Fundamentos de los sistemas de comunicaciones móviles

Los conceptos básicos se clasifican en dos categorías

Los conceptos básicos específicos de los sistemas de radiocomunicación y los conceptos básicos de origen multidisciplinar aplicados a la radiocomunicación.

Conceptos básicos, específicos de los sistemas de radiocomunicación

Concepto de balance de potencia.
Concepto de ruido.
Concepto de interferencia.
Concepto de propagación.

Conceptos básicos, multidisciplinares en los sistemas de radiocomunicación

Concepto de acceso múltiple.
Concepto de modulación.
Concepto de tráfico.

El balance de potencia recoge los factores de ganancia y pérdida en un enlace radio cualquiera, fijo o móvil, confrontándolos con las necesidades de señal recibida en el extremo distante, para poder así evaluar la cantidad de señal electromagnética recibida y, por tanto, la calidad de la comunicación en sí misma.

Parámetros de la interfaz radio

existen dos parámetros que definen su comportamiento

la PIRE (Potencia Isótropa Radiada Equivalente)

la PRA (Potencia Radiada Aparente)

Con respecto al receptor, en él vemos una gran profusión de parámetros de interés, donde tenemos aspectos como la potencia de ruido (interna y externa, P N int y P N ext ), y las potencias de señales ( P ) y campos eléctricos ( E ) recibidos.

Interferencia, señal no deseada, de procedencia interna o externa al receptor, de naturaleza cocanal o de canal adyacente, pero que puede llegar a enmascarar la señal deseada.

las antenas con que dotemos a nuestro sistema de comunicaciones influyen de manera decisiva en su funcionamiento.

la ganancia introducida por la antena en la potencia de la señal y el ángulo de salida o llegada capaces de generar, son los factores que fundamentalmente determinan su calidad.

los sistemas radiantes existe un teorema por el cual se afirma que una antena se comporta igual en transmisión que en recepción, es decir, que basta con caracterizarla en transmisión o en recepción

En el estudio de los sistemas radiantes existe un teorema por el cual se afirma que una antena se comporta igual en transmisión que en recepción, es decir, que basta con caracterizarla en transmisión o en recepción para tener su comportamiento definido en cualquiera de las dos situaciones.

Antena transmisora

Para utilizar una antena en configuración de transmisión se utilizan una serie de expresiones matemáticas que nos ayudan a comprender el funcionamiento del sistema transmisor.

Antena receptora

la antena en recepción actúa como extractor o concentrador de la energía electromagnética que se propaga por el espacio.

La sensibilidad, por tanto, es el parámetro que caracteriza a los receptores, en tanto que define cuál es la tensión o potencia mínima que debe existir en su entrada para una recepción de una calidad concreta preestablecida.

El ruido es uno de los conceptos más importantes en el mundo de las comunicaciones, por las limitaciones que impone en los diferentes sistemas de comunicaciones en los que inevitablemente aparece.

Por tanto, se puede considerar que el ruido, desde el punto de vista de las comunicaciones, es toda perturbación que sufre la señal deseada en su forma de onda en el tiempo

el ruido incluye un conjunto amplio de perturbaciones

Ruido impulsivo

Su contribución es fundamentalmente importante en los sistemas digitales. Ejemplos típicos son el encendido y apagado de motores, los interruptores, etc. Algunas referencias denominan a este ruido, ruido artificial.

Ruido de cuantificación

producido en sistemas digitales, allá donde exista conversión del mundo analógico al digital

Ruido térmico

que no es otra cosa que la perturbación natural que aparece en los materiales conductores por agitación térmica de sus electrones.

Ruido en un cuadripolo

La experiencia nos muestra que en los cuadripolos el ruido presente a la salida cuando tenemos un ruido a la entrada es superior al ruido a la entrada multiplicado por la ganancia del cuadripolo.

Este exceso de ruido tiene un origen interno al propio cuadripolo, por la naturaleza de los elementos que lo componen.

Interferencia electromagnética

Los sistemas modernos, y a pesar de que esta relación sigue siendo importante, cobra cada vez más interés el análisis de la relación señal deseada a señal interferente (interferencia).

los sistemas de comunicaciones móviles modernos, de características digitales y diseñados en torno al concepto celular, aunque las reglas de diseño vienen establecidas por la relación señal deseada a interferencia

los repetidores están ubicados en puntos privilegiados para la transmisión, pero también para la recepción

generan lo que se conoce como interferencia electromagnética. La interferencia electromagnética se define como el conjunto de señales de radiofrecuencia no deseadas captadas por los receptores de un sistema

Al hilo de la proximidad frecuencial de la que hemos hablado, existen dos tipos de interferencias de radiofrecuencia

Interferencia cocanal

es aquella producida en el propio canal de interés.

