Eo 0421 - RADIOCOMUNICACIONES

Conferencia 11: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Instructor: Israel M. Zamora, MBA, MSTMProfesor Titular, Departamento de Sistemas Digitales y

Telecomunicaciones. Universidad Nacional de Ingeniería

I Sem 2015

Objetivos

Introducir los aspectos generales relacionados con los radioenlaces terrenales del servicio fijo con modulación digital

2I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Contenido

• Parámetros de enlace• Relación C/N: Esquema Tx – Rx• Ancho de banda de transmisión• Patrón de ojo• Ecualización para cancelación ISI

• Patrón de ojo con ecualización• Modulación digital

3I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

)()()()()()()( dBLdBGdBLdBGdBLdBmPdBmP trrbttttr

• Pérdidas de duplexores, circuladores y filtros (LDFT, LDFR en dB)• Pérdidas en los alimentadores de antena (Lx) (T, R en dB/m)

i

ibfb LLdBL )(

Pérdidas de espacio libre Pérdidas adicionales:Reflexión

Difracción

Dispersión

Vegetación

Hidrometeoros

Desvanecimientos

Potencia recibida Pérdidas básicas de propagación

Pérdidas de acoplamiento (branching)

)()/()()( mlmdBdBLdBL ttDFTtt

)()/()()( mlmdBdBLdBL rrDFRtr

Parámetro de un enlace

4I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Parámetro de un enlace

• Potencia mínima utilizable o sensibilidad ,TH o U (dB)• Relación señal/ruido S/N (dB) o portadora/ruido, C/N (dB)• Relación Energía de bit/densidad espectral de potencia, Eb/No (dB)• Probabilidad de error, Pe

5I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Relación C/N: Esquema Tx - Rx

6I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

rtraras fffff 1 Rxtrar

soF gll

BfkTn1

trarso

Rxdr

F

F

llBfkT

gp

n

c

/

TX RXCircuito

de Acoplo

Circuito de

Antena

Circuito de

Antena

Circuito de

Acoplo

etP tPtP rP rP

drP

trL

PIRE

ttL atL arL

T T AT ARIT

IR

tG rG

tGrG

R R

bL

Modelo de antena real Modelo de antena real

F

Factor de ruido del sistema Potencia de ruido a la entrada del demodulador

Relación de potencia de portadora a potencia de ruido

Relación C/N: Esquema Tx - Rx

7I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

so

r

ARF

F

trarso

dr

RF

F

F

F

BfkT

p

n

c

llBfkT

p

n

c

n

c

/

NOTA: En R, si fa=1 (Ta=To), entonces:rtrarsRs fllff /

La relación portadora a ruido se mantiene constante:

trarRxso

Rxdr

so

trardr

so

r

AR llgBfkT

gp

BfkT

llp

BfkT

p

n

c

/

Rnc / F

nc /

bso

dr

o

b

RfkT

p

n

e

La relación portadora a ruido(señal digital) bR Velocidad de transmisión de información

binaria (bits por segundos – bps)

Resumen: Relaciones de calidad (C/N)

8I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

• La sensibilidad o valor umbral (threshold) en el punto AR, se obtiene como:

dBm/Hz 174log10/ bsmínobmínr RFNEP

11 rtrarartrarasARs fllfffffff

• Para el caso analógico se tiene fórmula análoga• Si queremos calcular el margen del sistema:

mínrrbtatttetmínrr PGLGLLPPPM

• La sensibilidad o valor umbral (threshold) en el punto R, se obtiene como:

trarmínrmíndr LLPP

• Si queremos calcular el margen del sistema:

trarmínrtrarrbtatttetmíndrdr LLPLLGLGLLPPPM Donde se observa que todo queda igual, al restar lo mismo en los dos términos

• La figura de ruido “referida” en R, puede expresarse como:

trarARsRs LLFF

dBm/Hz 174log10/ bRsmínobmíndr RFNEP• Y se calcula:

Ancho de banda de transmisión

9I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

• Radioenlaces analógicos de TV• Señal de video con modulación FM en frecuencia portadora:

MHzffffB vccvc 1822 • fcc excursión pico a pico producida por la moduladora (Rec. ITU-R 276: fcc =8Mhz)

• fv frecuencia máxima de la señal de video (Sistemas B y G, 625 líneas: fv=5Mhz)

• TV: video y audio: señal de video + subportadora de sonido señal multiplex FDM

• Queda:mmcmm ffB 2

• Se aproxima: y: cccmm ff smmm ff smcc ffB 2

2ssm ff

• Ejemplo: Supongamos que se efectúa la transmisión de una señal de video y su sonido asociado en forma de subportadora a 7.5MHz. El ancho de banda de transmisión sería:

