe ser cuando menos 15 dB menOf que la ganancia a 3 kHl., La potencia mxima de sci\altransmitida para un cireuito de linea privada al Odam. La potencia de sella! transmitida paI1I circuitos de marcar 5C establece paI1I cada luo, paI1I que la seilal se rttiba en la oficina !:en11111 de Telco 1 -12 dBm.

Comunicaci6n de datoll

579

o

-.. lS

- -" " o

- lO

~

-"-00

Los parmetros de 13. instalacin representan deterioros potenciale$ de la iCi\al de datos. EsIOS deterioros los causa el equipo de Telco, y los limites especificados pertenecen a lodos los circuitos de banda de VOl. independientemente de 5 11 acondiPlni.melros de 111 Instalacin.ciOflllmicIlto.V","",i6n Q 10tH 11;. Tclco h~ eSlablecidoque 1004 tl z csla r~eue llCa piltro" para 1 0llO de prueba. Se seleional'On 1()04 H1. por su ubicacin relativa en la pasabanda de 1m c: ireui10 nonnal de banda de \ 'Ol. El objeto de este 10no de prueba es simul ar la potencia de la sella] combinada. de una transmisin ooonal de bunda de \'01.. La prditb en canal de 1004 Hz. para un circuito de (oca pri vllda. es 16 dB. Un tono de prueba de 1004 H1.. IIplicl\do allJW) local de IrlUlsmi tir y a O dBm. debe aparecer en la salida dcllll7.o del deslioo a - 16 d Bm. Las \'lIriaciones a largo pl:'.o de la ganancia de hu instaJaciooes de tl'llllsmisi6n 00 deben salirse de : 4 d8; la potencia de la sellal recibida debe estar entre los ICmites de - 12 a 200 dBm.

El ruido se puede definir. ~n general. como tOOll cnergll indcsellble presente en lo. pasbanda !il de un canlll de comunic3Cioncs. El ruido puede ser COI'TelaciOllaOO (1 no correIxionado. CurrrlllcitJn es una relacin entre la se.~al y el ruido. El ru ido no com:lac:ionadocs la encrgfa que Iiay. como por ejemplo el ruido tnni co. en ausencia de una sella!. El ruido correlacionado es enerfa no deseada tlue se presenta como re$ultodo directo de la se~lll. como po!"" ejemplo. la distorsin no lineal. Pondt rru/o dtl ",ido. La inte rferencia de una scl\al porcl ru ido se clll5ifica en tnn inos de molestia y de inteligibilidad. El rui do puede ser molcsto al escucha. pero no al grado de no poder comprender la cOI1\'ersacin. En Weslem Elcclrie Company se hiciefOfl uperiment05 en 1 que sc pidi a varios grupos de escuchas calificar la molestia causada por 14 distintas freo 05 ellC!lCi:s :udiblcs. entre 180 y 3500 H~. E.!;tas fm:ucncia.s fueron prcscntOOas a los t'5Cuchas 11. tra\'6; de un tc l~fono nonnal. tipo sao (105 antigu05 de discado. de los a~I(5). los escuchas primero comparuron la molestia en cada rm:uencia con la molestia de una frecuencia de refe rencia de 1000 Hl~ sin potencia de VOl.. A continuacin. se repitieron los mismos eXperi ment05 con convCI"$IICwn $imu1t4nell. Se promediaron y ali$llfQn los resu ltados de IIIS dos pruc:blIs. y I\c: OOcll\'O la c,.rwl dI' fJOIldulIcitJn dt mtfl.Uljt.C. Esta curva se ve en la lig. 13-34.Ruido.

580

Capitulo 13

0 TLf'O d 8 m - - - - - - - - - -,

---------

- I S dB

\

v~ _ I ad8m

_ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ - - - - - - - - - -

-1 3 dt:dicado di: ~ Tranunilin de ~Iti Cui en titmpo mil

So: dmt ......

