UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA

“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SECCIÓN DE COMUNICACIONES

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES

EN LAS BANDAS DE VHF Y UHFSumario:

1.- Propagación de ondas terrestres sobre tierra plana1.2.- Problemas de la esfericidad de la Tierra

a) Intervalo de visibilidad directab) Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas.c) Radiopropagación sobre filos de cuchillo.

2.- Efecto de la propagación de las ondas troposféricas3.- Atenuación de las ondas de radio en la troposfera4.- Atenuación debida a la vegetación y a los edificios.

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1.- PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA

Cuando las antenas trasmisoras y receptoras están ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede, con garantía, ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra y considerar que las ondas de radio se propagan a lo largo de una superficie plana conductora imperfecta.En estos casos, considerando antenas elevadas, la solución del problema, el cual se reduce a aplicar la ecuación de Maxwell, se complica bastante y la intensidad de campo puede encontrarse mediante los métodos de la óptica geométrica.En la práctica. los trasmisores emplazados en la Tierra usan antenas elevadas que trasmiten en el intervalo de onda corta y ultra corta, siendo típico este uso en el trasmisor de televisión, los trasmisores de VHF, FM, etcétera.

1.2.- Problemas de la esfericidad de la Tierra

a) Intervalo de visibilidad directaLa cuestión crucial del estudio de la propagación en la Tierra real consiste en determinar

si las antenas trasmisoras y receptoras están dentro del intervalo de visibilidad directa entre sí.Si una de las antenas, (la cual la podemos denominar “A”) está elevada y la otra (llamada “B”), se encuentra en la Tierra, como se muestra en la figura 1, el problema se reduce a encontrar la distancia hasta el horizonte visible. Si se establece un radio terrestre de 6,37xl06 km, a partir del triángulo OAC tenemos que:

(Ecuación 1)

donde se han considerado solamente los dos primeros términos de la serie, debido a que la altura h es despreciable en comparación con el radio terrestre.

Figura 1: Parámetros de un enlace de comunicaciones con línea vista.

En todos los casos prácticos el ángulo geocéntrico es muy pequeño y podemos escribir que:

(Ecuación 2)

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Sustituyendo el valor numérico de a y expresando la distancia hasta el horizonte en kilómetro tenemos:

(Ecuación 3)

Nos limitaremos al caso en que la longitud del paso r es menor que la distancia del horizonte.La propagación de ondas terrestres con antenas elevadas (trasmisor y receptor) se muestra en la figura 2. La intensidad de campo total será la suma del rayo directo AB y el reflejado AOB debido a que consideramos la tierra plana.

Figura 2: Parámetros de un enlace de comunicaciones con línea vista con antenas en ambos extremos.

La curvatura de la tierra tendrá dos efectos sobre el radio de propagación, dentro de la visibilidad directa:Dadas las alturas de las antenas transmisoras y receptoras, la trayectoria del rayo directo y el reflejado (su diferencia) será diferente de la calculada sin considerar la curvatura.

La propagación del rayo directo y del reflejado sobre la Tierra esférica se muestra en la figura 2. Si dibujamos un plano MN tangente a la Tierra en el punto de reflexión y medimos las alturas de las antenas a partir de este plano, encontraremos que estas serán menores y las llamaremos h1 y h2. Sustituyendo estos valores para las alturas reales h1 y h2, en la ecuación de Vvedensky encontraremos el valor correcto de la intensidad de campo electromagnético, debido a que el ángulo de elevación del rayo, tanto en la superficie convexa como en el plano tangente, es el mismo.Los cálculos de la intensidad de campo sobre Tierra esférica deben realizarse introduciendo los valores corregidos de las alturas de las antenas.Se puede deducir de la figura 2, que a medida que , el campo resultante tenderá a cero en la ecuación de Vvedensky, siendo esto valido cuando las distancias se hacen comparables con el horizonte. Esto en la Práctica no se cumple. La experiencia demuestra que el campo de la onda terrestre existe a distancias mucho mayores que el horizonte visible.

b) Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas.