MHzffB smcc 235.7282

• K: Factor de modulación• K=1.0 modulación PSK binaria y multinivel• K= 0.6 modulaciones de banda residual

• F: Factor de especificación. Depende del filtro que se utilice (raised cosine)• F=(1+), por tanto 1<F<2

• Rb: Velocidad de la señal binaria antes de modulación (bits/seg)

• : Factor de anchura de banda (inverso del número de bits por pulsos)

• R: Velocidad de la señal física (pulsos digitales) (baudios o pulsos/seg)

• Radioenlaces digitales

• Bandas lateral/residual, velocidad binaria, número de niveles conformado de pulso (M-ario), etc.

bb

s

RFKM

RT

B2log

11

1

M2log/1

MRRb 2log

10I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Ancho de banda de transmisión

• Ejemplo• Para un radioenlace digital de 34Mbps con modulación 4PSK y filtros en coseno alzado

(raised cosine) con =0.5 para paliar el efecto ISI, el ancho de banda se obtiene como sigue:

MHzxRFKB b 5.25)5.0()1034()5.1()1( 6

• K=1.0• F=(1+)=(1+0.5)=1.5• Rb = 34Mbps • =1/(log24)=0.5

• Entonces:

11I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Ancho de banda de transmisión

Interferencia Intersímbolo - ISI

12I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

T Instantes de muestreo

1 1 1 1

0 0

t/T

Amp. [V]Forma de onda bandabase

transmitida (suma-superposición de pulsos)

Símbolo de dato

Primer pulsoSegundo pulso

Tercer pulso

13I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Interferencia Intersímbolo - ISI

14I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Interferencia Intersímbolo - ISI

15I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-3

-2

-1

0

1

2

3

Time (sec)

EYE DIAGRAM WITH NOISE (Variance =0.5)

Patrón de ojo para sistema Binario Patrón de ojo para sistema 4-ario

Interferencia Intersímbolo - ISI

Demodulación

16I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Interferencia Intersímbolo - ISI

17I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Interferencia Intersímbolo - ISI

Ecualización para cancelación ISI

18I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

19I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Ecualización para cancelación ISI

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

Time (sec)

EYE DIAGRAM WITH NOISE (Variance =0.1)

Patrón de ojo para sistema Binario con ecualización

Patrón de ojo para sistema 4-ario con ecualización

Modulación digital

20I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

QPSK coherente

k, es el no. de bits por pulso M-ario

k=log2M

Modulación digital

21I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

z

y

dyezQ 2

2

2

1)(

Puede observarse que la función Q(x) satisface las siguientes condiciones:

0)(

2/1)0(

)(1)(

Q

Q

zQzQ

La función-Q se define como:

• Existen ciertas acotaciones a la función Q que son ampliamente usadas para encontrar límites o fronteras a las probabilidades de error de varios sistemas de comunicación. Las dos acotaciones superiores mayormente usadas son:

0 2

1)( 2

2

para zezQz

• La acotación inferior que se usa con frecuencia es:

0 2

1)( 2

2

para zez

zQz

01

12

1 22

2

para ze

zπzQ(z)

z-

Modulación digital

22I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Algunos valores de la

función Q.

B.P. Lathi 3ra. Ed. provee una

extensa tabla para esta función en capítulo 10 del

libro “Modern Digital and Analog Communications”.

Modulación digital

23I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

Figure 1: Eb/N0 Vs BER over AWGN

Modulación digital

24I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

ModulationRequired Eb/N0

(dB)Max η (log2(M))

(bits/s/Hz)C/N (dB)

Min Channel BW for ISI Free

Signalling

BPSK 10.6 1 10.6 Rb

QPSK 10.6 2 13.6 0.5Rb

4-QAM 10.6 2 13.6 0.5Rb

D-BPSK 11.2 1 11.2 Rb

D-QPSK 12.7 2 15.7 0.5Rb

8-PSK 14.0 3 18.8 0.33Rb

16-QAM 14.5 4 20.5 0.25Rb

16-PSK 18.3 4 24.3 0.25Rb

64-QAM 18.8 6 26.6 0.17Rb

32-PSK 23.3 5 30.3 0.2Rb

Table 2: Extracted data from Figure 1

Modulación digital

25I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo

• Lectura Obligatoria• Transmisión por Radio

• Capítulo 5Sección 5.6 y 5.7

• Lectura Recomendada

• Ninguna.

26I. Zamora Unidad III: Radioenlaces terrenales del servicio fijo