IoIIM~mrto

So: cotable ruta para 1 el 000 jo RNrdo do prqwao:i6n do llamada So:/Ial do oo;upldo w oo;up3da nIt 1. parle llo:mad.oPuede lUCedtr un bloqueo

So: ntobla'ionaln en redes pIlblQ de: dat~ F son inmunes 1:11110:1 la inlerferencia electromagntica como a la interferencia por radiofra:uencia. La lopoIogfa fsica de las FDDI se presUl patUlcner un ~iSh:ma nW confiablc, porql.lC est:'i oompuesUl de dos Millos separados: uno primario y uno de respaldo, La lopologfa que se usa con la FDDI es confi guradn de anillo doble (contratTOlatorio doble) como se ve en la fig . 1426. Uno de los anillos es el anillo primario y el 00'0 es el an illo sumwrio. Los dalos se propagan en tomo a los dos anillos, en djm:done~ COl1lrarias" Bajo lus condiciorlC$ nomlales de funcionamienlo, Slo el anillo prirn:uio c:ooduce dalOS. y el secundario se reservacomo reserva. y slo se usa si fall:l cl prirn:uio. Como I:n la noffiUI, IEEE 802, la FDDI UIQ pt.M: tic: ' '''ligo como n1t10d0 de 101.=,;0. Sin I: mb;uu, hay varias diferencias enlre las dos t::nicas, y se prelcooe que la FDDI aproveche la ventaja de: su ;anillo de a1U1 ,'elocidad patUII\lUimi1.llf la eficieneia.Nodos FDDI Las redes LAN con FDDI pueden lencr hasla sao nodos separados p ola I-'jui..u,.)

A ,)

,......,

o o o o

e o x1

in!onta"1.b

I~

o

x

~~

u

h I

~ ~ u

.

.;

o

~:l x

x

-------~-------------

-.,o

!!

o

t o-

~

~ u~ u.~

, , .; ]

'6

!' .' x

H

>

H i~ ~l.~

~~

~

f

J' -1

i' .1

H .w51~~

~.

-,

,~~

,

n -.

.'' . .,~~

'!

1

~

-

I

.

~ ~ 1 ~~ &:! ...... _:!

o

~

H

,.

"

'J J, de: bIlnd.a rK.'CCurio pan! la tranmisin. la facilidad con la que ~ puede cx.lraer un reloj de: ella, la facilidadEl~Iodo

de decodificarla. el nivel promedio de cd, y si cuenhl con un rnttodo conveniente p:u1I extraer

cnorcs.

Consideraciones de ancho de banda Para determinar el ancho mnimo de banda nesario paI1I propagar una seMi codlr... wtp en lInea.se debe d(:temlnar L mayor frecuencia fundamcnlal asociada con ella (v~ase la rig. 16-16). Lo a frecuencia fundamental mbilTlll se dc1amino con el peor de los casos (tt:msici6n rrnU rnpidal de secuencia de bits. En UPNRZ la condicin del peor de lO!! CIlSOl es unll rrrcuencill de 1/0

Multiplexado

733

M u ...... doo ''''''PO

Muhlptuor 4 . I~

Enltatt.. loA BXX

1,

t~

e o

---

XX XX XX

---

XX XX XXAncho doo 1M~~'~II .. ~::dltildo

M uhipluldo por d"'~ llo. o::n fOfTl\il d inmku. m\lo::liCas do:: tiempo segtln la demamia. Asf como en el mult iplexO!' de un sistema mM slncrono, un multipleor estadlstico tiene una cantidad finiUl de lneas de datos de baja \'elocidad y una lnea de salida de alta velocidad. de: datos multiplexados, y ca da Unea de entr..da tiene su propia memoria o OOfer. F..n el nlUlti llleXOl' esUl!Uslico hay n lneas de entrntla. pero slo hay k nlUc:seas de: tiempo disponibles dentro de la tnUl1!l TDM (siendo k < n). El multipl exor recOl,e las memorias de entrada y colecta datos hasta llenar una trama. y en ese momento se trnnsmite In trama. En el exu-emo receptor ~ lo mismo: hay nls lineas de salida que muescas de tie mpo dentro de la truma TOM. El demultiplexor sac;:n los datos de las mueseas de .iempo y los dislribuye a sus memorias correspoodientC$ de salida. La mM estadstica apro\'ccha que los disposi th'os conectados a las e ntradas 'j salidas 00 tronsmi.en ni recihc:n toda.~ todo d tiempo. y que 13 frecuencia de datos de la Hllea multiplexada es menot que las frecue ncias eombinadas de datos de los dispositivos eonec'OOos. En otras palabras, un multi plexor eSl3d fstico TDM requ iere menor \'docidod de dalOS que la que necesita un multiplexor sncrono para dar servicio a la misma cant idad de d isposit i\'Os de ennuda. Tambit!n, un muhiple,xoresladfs.icoTI)M que funciona a la mis ma \'elocidad de transmi sin que uno mM puede dar servicio a ms di spositivos. La fig. 16-22 muestro una eompnrocin en tre TOM estadlstica y slnerona. Se muestran cuatro fuentes de dalOS. A. B. C Y O. YCU:lII'O mUCSCaJ de lil:mpo o ~as, I , ,'z Y t ) , El mult pleJtor !fncrono tiene: una frecuencia de: salida de datos igual a CUlltro \'O!XS la frecUl"neia de datos de cada uno de: los canales de entrudu. Dumo'e cada trama, los datos se colectan de las cuatro fuenles. Y!le Ir:\fIsmilen ~i n imponarsi hay o no datos de entmda. Como se ,'e en la figura. duranle la mllC:iCa de t~mpo Ir). los canalcsC y O no lenlan daTOS de entrada. y se produjo una trama TD M transmitida s in infonnac in. en las muescas de tiempo C y D. Sin embafllO. e n el multiplexor estadlstico 1'10 se transmiten las muescas de tiempo voclas. As!. durante la primen. mueSC!l de