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Es frecuente encontrar elevaciones en la trayectoria de propagación. En tales casos las ondas viajarán en presencia obstáculos, aunque las antenas trasmisoras y receptoras estén dentro del intervalo de visibilidad directa.La cuestión radica en que las dimensiones del obstáculo son una función de la longitud de onda . Por tanto, un terreno puede ser considerado plano para las ondas OL (ondas largas) y OM (ondas medias), mientras que esta consideración puede cesar para las ultracortas, cuando los obstáculos presentan dimensiones considerables, como se muestra en la figura 3.

Figura 3: Diagrama de enlace con colinas como obstáculos

A primera vista puede parecer que las ondas de radio se propagan sobre las colinas de la misma forma que en un terreno plano, exceptuando que en vez de un solo rayo llegarán ahora más. Verdaderamente esto no es así, porque el rayo reflejado se forma dentro de la primera zona de Fresnell y no en un punto geométrico, y en la mayoría de los casos las cimas de las colinas son mucho más pequeñas, en tamaño, que la primera zona de Fresnell.

c) Radiopropagación sobre filos de cuchillo.Este es un obstáculo puntiagudo y opaco, en la trayectoria de propagación. Este filo

idealizado, desprovisto de toda propiedad eléctrica, permite el cálculo del campo difractado por un método ampliamente conocido de la óptica física.La figura 4 muestra dos casos de radiopropagación sobre filos de cuchillos. En el caso de la figura “a”, el obstáculo no corta el rayo directo y solo emerge parcialmente dentro del volumen significativo. En el caso de la figura “b” el filo corta el rayo directo AB. Vamos a asignarle un signo (-) al valor de H en el primer caso; y uno (+), en el segundo.

Figura 4: Diagrama de enlace con filos de cuchillo

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En la teoría de la difracción óptica se muestra que para el espacio libre, la atenuación se expresa en la forma

(Ecuación 4)

En la expresión anterior, C(V) y S(V) son las integrales de Fresnell, tales que:

(Ecuación 5)

y las cuales se definen en la forma:

(Ecuación 6)

(Ecuación 7)

(Ecuación 8)

donde b es el radio de la primera zona de Fresnell en el obstáculo; y H, la altura del obstáculo.

El gráfico de la función F (t) se muestra en la figura 5. Debe notarse que para V=2, la función de atenuación se aproxima mediante la expresión:

(Ecuación 9)

Tal como Schelleing, Burrows y Fresnell mostraron en 1933, al utilizar las ondas ultracortas es importante recordar que la difracción en la superficie terrestre ocurre a cada lado del obstáculo, es decir, entre la antena trasmisora y el obstáculo y entre el obstáculo y la antena receptora. La figura 5, muestra que el campo en el punto B se debe a la combinación de cuatro rayos, cada uno de los cuales ha sufrido difracción en el filo de cuchillo. En esta figura los rayos se denominan A’MB, AMB’, A’MB’ y AMB.

La contribución de cada rayo está basada en el principio de la imagen, de acuerdo al cual, el rayo reflejado se trata como si fuera la imagen de su emisor real. Desde luego, los mismos razonamientos son aplicables a la antena receptora. La adición de las contribuciones es válida para un sistema lineal.

Durante mucho tiempo el modelo de los cuatro rayos fue considerado puramente académico, sin embargo, en años recientes, se ha podido encontrar explicación a la ganancia que experimentan ciertos sistemas, mediante este modelo, en los enlaces de microondas. En el caso de los servicios mencionados en las ciudades, los edificios pueden ser obstáculos difractores.

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Figura 5: representación de F(v).

Tal como se muestra esquemáticamente en la figura 7, donde el obstáculo difractor es un edificio C, es posible la recepción en B, primero debido a que es probable que el edificio sea transparente para VHF y segundo porque las ondas pueden difractarse alrededor del obstáculo (figura 7 a).En muchos casos la recepción en B se debe a la reflexión de la onda en otro edificio, por ejemplo en D (figura 7 b).

Debido a la complicada naturaleza de la propagación de UHF en las ciudades, no existen métodos analíticos para el cálculo confiable.

