Primera Impresin, junio 2000Copyright 2000Por Harris CorporationTodos los derechos re s e r v a d o sTtulo Original en Ingls "Radio Communications in the Digital AgeVHF/UHF Te c h n o l o g y, Volume Tw o "

N m e ro de Tarjeta en el Catlogo de la Biblioteca del Congreso: 00 132465Harris Corporation, RF Communications DivisionComunicaciones de Radio en la Era DigitalVolumen Dos: Tecnologa VHF / UHF

I m p reso en Estados Unidos de Amrica6/00 RO 10KB 2 0 0 8 Harris Corporation

Traducido al Espaol por:APEQS - COTELA c.a.C O M PAA TECNICA LAT I N O A M E R I C A N ATelfono (593-2) 507-740email: apeqs@attglobal.netQuito, Ecuador

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COMUNICACIONES DE RADIOEN LA ERA DIGITAL

VOLUMEN DOS:TECNOLOGA VHF / UHF

Con gratitud a Hal Herrick por su dedicacin y perseverancia enescribir este manual.

I N T R O D U C C I N 1

C A P T U L O 1 PRINCIPIOS DE LASR A D I O C O M U N I C A C I O N E S 5

CAPTULO 2 P R O PAGACIN DE RADIO EN VHF/UHF 2 1

C A P T U L O 3 ELEMENTOS DE UN SISTEMADE RADIO VHF/UHF 3 2

C A P T U L O 4 RUIDO E INTERFERENCIA 5 2

C A P T U L O 5 COMUNICACIN DE DAT O SPOR RADIO VHF/UHF 5 6

C A P T U L O 6 S ATCOM - COMUNICACIONESS AT E L I TALES EN UHF 7 3

C O N T E N I D O

C A P T U L O 7 COMUNICACIONES CONS E G U R I D A D 8 2

C A P T U L O 8 SISTEMAS YA P L I C A C I O N E S 9 0

C A P T U L O 9 AVANCES HACIA EL FUTURO 1 0 2

G L O S A R I O 1 0 6

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EEste es el Volumen 2 de una serie de libros de difusin de la Tecnologa deRadiocomunicaciones. ste trata sobre las tecnologas de muy altaf recuencia (VHF), ultra alta frecuencia (UHF) y comunicaciones satelitales( S ATCOM), as como de la codificacin digital moderna y de las capacidades demodulacin que optimizan la salida de la informacin y su seguridad.

El Juego de Herramientas del Comunicante

El carpintero depende de un surtido de formones, taladros y martillos pararealizar su trabajo. Cada tipo de herramienta es apropiada para una laborespecfica. Asimismo, el diseador de sistemas modernos decomunicaciones hace uso de las herramientas de HF, VHF, UHF y SATCOM y aprovecha las capacidades nicas que ofrecen cada una de llas paracumplir sus requerimientos. Ms adelante se pro p o rcionan resmenes delas capacidades ms sobresalientes de cada banda de frecuencia de radio y en los captulos siguientes se las describe en mayor detalle.

HF: Desde "A la Vuelta de la Esquina" Hasta "Alrededor del Mundo"

Antes que existiera la tecnologa SATCOM, los radios HF (o de onda corta)eran los nicos medios para comunicarse con las embarcaciones en el mar.El hecho de que con HF se puede comunicar ms all del horizonte la haceuna herramienta indispensable para mensajes a larga distancia de barco ab a rco y de barco a costa. Asimismo, en la poca anterior a los cablestransatlnticos, los radios HF eran la nica forma de hablar entrecontinentes. En la actualidad, estos radios siguen siendo utilizados paracompartir la carga total de las comunicaciones de larga distancia.

P e ro la virtud incomparable del radio HF ha creado tambin algunosdesafos. Las transmisiones mundiales de radio son fciles de interceptar yel espectro de HF se ha complicado por seales emanadas de un sinnmerode transmisores individuales ubicados alrededor del mundo. Deben

I N T R O D U C C I N

implementarse tcnicas especiales en los radios para sacar provecho dellargo alcance de los mismos, mientras que se preserva la claridad del canaly se reduce la interc e p t a c i n .