'o-

742

Capitulo 18

8.lno;Ie cM Inicio

C.mPOcM

Com",

d l. eocI6n de control

""'" di,.,;dn

'"

Iongi!W

. ""'" .

,.,

Subt...... T'OM _tdr.tla

Com", B.nde

""...Com",

fin.1

Co_

c.m", c.m","'~

"'~

i.eocI6n longitud

'"

.. .

lb'

'o,FIGURA 16-23FormmD de tl'8I11II en 10M estBdI!;tica: e) tr8ITI8 general 10M est8di5Uc8: (b) UIl8 fuente por ti ame; [c)lIIW'ias fuentes por tram8

tie mpo slo se transmite inronnacin de los canal es A y B. Sin embargo. una des ventaja dd fonnato estadEstiooesqoe se pierde el signifICado posicional de las m~as de tiempo. No hay forma de conocer por adelantado cules canales de datos estndn en cul muesca de tie mpo. Como los datos llegan y son distribuidos en forma impn:dccible en las memorias de recepcin. es rlCcenria la infOffilacin de direcci n IXlra asegurar la entrega adecuada. Para eso se necesitan ms indirectos por muesca de tiempo con TDM esutdlstica. porque cada ranura debe contener una direccin. ooems de los datos. El formato de ttama que us.a un multiplexor estadlstico tiene un impacto directo sobre ID diciencia del sistema. Es obvio que se desea minimizar los indirectos par.! JTM:jorur la capacidad de datos. En el caso normal. un sisrema TDM C'S!!l(lIstioo usa un protocolo slncrono, como el HOLC. Se deben inclu ir los bits de control paro d mulliplcxado en la lroma HOLC. La fig. 16-23a muestra el formato general de trama pan un multiplexor esloofstico TOM. La lig. 16-23b m uestra la trama cuando slo tran smite una fuente de datos . El dispositivo transmi.wr se identifica con una direccin. La 10ngilUd del campo de datos es variable. y slo se limita por la longitud de la tnlma. Este tsquemu funcioo:l bien cuaodo la carga es Iigcn.. pero es muy incfJCicnte cuando las cargas son grancks. La fig. 1623c muestra una forma de mejorar la eficiencia. penniticn. do incluir ms de una fuente de datos dentro de una 10Ia tnlma. Sin embargo. cuando hay varias fuentes. es necesario alg n medio de especifi car la longitLKI de la corriente de datOS de cada fuente. En consecuencia, la muna Clitadlstica consiste en secuencias de campos de tbtos idcntirtcados COIl una direccin y una cuenta de bits. Hl1y vari as t&:nicas con las qu.e se puede mejorar la efi ciencia. El campo de direccin se puede acortar usando un esquema de direccionamiento relati vo. en el que cada direccin Clipccifica la posicin de la fuente actual. en rel DCin con la fuenle tnlnsmititb anteriormente. mdulo la cantidad total de fuentes. Con direccionam iento relat\o. un campo de direccin de ocho bits se puede reemplllZlll" por uno de cuatro bi ts. Otro rnttodo de refinar la trama es usar una etiqueta de dos bits COI! el campo de longitud. Los valores binarios OO. 01 . 10 Y 11 corresponden a un campo de datos de 1.2 o 3 bits. y no se necesita campo de longi tud. El cdigo 11 indica que se incluye un campo de long itud.