Figura 6: Contribución de trayectorias para filos de cuchillo.

2.- EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS

Es bien conocido que la troposfera es la capa de la atmósfera que más afecta las trasmisiones de televisión. Sus características físicas influyen notablemente sobre las ondas de radio. Entre estas características tenemos el índice de refracción, el cual varía con la altura y que es el responsable más directo de la curvatura que experimenta la onda trasmitida, dando lugar a diferentes tipos de refracción troposféricas. Es conocido también que en el radio propagación se

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toma en cuenta el índice de refracción en forma de su variación dado que en la superficie terrestre este índice excede sólo en un 0,0003% a la unidad. De aquí surge la expresión dada por Dolukhanov para este caso:

(Ecuación 10)

Figura 7: Análisis de propagación para el caso de una edificación.

La troposfera causa un efecto de curvatura en el rayo, el cual es más acentuado en las trasmisoras VHF y UHF. Así, tenemos que si consideramos el concepto atmósfera estándar (y como corolario el de troposfera estándar), donde la variación está asignada, las ondas de radio que se propagan según un Angulo de elevación pequeño, es decir, viajaran formando arcos cuyos radios serán iguales a

(Ecuación 11)

Debe notarse que las ondas de VHF y UHF experimentan una refracción mayor en la troposfera estándar que los rayos con frecuencias ópticas. Esto se debe a que las moléculas de agua que poseen un momento dipolo permanente y una masa finita, no pueden seguir fluctuaciones de frecuencia tan elevadas, pero si reaccionar positivamente a las perturbaciones de frecuencias del tipo VHF y UHF, participar activamente en el movimiento oscilatorio y contribuir a los cambios del índice de refracción.Estos antecedentes dan paso a diferentes conceptos, tales coma el radio efectivo de la Tierra (ya que como vimos, las ondas se propagan produciendo un efecto de aumento del radio de la Tierra) así como para las situaciones de propagación que podemos considerar anormales, ya que encontramos casos en que la trayectoria de las ondas electromagnéticas alcanzan distancias muy superiores a las previstas teóricamente, trayendo esto consecuencias importantes a la hora de analizar la interferencia. Esta situación concreta existe en condiciones de súper refracción, que es una de las formas de refracción troposférica, en la cual por condiciones especificas y de carácter aleatorio, en dependencia de las condiciones meteorológicas, se forma lo que es conocido como ductos troposféricos, es decir, una propagación especifica que se logra con los rayos que se

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elevan dentro del intervalo que son atrapados dentro de este ducto produciéndose una serie de reflexiones sucesivas en la superficie terrestre que se extiende hasta distancias bastante grandes.Puede establecerse una analogía entre estos ductos y una guía de onda, donde las paredes de esta última estarán formadas por la superficie terrestre y el límite superior del ducto.La condición para que una onda electromagnética se propague dentro de un ducto es que su longitud de onda no exceda a una critica, conocida como , de corte. Para 1a mayoría de los casos, la siguiente expresión nos da el valor de esta crítica:

(Ecuación 12)

donde ho es la altura del ducto.A partir de este valor podemos encontrar en la tabla 1, algunos valores significativos.

Tabla 1: Valores significativos de c

ho 6 24 120 600c 0.01 0.1 1 10

De las observaciones prácticas sabemos que la altura de los ductos troposféricos es del orden de las decenas de metro y no exceden nunca los 200 m. Por tanto, estos ductos afectan más sensiblemente las ondas de radio difusión, principalmente en las bandas métricas y decimétricas. Una teoría para el tratamiento de las radiocomunicaciones por ductos es de valor limitado a causa de su ocurrencia extremadamente aleatoria. Sin embargo, las condiciones son mas uniformes en algunas áreas, tales como el Mar Arábigo, donde puede ocurrir la propagación por ducto a determinadas horas regularmente. Debido a que la superrefracción influye en la interferencia, es importante tenerla en cuenta en la ubicación y selección de frecuencias de las transmisiones.