Interferencia de canal adyacente o fuera de banda

acontece si la interferencia es apreciada en una posición de canal que no es la del canal de interés, donde la interferencia viene producida por una señal de potencia suficiente, generada por tanto por una señal en un canal próximo al de interés

se produce en el momento en que en un dispositivo no lineal, bien sea activo o pasivo, se mezclan dos o más señales de frecuencias diversas, generándose entonces los batidos

tres son las fuentes clásicas

Intermodulación producida en las etapas de salida de los transmisores

Intermodulación producida en las etapas de radiofrecuencia

Intermodulación producida en los elementos externos al transmisor/receptor

la interferencia cocanal es aquella que tiene lugar en el propio canal donde se produce la comunicación

La relación de protección depende siempre del sistema de modulación empleado, pues si bien en PMR con canalizaciones de 12,5 y 25 kHz viene a estar en torno a los 10 dB, en los grandes enlaces digitales, con modulaciones mucho más «duras», se escoge mayor de 55 dB.

La situación es tal que transmisores no directamente relacionados con la comunicación en curso pueden recoger frecuencias que, al ser combinadas con sus propias transmisiones, den lugar a otras frecuencias que sean perjudiciales para el sistema.

Intermodulación producida en receptor

dice que si f 1 tiene suficiente potencia como para poner a trabajar al receptor en zona no lineal

Respuestas parásitas del receptor

es una particularización de la interferencia producida por la intermodulación en receptores

Interferencia de canal adyacente

será la producida en los canales próximos al canal de interés. Se habla de ella, por tanto, en los canales contiguos primeros ( f 0 ± f ), y en los canales contiguos segundos ( f 0 ± 2 f ), siendo f la canalización utilizada en el sistema

justifican las primeras aproximaciones utilizadas en la propagación de señales electromagnéticas

Este modelo es aplicable para distancias inferiores a 20 km, donde se puede despreciar la curvatura terrestre

Al receptor llegan el rayo directo, cuya intensidad de campo eléctrico en unidades naturales será e o , así como un único rayo reflejado de valor ( e o · R )

el terreno existente entre emisor y receptor, condiciona la señal recibida

es decir, la atenuación existente en el trayecto

al referirnos a la atenuación del terreno nos debemos remitir a los efectos atmosféricos

la propagación de la señal electromagnética se efectúa en las capas bajas de la atmósfera, en concreto en la troposfera.

el rayo que simboliza la dirección de nuestra propagación entre dos puntos se mueve entre estas capas desde un punto origen hasta un punto destino

el haz radioeléctrico experimenta una curvatura en su trayectoria entre emisor y receptor debida al fenómeno de la refracción.

La existencia de elementos que interfieren en la trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica en el camino entre el transmisor y el receptor

se producirá el fenómeno de la difracción en estos obstáculos, y por consiguiente se producirá una pérdida de señal asociada a lo que denominaremos pérdida por difracción en obstáculos.

El obstáculo se idealizará para su tratamiento matemático, y se considerarán dos modelos

Modelo de arista aguda o filo de cuchillo

Modelo de arista gruesa o redondeada

la existencia de dos obstáculos aislados se resuelve por medio de una integral doble de Fresnel

Método EMP

El método EMP es utilizado cuando el haz no corta a los obstáculos, pero existe despejamiento insuficiente en ambos

Método Wilkerson

El método Wilkerson se aplica cuando el haz es interceptado por un obstáculo y no existe despejamiento suficiente en el otro

Método Epstein-Peterson

El método Epstein-Peterson es utilizado cuando el rayo corta a los dos obstáculos

viene dado también por el documento del UIT-R P.526

es similar al Epstein-Peterson propuesto antes para dos obstáculos

este modelo utiliza lo que se denomina polígono funicular, donde lo que se considera para evaluar el trayecto completo

subvanos están formados por una línea «tensa» entre los picos (obstáculos) que se configuran en cada subvano como los equivalentes a los transmisores y receptores en cada uno.