MULTIPLEXADO POR DMSION DE FRECUENCIAEn el m14lliple.wdo por dil'jsi611 dI.' [rtC14l.'ncW (FDM. de !rtqlU'nry.di,ision muflipluil1g). se convierte cada fuente de. V1lria.~ que origi nalmente oculXlban el mismo espectro de. frecuem:ias.a una banda di~linla de frecuenci as. y $e lransmitc en formn ~ jmultncll por un 11010 med io de tronsmi si6n. AsI $e pueden transmitir muchos canales de banda relativamente angasla por un solo sistema de transmisin de banda ancha. El FDM es un esquema anlogo de multipleudo; la informacin que entra I un sistema FDM es analgica y pennanece analgica durante su transmisin. Un ejemplo de FDM es la banda comercial de AM. que ocupa un espectro de f~ellCias de 535 a 1605 kHz. Cada estacin tiene una seftal de informacin con un ancho de banda de O a 5 k:Hz. Si se tnnsmitier.l el aud io de cada estacin con el espectro original de rrccoencias. seria imposible separar una estacin de las dems. En lugar de ello. CIlda eslllCin modula por amplilud una f~encia distinta de portadora, Yproduce una seft.al de doble banda IlIteral de 10 k:Hz. Como lu frecuencias de las M ultipltllledo

7 43

e .... 11~

e.n.12

e..,.13,~

M'

...

e.n. I "

la' IS7S

e .... I IOS

C. ... I lOO,~

C....1107

,y,J

""

...

V \\EttICin 1 f... $.t(I kHI

tiEtIflCin 107 le" 1&00 kH.l

EotlCiOn 2 fe" S50 k,H.

EIIKln 3'e .. 15050 UiL

E.tlCiOn lOO le" 1590 kltl

FIGURA 16-24 Mutipkwldo por divi&i ~i de frecuenciII en ast..dt:slI comon:ielell de f00-26'10

S S

657S-687S 6InS-7 IlS 72S0-n50

"',..."

10700--11 700 12100-12100 I 2700-129S01~ 1 3200

,.......

e e e e e eX X X

14400-I S2XI 17700-19300j9(lO().42000

""""-

""'"

" " " , "Q V V

SOOO()..51000,.."..,.,.,

mOOernns. romo la modll]lICin por conllluUK:in de fase (PSK ) o por amplitud (QAM).

en c uadratura

VENTAJAS DE LAS RADIOCOMUNICACIONES POR MICROONDASLos radios de microondns propagan sei\ales a lra\'~ de la atmsfera temstre. entre transmi sores y receptores que con frecuenci a estn en la punlll de torres a distancins de 15 a 30 mi1Jll.~. As. los sistemns de nulio de microomlns tienen la ventaj a obvia de conlllT CQII capacidad de llevar miles de ca nales indi,'idua1es de infonn.'lC in e ntre dos pumos. s in necesidad de instal3ciooC!l fI sicas. como cablC!l coaxiales o libras pticas. As. claro est, se evila la necesidad de adquirir derechos de ,fa a tra" is de propied:tdes privadas. Adems, las ondas de radio se adaptan mejor paro SOIIVlIl" grundC!l extensiones de agua. montaas altas o lefTC nos muy OOscosos que CQllSlituyen form idables barreras para los sislemas de cable. EnLU las " entajas del rudio de microondas estn 1lL.~ siguientes:

l . Los sistemas de rndio no nttesi tan adqu isiciones eJe derecho de \'a e nlre estaciones. 2. Cada C!llllCin requiere la compro o alquiler de slo una pequei\a extensin de tcm:no. J. Por sus grandes frecucrtCias de operacin. los sistemas de radi o de microonda!; pueden llevar grundes cantidodes de infoml3Cin. 4. Las frecuencias altas equil'Dlcn a longillldes con as de Ortda. que requieren antenas re lalivamente pequeas. S. Las seales de radio se propagan con mds (acilidac.l en tomo n obstculos flsicos, por ejemplo. a travb eJel agua o ~as montaas altas. 6. Para la amplificac in se requieren me nos repetidonu. 7. Las distancias entre los centros de conmuUlCill son menore.~,

762

capItUlo 17

Los generadoo:,s de microoodas consisten en un oscilador de cristal scguido ~ una serie de multi plicadora de frecuencia. Por ejemplo. un oscilador de cristal de 125 MH7. segnido por una serie de multiplicadores. con factor combinado de multiplicacin igual a 48. sc podrCa usar para una fnx:uencia de pot1lIdora de microondas de 6 GHz. La red combinadool de cllnales proporciona un medio de conectar mlis de un transmisor de microondas a una sola linea de transmi~ i6n que alimente a la Ilfltena.