3.- ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA

La experiencia de muchos años ha verificado que las ondas más largas que 10 cm. no experimentan atenuación apreciable en la troposfera. Sin embargo, las ondas más cortas sí sufren atenuaciones las que pueden ser considerables.La atenuación en la troposfera se puede deber a cuatro factores:

o La absorción por partículas suspendidas, lluvia. nieve, niebla, etcétera.o Absorción por moléculas.o Dispersión por moléculas y sus colisiones.o Absorción por sólidos.

Considerando el primer aspecto, la expresión para el campo será:

(Ecuación 13)

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donde es la pérdida por unidad de longitud; y L, la longitud del área lluviosa. La figura 8 muestra el coeficiente de absorción Vs para nieve y lluvia.Las ondas decimétricas y la parte superior de las bandas métricas, no pueden reflejarse en la ionosfera, por lo que no tienen la posibilidad de propagarse como ondas ionosféricas. Para cortas distancias (visibilidad directa) se propagan como ondas terrestres (la difracción es despreciable en estas frecuencias.La propagación a larga distancia se efectúa por la troposfera debido principalmente a la dispersión en las irregularidades en esta. Las ondas de radio en dichas bandas son refractadas muy poco por la ionosfera, por no decir nada, y pasan rápidamente a través de ella. Por esta razón se pueden propagar como ondas rectas y encontrar aplicación en la comunicación espacial.

Figura 8: Coeficiente de absorción Vs para nieve y lluvia.

El UHF no experimenta prácticamente absorción molecular o absorción por partículas suspendidas. Sin embargo, la absorción por lluvia, granizo y nieve se percibe para las longitudes de ondas mayores que 3-5 cm. La absorción por el vapor de agua, es decir, la absorción molecular, es notable para las longitudes de ondas de 1.35 cm., o lo que es lo mismo, el limite inferior de SHF.

4.- ATENUACION DEBIDA A LA VEGETACION Y A LOS EDIFICIOS.

Por su parte, la atenuación producida por la vegetación y los edificios varía con la frecuencia. El estudio más reciente hecho en Japón ha permitido obtener valores de la atenuación detrás de edificios en función de la frecuencia, de la altura de la profundidad de los edificios y del ángulo de incidencia de la onda. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en las mediciones realizadas para 100, 200 y 700 MHz. Además, las mediciones ejecutadas en el Reino Unido, han dado valores de la atenuación detrás de diversos tipos de edificios, para las ondas decimétricas (600 MHz) hasta 30 dB. De las mediciones realizadas en verano y en invierno detrás de bosques de árboles con hojas caducas, se infiere que, sí bien la atenuación debida a la frondosidad no es despreciable para las ondas decimétricas, es mucho menos importante que la que causan los árboles desnudos.

5.- SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVIL TERRESTRE.

Un sistema del servicio móvil terrestre está compuesto en lo fundamental por una estación base a la cual está asociado un grupo de estaciones móviles. La estación base puede

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servir a diferentes estaciones móviles o sistemas móviles que trabajan a diferentes frecuencias cada uno a servir a un solo sistema.

5.1. – Clasificación de los sistemas de radiocomunicaciones móviles terrestres.

Según sea la forma en que operen los sistemas de radiocomunicaciones móviles, se pueden caracterizar los siguientes modos de explotación de frecuencias:

a) Sistemas simplex de una y de dos frecuenciasb) Sistemas base duplex de dos frecuenciasc) Sistemas duplex de dos frecuencias.

5.1.1.- Sistema simplex de una sola frecuencia.En estos sistemas, tanto la estación base como la móvil, transmiten a una frecuencia común. Cada estación debe tomar su turno para hablar mediante el uso del procedimiento push to talk (pulse para hablar).Cuando dos o mas sistemas operen en una misma área, con la misma área, con la misma frecuencia, se puede esperar interferencias considerables entre las estaciones bases. La operación base a base apenas se usa debido principalmente al intervalo limitado. La figura 9 ilustra un sistema simplex de una sola frecuencia.

Figura 9: Sistema móvil terrestre simplex una frecuencia.