La encripcin disminuye la utilizacin no amigable de las sealesi n t e rceptadas y sofisticados esquemas de codificacin ayudan a combatir la congestin de seales, pero estas tcnicas pueden reducir la salida(comparada con la de un canal en claro). A pesar de sto, los radios HFcontinuan jugando un rol indispensable en las herramientas de unc o m u n i c a d o r. Los radios HF de mochila, con varias opciones de antena,pueden cubrir un rango prctico desde "a la vuelta de la esquina" hasta" a l rededor del mundo."

Aunque algunas comunicaciones de larga distancia se transmitenactualmente va satlite, HF mantiene todava la ventaja de no requerir (o depender) de ninguna infraestructura.

VHF: De Hombre a Hombre

La banda VHF fue una seleccin temprana para los radios de mochilautilizados por las tropas de tierra para comunicarse dentro de su re a( a p roximadamente ocho kilmetros). Las antenas y los componentesselectivos de sintonizacin de los radios VHF son mucho ms pequeos que su contraparte en HF.

Los adelantos en la industria de semiconductores tambin hani n c rementado la eficiencia de los radios VHF debido a que las bateras sonms pequeas, ms livianas y de mayor duracin que aquellas que serequeran en el pasado.

A diferencia de HF, las transmisiones en VHF carecen de la habilidad desaltos ionosfricos y estn limitadas a las comunicaciones de lnea de vista(LOS). Esto reduce la congestin en la emisin de radio en un campo debatalla extendido y limita la vulnerabilidad de interceptacin no amigable.

Las amplias capacidades del ancho de banda del canal de los radios VHFi n c rementan la eficiencia de los esquemas de codificacin y encripcin ypermiten una mayor salida de datos que con los radios HF. Mayor ancho debanda y rango limitado hacen a estos radios ideales para comunicacionesde patrulla a patrulla.

3UHF: Tierra-Aire para Apoyo Cercano

Los elementos de sintonizacin y las antenas de UHF son an mspequeos que aquellos requeridos para VHF y son mucho ms fciles deinstalar en aviones supersnicos de combate, lo que hace a UHF unaseleccin ideal para las comunicaciones tierra-aire. As como los radios VHF,los radios UHF comparten las ventajas de ser de lnea de vista y tener mayorancho de banda. Las fuerzas militares modernas pre f i e ren actualmente ele s p e c t ro UHF para las comunicaciones tierra-aire .

S ATCOM: Saludos al (del) Comandante

Es esencial que las unidades de vanguardia se comuniquen con los centro sde comando que en ocasiones estn a cientos, si no a miles de kilmetro sde distancia. Con el advenimiento de los satlites militares, la tecnologaS ATCOM puede complementar el equipamiento HF.

A pesar de que la lnea de vista (LOS) est tpicamente a ocho kilmetros o menos en el suelo entre radios de mochila, el alcance de LOS vertical deuna seal UHF es de decenas de miles de kilmetros. Esto permite a losradios UHF llegar a los satlites militares en rbita que estn diseados pararetransmitir la seal de re g reso a la tierra. La seal retransmitida abarca unavasta rea de cobertura satelital y es ideal para comunicaciones de largoa l c a n c e .

Las antenas altamente direccionales, apuntadas hacia el cielo y que se las utiliza con radios Satelitales Tcticos (TA C S AT), reducen la radiacint e r re s t re del trfico TA C S AT proveniente de las lneas de vanguardia delf rente de batalla. Esto hace que el trfico SATCOM sea mucho ms difcilde interc e p t a r, que aquel proveniente de los radios HF.

Pese a que es verdad que el enemigo puede recibir un enlace descendentedesde un satlite, la encripcin niega el acceso a los datos y la fuente de lasemanaciones no da la clave de su ubicacin o del destino de la trayectoriade datos.

El Radio Multibanda

En esta era de especializacin, las fuerzas militares convencionales tienen la capacidad de llevar una variedad de radios, cada uno diseadocuidadosamente para un propsito especfico. Pero la situacin de unpequeo grupo de combate de Fuerzas Especiales es muy diferente. Apesar de requerir el acceso a todos los canales de comunicaciones militare s

disponibles, no pueden darse el lujo de transportar el peso que re p re s e n t aese equipamiento. Por lo tanto, el radio multibanda es la solucin.

De forma similar, por el reducido espacio para instalacin que existe envehculos, cabinas de comunicaciones, botes pequeos, etc., se utilizan losradios multibanda.