Radiorreceptor de microondas de FMEn el rndioilu:el'tor de microondas de FM que se ve en la fig. 17-lb. la red separadora de cllflales proporciona el aislamiento y el filtrado ~5arios parn scparr cllflale! de microoodas indi o

vidualc:5. y dirigirlos hacia sus respectivos ru:cptores. El filtro pasaband.:Is. el meu:lador AM y el oscilador dc microond:u bajlUl las frecuencias desde las RF de microoodas hasta las FI. y las pasan al desmodulador FM. Este desmodulador es un detector convencional. no cohrrrnlr de FM (es decir. un discriminador o un desmodu lador PLL). A la salida de l detector de FM. una red de denfasis restaura la sedal de banda base a sus caractersticas originales de ampli tud en funcin de la frecuencia.

RADIO REPETIDORAS DE MICROONDAS DE FMLa diSlllncia adm isible en~ un transmisor de: nlicroondas de: FM Ysu !\!Cepto!" asociado depende

de mochas variables del sislCmtL por ejemplo. de la potencia de uJida del lr.In.~misor. umbr.IJ de ruido del receptor. terreno. condiciones Illmosf6icas. capacidad del sistema. objeth"OS de confiobilidad y cXpol.'tIltivas de efIciencia. Normalmente. esa distancia es de IS a 40 millas (23 1164 km). Los 'liteTlUl.~ de mklOondas de IIII"gIl di~tancia salvan dislIlnCias mucho mayon:s. En consecuc:nda.. un sistema de microondas de un solo !alto. romoel de la lig. 17- 1. es inadecuado en la mayora de las aplicaciones prcticas. En sistemas con ms de 40 millas. o cuando hay ob!;i1UCeiones geogrficas. como una montai'la.. en la trayectoria de transmisin. se necesitan rrfHlidortu. Una repetidora de mi croondas e.~ un receptor y un transmisor insutladO! espalda con espalda. o en Idndtm con el sistema. En la rig. 17-2 se muestra un diagrama simplificado de bloques de una repetidora de microondas. La estacin repetidora ~ibe una seal. la amplifICa y la reconfoona. y a continuacin la retran$mite hacia la ~iguiente repetidor.. Oestacin recc:ptOn. El lugar de las repetidoras intennc:dias depende mocho de la naturtlle:t.ll dcllem:no entre ellas y el que les rodea. En la planeacin preliminar de la rota se suele suponer que las mM son relativamente planas. y quc las longitudes de los tl"lllllOli (~I tos) trndrn un promedio de 2S a 35 millas. entre estaciones. En un tem:no relati vamente plano. si se aumenta la longitud del tr.I.ntO ser necesario aumentar las IIltUras de las torres de amena. De igual modo entran en el proceso de 5eleccill la poIeneia de salida del tnmsmiwr y de la amena. La diSlaneia eXlCta sc detc:nnina principalmente por la falta de obstculos en la Irnc:a de vi$ta y por la inteOllidad de la sellal recibida. Cuando las fru:uencia~!IOn mayore~ de 10 GHz. la plu viosidad local tambio!:n podra tener una gran infl uencia sobre la longitud de trayectoria. Sin embargo. en todos los casos se deben usar trayu:torias tan horilOfl taJes como sea posible. Adems. se debe tener en cuenta la posibilidad de inte erencia. sea inlerna o eKtema.

El'llr.o.

7- r-

...

"

. ........Tr.n""*,,

"

"

. I ." ""'......RI:' P'OIcN

" " ."

'"

T,.nami..,.

....ic>oond.'

FlGURA 17--2.

Rapatidora da mio oondas

Radiocomunicaciones por mtcroonda8 y ganancia dal aiatama

765

,r_ _ A___Do ,.anlenlAmpl ifi eador de FI

Re a la entrada de: un receptor que produzca una salida Iltil de banda base.c: llama umbral del rc:u: plor. o a veces ufUjbiUJmj del receptor, Este umbral del receptor depende de lu potencia del ruido de banda .ncha prc:sente: en la entrada de un receptor, c:I ruido introducido denuo del reccplor y de la sel\liibilidad de l detector de banda base al rodo. Antes de podercakular se debe detenninar la potencia de roido en la entnda. Esa palencia es

e.......