5.1.2.- Sistema Simplex de dos frecuencias.Estos sistemas corrigen los problemas de las estaciones móviles que compiten con las estaciones bases y permiten, por tanto, que operen varios sistemas en un mismo par de frecuencias.Ambas estaciones, base y móvil, operan en régimen push-to-talk. Los sistemas móviles pueden operar en zonas, ubicando una estación base en el centro de cada zona que se debe cubrir. Este caso se ilustra en la figura 10.

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Figura 10: Sistema móvil terrestre simplex de dos frecuencias.

5.1.3.- Sistemas base duplex de dos frecuenciasEn este caso, las estaciones bases se diseñan de tal forma que se pueda trasmitir con una frecuencia y recibir con otra simultáneamente, mientras que el móvil opera en el modo simplex de dos frecuencias en régimen push-to-talk. Este caso se ilustra en la figura 5.36.

Figura 11: Sistema móvil terrestre base duplex de dos frecuencias.

5.1.4.- Sistemas duplex de dos frecuenciasEn estos sistemas, ambas estaciones, base y móvil, pueden trasmitir a una frecuencia y recibir simultáneamente a otra. E1 diseño de la estación base en este caso es similar al de base duplex, pero la estación móvil debe ser equipada con una segunda antena o filtros necesarios entre el trasmisor y receptor, para evitar la interferencia. La figura 12 muestra este tipo de sistema.Los sistemas duplex eliminan confusión cuando son utilizados por personas que no están acostumbradas a sistemas de radio móvil, ya que cualquier requerimiento push-to-talk es opcional, o sea, se puede hablar o escuchar.

5.2.- BANDAS DE FRECUENCIAS

El CCIR recomienda para los sistemas de comunicaciones móviles la utilización de cinco bandas de frecuencias que son las que se muestran en la tabla 2.

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Figura 12: Sistema móvil terrestre simplex de dos frecuencias.

Tabla 2: Designación de Frecuencias de Comunicaciones Móviles de CCIRBandas Frecuencias (MHz)

I 30 – 50II 50 – 100III 150 – 250IV 450 – 500V 500 - 1000

La banda de 30 a 50 MHz presenta las características de que sus frecuencias se propagan a mayores distancias, esto se ve fácilmente al analizar la formula que expresa la ley de atenuación en el espacio libre de una señal radioeléctrica y que es:

(Ecuación 14)

donde A es la atenuación; f la frecuencia en MHz: D, 1a distancia en km. Como se puede observar en la fórmula anterior, es obvio que a medida que f aumenta también lo hace A, así para f=160 MHz 1a atenuación supera a la producida en f=40 MHz en una cantidad proporcional a 160/40 = 4, por lo que la atenuación obtenida será 20 log 4 = 12 dB superior a 160 MHz con relación a la obtenida a 40 MHz.No obstante, es conveniente señalar que este no es el único factor que afecta la calidad de la recepción, en estas bandas, es función de las características fundamentales de la zona a la cual se requiere dar cobertura, normalmente, en ausencia de interferencias producto de otras radiaciones. El nivel de la señal requerida para una recepción satisfactoria en una zona dada está determinado por la relación S/Ni (señal-ruido) en radiofrecuencia mas que por la sensibilidad propia del receptor en cuestión. En realidad, el ruido radioeléctrico es un factor importante que no debe perderse de vista a la hora de planificar un sistema de radiocomunicaciones y existe una gran cantidad de fuentes de ruido radioeléctrico, para el casa de frecuencias de VHF (30 – 300 MHz), generalmente predomina el ruido producido por el hombre o ruido artificial; este ruido puede caracterizarse atendiendo a la gama de frecuencias, así como a diferentes zonas de influencia. La intensidad del ruido incrementa con la disminución de la frecuencia, o mejor dicho, es inversamente proporcional a la frecuencia. Además, como es lógico pensar, su efecto será muy

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superior a las grandes áreas urbanas y en las zonas de alto desarrollo industrial. Otro factor que puede conducir en algunos casos a la selección de frecuencias más elevadas es el que corresponde a las dimensiones de las antenas que se instalan en los móviles.Generalmente parece una buena solución aplicar la banda superior para redes con móviles que operan en zonas urbanas e industriales y emplear fundamentalmente la banda de 30 a 50 MHz para redes cuyas zonas de operación corresponde, al menos en un alto porcentaje, a zonas rurales.