As como una pequea herramienta de bolsillo para uso mltiple, que alabrirla contiene una cuchilla, un destorn i l l a d o r, pinzas, un abridor de latas,etc., puede servir como caja de herramientas de emergencia, el radio demochila multibanda est diseado para los mltiples propsitos ynecesidades de las Fuerzas Especiales. Algunos radios multibanda pro v e e nadems un enlace satelital, lo que les permitie ampliar su rango dec o b e r t u r a .

R e s u m i e n d o

En los captulos siguientes de este manual se explican los principios bsicosy los modos de operacin de los radios mencionados en esta intro d u c c i n .Las caractersticas de operacin de cada banda de frecuencia de radio sedescriben y comparan con respecto al rendimiento y aplicacin.

Adems de las bandas de frecuencia, hay muchos factores ms quedefinen el rendimiento de un radio. En las pginas a continuacin seenfoca tambin el mundo de las exticas formas de onda que atraviesan elruido, desafan los intentos de interceptacin y proveen altas tasas develocidades de datos que anteriormente eran consideradas imposibles.

Mantngase en sintona!

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65

P ara entender las radiocomunicaciones se comienza con la compre n s i nde la radiacin electromagntica bsica.Las ondas de radio pertenecen a la familia de la radiacine l e c t romagntica, que incluye a los rayos x, luz ultravioleta y luz visible formas de energa que utilizamos a diario. As como las delicadas ondasque se forman al arrojar una piedra en un lago en calma, las seales deradio se irradian hacia afuera, o se propagan, desde una antena detransmisin. Las ondas de radio se propagan a la velocidad de la luz, no as las ondas de agua en el lago.

Definimos a una onda de radio en trminos de su amplitud, frecuencia ylongitud de onda (Figura 1-1).

La amplitud de la onda de radio, o intensidad, puede ser visualizada comosu elevacin la distancia entre su pico y su punto ms bajo. Laamplitud, que es medida en voltios, es usualmente expresada por losi n g e n i e ros en trminos de un valor promedio llamado valor mediocuadrtico, o RMS.

La frecuencia de una onda de radio es el nmero de repeticiones o ciclosque completa en un perodo de tiempo. La frecuencia se mide en hertzios(Hz); un hertzio es igual a un ciclo por segundo. Miles de hertzios see x p resan como kilohertzios (KHz) y millones de hertzios comomegahertzios (MHz). Usted podr ver tpicamente una frecuencia de2182.000 hertzios, por ejemplo, escrita como 2.182 KHz o 2,182 MHz.

C A P T U L O

1PRINCIPIOS DE LAS RADIOC O M U N I C A C I O N E S

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La longitud de la onda de radio es la distancia entre las crestas de unaonda. El producto de la longitud de onda por la frecuencia es unaconstante que equivale a la velocidad de propagacin. Por lo tanto,mientras la frecuencia aumenta, la longitud de onda disminuye y viceversa.Ya que las ondas de radio se propagan a la velocidad de la luz (300millones de metros por segundo), usted puede fcilmente determinar lalongitud de la onda, en metros, para cualquier frecuencia, dividiendo 300para la frecuencia, en megahertzios. As, la longitud de una onda de 10MHz es de 30 metros, obtenidos por la divisin de 300 para 10.

El Espectro de Radiofrecuencia

En el espectro de radiofrecuencia (Figura 1-2), el rango de fre c u e n c i autilizable para ondas de radio se extiende desde aproximadamente 20 KHz(ligeramente sobre las ondas sonoras) a 30.000 MHz. La longitud de ondade 20 KHz tiene 15 kilmetros de largo. En una de 30.000 MHz, lalongitud de onda es nicamente de 1 centmetro .

La Banda de Alta Frecuencia (HF)

La banda de HF se define como el rango de frecuencias de 3 a 30 MHz. Enla prctica, la mayor parte de los radios HF usan el espectro desde 1.6 a 30MHz. La mayora de las comunicaciones de largo alcance en esta bandatienen lugar entre 4 y 18 MHz. Frecuencias ms altas (18 a 30 MHz)pueden tambin estar disponibles de tiempo en tiempo, dependiendo delas condiciones ionosfricas y de la hora del da (vase el Volumen Uno,Tecnologa HF).