N - KTBRadlocomunicacioflltS

por mi ... oondes y ganancia del sistema

785

relocin de seal a ruido en la entnlda ... F= ' 6 ". I d I I ' ~ _ (comorel!lC.n ad llTltns,onal) (17.7a) re oc. n uc sena a nl1 o en a 58 IUI.IEl fndice de ruido es slo el raclor de ruido expre:sado en dO. y es un par.1metm de uso frecuente para indicar la calidad de un rtteptor. La ecuacin de definicin del fI\dice de ruido es NF =O I relaci n de seal a ruido en In eOlrada ti J og relacin de seal a ruido en la salida ( B) ( 17-7b)

.".

NF " lO logF

( 17. 7c)

En esencia, el ndice de ruido indita cutinlose dcleriO la relacin de seal a ruido al proI1l p.ag~ una onda desde la entrada IulsID la salida de un cireuilo. Por ejem plo. un amplificador

con ndice de roido de 6 dB quiere dCi; ir que la relacin de sellal a ruido e n su salida es 6 dO menor que la que era en su cntrnda. Si un circui to fuera perfecto y no agregara ms ruido a la scllaJ. la relllCifl de seal a mido a la salida seria igual 11 la de 11. enlrnda. Para un circuilo perrecto y si n ruido, el factor de ruido es 1 yel Indice de roido es O dB. Uo circuito electrnico amplifica las selialts y el ruido por igual. dentro de su banda "".

same. Por [o tanto. si c:I amplificador es idcal 'J sin ruido. [a sellal 'J el ruido en la entrada se amplifican igual. y la relacin de sedal a ruido en la salida sc:ri igual a la de la entrada. Sin cm bargo. en realidad los amplificadores no son ideales. Por consiguiente. el amplificador il~ga ruido generado internamente a la forma de: onda. y reduce la relacin general de sellal !! ruido. EI l"\lido ms predominante C$ el ruido t~rmico. que se genenl en todos los componentes elktri coso Por consiguiente. todas las redes. amplificadora y sistemas agregan l"\Iido a la sellal y asl reducen la re lacin general de sellal a ruido a medida que la sel\al pas.a por ellos. Cuando se coocclan en cascada dos o ms ampl ificaOOrcs. como se ve en la fig. 17-14. el factorlOlal de ruido es la acu mulacin &:; los factOf"CS individuales. Paro calcular el fllCtorde l"\Iido 100al de varios amplificad0re5 se usa lafdnnu/a de Friiss. que es la siguieme

F ". F +T l

F - I1

A.

+

F - I

A .Al

J

+ 7"';-;C

F - I

A.Ay1.3

( 118)

dood,

- factor tOlal de ruido para 11 amplirltadorcs en cascada - fllClor de ruido. amplificado!" l = factor de l"\Iido. amplificador 2 = factor de ruido. amplificador 3 F~ - fllCtor de l"\IidQ. amplificador n A. - ganancia de potencia. amplificador 1 Al - ganancia de potencia. amplificador 2 AJ - ganancia de potencia. amplificador 3 FT Fl Fl F)

Nlcse que par. usar la frmula de Friiss. se deben convertir los Indices de: ruido a factores de ruido. El dice tOlal de ru ido es

NFn.ara !\'Cibir la u':lnsrni~in de determinadaClilacin I~tn:. Ql:rJ CliUICin IC1'TI:Stn: debe conocer el cdigo de PIl lso de lu primero. I.a figr 19- 11 ml.l($tr.lel diagl11lll:l de bloques de un oodificador y dcrodificadorCO MA. En el codifICador (lig. 19 1111). los dalOS de cnlruda. que puede n ser seales de ban.:!a de \' 01. codi fi cadas por I'CM. (1 datos digitales en bruto. se l1lultipliea por un cdigo de pulso nieo. El cdigo de producto modu la en PSK una porIadora de FI. que su fre una OOf\\'ersin elevadora hasta la RF de transmisin. En ~ I ret"l:ptor (fig. 19- 1l b). la RF tiene rorll'ersin rWuctora hasta la FI. De la FI se n:cupcra una (JOI1aOOrn PSK cohcrenle. Tambin. se adqu iere y usa el cdigo de pulso para sincroni1.1lf al generador de cdigo de la esulcin ret"l:ptora. Tngaseen cuenta que la cstocin re R.,.Una seal de dispersin de cspectro rIO se puede: demodular con eJlaclitud si el n..-ccptor no posee un cin.:uilO que se: ocoplc coo e l gcncrudor de palalxas de