5.3. - SEPARACION ENTRE CANALESEste parámetro se procurará en principio minimizar con el objetivo de obtener el mayor número de canales posibles.Si excluimos el tipo de modulación AM, debido a su peor protección respecto a FM sobre las interferencias y ruidos industriales para un tipo de emisión F3 (telefonía FM), la anchura de banda nominal de transmisión, Bn, viene expresada por la conocida formula de Carson:

(Ecuación 15)

siendo:M: la frecuencia máxima de modulación. Para un caso medio de telefonía comercial M=3 kHz.D: la mitad de la diferencia entre los valores máximos y mínimos de la frecuencia instantánea. La frecuencia instantánea es la velocidad de la variación de la fase.K: el factor numérico que varía según la emisión y depende de la distorsión admisible de la señal. Normalmente K=1, pero a veces se usan valores mas elevados.En nuestro caso hemos adoptado la canalización de 25 kHz para la cual se tiene que M=3 kHz, D=5 kHz y K=1, obteniéndose así un ancho de banda nominal, Bn=16 kHz lo que permite un ancho de banda de guarda de 9 kHz.

Sin embargo para una canalización de 12.5 kHz, el ancho de banda necesario es de 8 kHz y lógicamente se debe tender a la obtención del mayor numero posible de canales al adoptar la separación de 12,5 kHz; pero para esta separación entre canales el índice de modulación se es tan desfavorable que se pierden las ventajas de la modulación FM.De hecho, para pasar de 25 kHz a 12,5 kHz deberá tenerse en cuenta, los siguientes inconvenientes y dificultades técnicas:Degradación de la calidad del rendimiento del receptor a causa del ruido impulsivo.Aumento de los productos de intermodulacion.Perdidas en la relación de protecciónPerdidas en el factor de mejora de FM

5.4. - SISTEMA DE MODULACIÓN EMPLEADOSe ha planteado que la modulación de frecuencia ofrece ventajas con relación a la modulación de amplitud en lo que respecta a la interferencia y ruido industrial. Podemos definir un factor de eficiencia utilizando como referencia primeramente un sistema de modulación de frecuencia de 25 kHz como sigue:

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(Ecuación 16)

siendo:L: La separación entre canales, que en nuestro caso es de 25 kHz.B: El número de frecuencias por canal (el sistema de explotación de los canales puede ser de una o dos frecuencias).Q: El número de células en régimen de reutilización (consideraremos siete células).K: viene determinado por N = 1 con L = 25 kHz y B = 2.

Para la modulación de frecuencia obtendremos un factor de eficiencia de 0,32 para el caso en que se use una sola frecuencia (B=1) y 1 para dos frecuencias (B=2).Si efectuamos los mismos cálculos para la modulación de amplitud, con una separación entre canales de 12,5 kHz y para banda lateral única con separación de 6,25 kHz, que son sistemas de modulación, que también se utilizan en las comunicaciones móviles obtendremos valores de eficiencia de 0,04 y 0,08 para B=1 y de 0,4 y 0,8 para B=2, respectivamente. De lo anterior se desprende que con una canalización de 25 kHz la modulación de frecuencia ofrece ventajas con respecto a la modulación de amplitud y la banda lateral única con lo que se justifica su empleo.A consecuencia, y en vista a lo anteriormente expuesto, el tipo de emisión más aconsejable es el 16F3 caracterizado por:

a) Modulación de frecuencia,b) Canalización de 25 kHz,c) Ancho de banda de audiofrecuencias de 3 kHz d) Desviación máxima de frecuencia de _+ 5 kHze) Anchura de banda nominal de 16 kHz

5.5. - Métodos de cálculo en los sistemas de radiocomunicaciones para las bandas de ondas métricas y decimétricas.

Los métodos de cálculo utilizados en estas bandas de frecuencia son numerosos. Algunos de estos métodos se fundamentan en expresiones matemáticas deducidas de las consideraciones de la propagación. y otros en curvas empíricas obtenidas en las mediciones realizadas. De todos los métodos existentes plantearemos el método del CCIR que es el más simple.Este método es empírico o sea, se basa en curvas, pero estas han sido llevadas a expresiones matemáticas mediante métodos de aproximación de curvas, utilizando la técnica de computación y posteriormente utilizadas estas expresiones, para su aplicación en el cálculo en las computadoras. Presentaremos posteriormente los diagramas en bloques del método de cálculo. Debe señalarse que existe un método confeccionado por la compañía inglesa “Marconi” para el cálculo de zonas de servicios en el cual se utiliza el método del CCIR, para el caso de las radiales con terrenos medianamente ondulados (h = 50 m) y métodos de enlace punto a punto para el caso de terrenos son h ± 50 m o con obstáculos del tipo filo de cuchillo en el radial. Este método puede ser más exacto que el del CCIR, pero es mucho más trabajoso.

Metodología para el cálculo por el método CCIR

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Pasos para calcular la zona de servicio.

Paso Nro. 1: Determinación del perfil.Trazamos una circunferencia alrededor del trasmisor de radio igual a 50 Km., dividiendo la misma en h radios, cada uno separados entre si 360º; una vez realizado esto, sacamos el perfil del terreno, lo cual se efectúa tomando cada 1 Km. hasta los 50 Km., el valor de la altura del terreno, en metro.

Paso Nro. 2. Determinación de la altura de la antena por radial.La altura total de la antena a utilizar se define como la altura promedio del terreno desde el kilómetro 3 hasta el kilómetro 15, más la altura de la torre.

Paso Nro. 3. Cálculo de h.El parámetro h se utiliza para definir las variaciones del terreno. Este parámetro expresa la diferencia existente, en altura, entre una línea de 90 % de área del perfil y otra del 10% de dicha área. El área se mide desde el kilómetro 10 hasta el kilómetro 50 como se muestra en la figura 13.Las curvas para el calculo de E (50,50) tienen la característica de ser ajustadas para un terreno medianamente ondulado (h = 50 m).Como todos los terrenos no son medianamente ondulados, se hace necesario determinar el h de estos para introducir un factor de corrección al nivel de intensidad de campo calculado.El cálculo de h efectúa mediante la siguiente expresión:

(Ecuación 17)

donde:: es la altura promedio del relieve por radial a partir del kilómetro 10

hasta el kilómetro 50.: son las alturas máximas y mínimas del relieve por radial

respectivamente y sus valores se escogen en el intervalo donde se calculo la .

Paso Nro. 4. Determinación de la potencia radiada.

(Ecuación 18)

donde: PRAD esta en dB / 1kW, esta en dB / 1kW, Ga esta en dB y esta en dB.

Paso Nro. 5. Calculo de la intensidad de campo en el punto de recepción.

El método del CCIR consiste en hallar la distancia del trasmisor a los puntos de recepción que tengan la misma intensidad de campo y que además cumplan las noemas establecidas por el CCIR. El CCIR establece que:

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Es necesario facilitar indicaciones a los ingenieros encargados en los planes de servicio en las bandas de ondas métricas y decimétricas.Es importante la determinación de la distancia geográfica entre las estaciones que trabajen en canales que utilizan más mismas frecuencias o en canales adyacentes, a fin de evitar interferencias intolerables ocasionadas por una propagación troposférica a gran distancia.Por las recomendaciones anteriores el CCIR recomienda que:La altura de la antena receptora se defina por la altura sobre el terreno local. La altura de la antena transmisora se define por alturas de esta antena sobre el nivel medio del terreno entre las distancias de 3 Km. Y 15 Km., a partir del transmisor en dirección del receptor.Se han ajustado los valores de la intensidad de campo para que corresponda a una potencia de 1 kW radiada por un dipolo de media onda.

Figura 13: Grafica de la variación de la altura.

Para definir el grado de irregularidad del terreno se utiliza el parámetro h, ya explicado anteriormente.Partiendo de las consideraciones y recomendaciones se puede sacar las conclusiones siguientes:

a) Al utilizar un transmisor de potencia mayor que 1 kW. o sea, mayor que 0 dB/kW y al utilizar una antena con ganancia (dB) superior a la de media onda, obtendremos una intensidad de campo mayor que la intensidad de campo de las curvas o viceversa, para el caso en que se utilice, un trasmisor de menos de 1 kW.b) Debido a que la antena no se sitúa sobre el transmisor, sino a una distancia dada de este habrán pérdidas por la línea de transmisión.c) Se introduce un factor de corrección cuando el valor de h es diferente de 50 m, o sea, ya el terreno no es medianamente ondulado. El factor de corrección varía de acuerdo a la banda de trabajo a utilizar.

Basándonos en las conclusiones anteriores, se llega a una expresión aritmética para la intensidad de campo recibida a una distancia R del transmisor:

(Ecuación 19)

donde:E(50,50): esta en dB/1uV/m

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PRAD: esta en dB/1kWFCOR: esta en (dB)

: esta en dB/1uV/m

Paso Nro. 6. Cálculo de la intensidad de campo contra interferenciasAl calcular la zona de servicio de un trasmisor de televisión, se debe tener en cuenta que este no debe interferir ni ser interferido por otro trasmisor.Existen varios tipos de interferencias que influyen en los sistemas de televisión, siendo la mas perjudicial la interferencia cocanal; esta se produce cuando, las señales deseadas e interferentes tienen la misma frecuencia de línea y las portadoras tienen separación mayor de 1 kHz, pero no sincronizadas. La interferencia cocanal puede ser a larga o corta distancia.La interferencia a corta distancia en cocanal va a ser aquella en la que el transmisor interferente es del mismo canal que el trasmisor deseado, encontrándose cercanos entre si y el desvanecimiento de la señal interferente con respecto a la señal utilizada no se considera y la interferencia es casi continua.

Figura 14: Tablas de factor de corrección.a) Banda III y b) Banda IV y V

Al planear las emisiones en el mismo canal que estarán sujetas a interferencias casi continuas, es esencial comprender que el nivel de la señal útil (sin desvanecimiento) debe ser superior al nivel de la media de la señal interferente (casi no sujeta a desvanecimiento). Es decir, que los niveles de la señal deseada y de la interferente tienen que tomarse de la curva de programación del CCIR para el 50% del tiempo, o sea E(50,50) que expresa el 5O% de las ubicaciones y el 50% del tiempo respectivamente. En el caso de la interferencia a larga distancia en cocanal donde el transmisor interferente y el deseado se encuentran separados entre si, se utiliza las curvas E(50,10) es decir para el 50% de las ubicaciones y el 10% del tiempo.Expresión de la intensidad de campo contra interferencia a larga distancia

(Ecuación 20)

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Expresión de la intensidad de campo contra interferencia a corta distancia

(Ecuación 21)

En ambas expresiones hemos omitido la interferencia debido a canal adyacente, que en este análisis consideramos solo un trasmisor interferente en cocanal.El factor de protección (FPRO) se introduce en las expresiones anteriores, cuando se consideran los efectos de la directividad de la antena receptora y este se obtiene de un gráfico de FPRO contra para las bandas correspondientes, o sea, el factor de protección de la antena en función del ángulo con la dirección del lóbulo principal de la antena receptora directiva, como se muestra en la figura 15. Se sobreentiende que el ángulo depende del usuario.

Figura 15: Grafica del factor de protección

Paso Nro. 7. comprobar si cumple con las normas establecidas por el CCIR.

Para efectuar una transmisión con calidad, debe satisfacer simultáneamente las condiciones siguientes:

donde Emin es el valor de la intensidad de campo mínimo protegido contra las interferencias y esta dado según la tabla:

Banda I III IV V+48 +55 +65 +70

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