La Banda de Muy Alta Frecuencia (VHF)

La banda de frecuencia VHF se define como el rango de frecuencias de 30a 300 MHz. De la discusin anterior sobre la relacin entre la frecuencia yla longitud de onda debe tomarse en cuenta que las longitudes de onda enVHF varan desde 10 metros en la parte baja a un metro en la parte alta.Esto significa que el tamao de las antenas y los componentes desintonizacin utilizados en el radio VHF son mucho ms pequeos ylivianos que aquellos utilizados en los radios HF. Esta es una gran ventajapara los radios de mochila. En los captulos posteriores veremos tambinque la frecuencia ms alta y las longitudes de onda ms cortas de losradios VHF tienen gran incidencia en el alcance del radio.

9La Banda de Ultra Alta Frecuencia (UHF)

La banda UHF va desde 300 MHz a 2450 MHz, a pesar de que los radiosde mochila UHF TA C S AT no utilizan frecuencias sobre los 512 MHz. Laslongitudes de onda asociadas con el rango de 300 a 512 MHz van desdeun metro a 58 centmetros. Las pequeas antenas requeridas para estaslongitudes de onda las hace ideales para ser utilizadas en aviones de altav e l o c i d a d .

Asignacin de Frecuencias

D e n t ro del espectro de HF, se asignan grupos de frecuencias para serviciosespecficos de radio aviacin, martimo, militar, gubern a m e n t a l ,radiodifusin o radioaficionados (Figura 1-3). Ms an, las frecuencias son reguladas de acuerdo con el tipo de transmisin: emergencia,radiodifusin, voz, clave Morse, facsmile y datos. Las asignaciones def recuencia son regidas por tratados internacionales y por autorizacin deinstituciones nacionales.

Igualmente, las frecuencias dentro de las bandas VHF/UHF son asignadas de forma similar (Figura 1-4).

M o d u l a c i n

La asignacin de una frecuencia es solamente el comienzo de lasradiocomunicaciones. Por s misma, una onda de radio no transmiteinformacin. Es simplemente una corriente rtmica de ondas continuas( C W ) .

Cuando modulamos las ondas de radio para transportar informacin, nosreferimos a llas como portadoras. Para llevar informacin, una portadoradebe ser variada de tal forma que sus propiedades amplitud, fre c u e n c i a ,o fase (la medida de un ciclo completo de onda) sean cambiadas, o moduladas, por la seal de informacin.

El mtodo ms simple de modular una portadora es encendindola yapagndola mediante una llave telegrfica. En los inicios de la era de laradio, la conmutacin Encendido-Apagado, usando el cdigo Morse, fueel nico mtodo de transmitir mensajes inalmbricos.

Los mtodos comunes actuales para las radiocomunicaciones incluyenamplitud modulada (AM), que vara la intensidad de la portadora en

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p ro p o rcin directa a los cambios de la intensidad de una fuente tal como lavoz humana (Figura 1-5a). En otras palabras, la informacin est contenidaen las variaciones de amplitud.

El proceso de AM crea una portadora y un par de bandas lateralesduplicadas las frecuencias cercanas sobre y debajo de la portadora(Figura 1-5b). AM es una forma relativamente ineficiente de modulacin,ya que la portadora debe generarse de forma continua. La mayor parte dela potencia en una seal AM es consumida por la portadora, que no llevainformacin; la potencia restante va a las bandas laterales que transportani n f o r m a c i n .

En una tcnica ms eficiente, se suprimen la banda lateral nica (SSB), la portadora y una de las bandas laterales (Figura 1-5c). Solamente setransmite la banda lateral restante, la banda superior (USB) o la bandainferior (LSB). Una seal SSB necesita nicamente la mitad del ancho debanda de una seal AM y es producida slo cuando una seal moduladaest presente. De esta manera, los sistemas SSB son ms eficientes, tantoen el uso del espectro que debe ajustarse a varios usuarios, cuanto en lapotencia de transmisin. Toda la potencia transmitida va en la bandalateral que lleva la informacin.

En este esquema, una variacin usualmente utilizada por comunicadore sm i l i t a res y comerciales es la amplitud modulada equivalente (AME), en la cual se transmite una portadora a nivel reducido, con la banda lateral.AME permite usar un receptor relativamente simple para detectar la seal.Otra variacin importante es la banda lateral independiente (ISB), en la que se transmite una banda lateral superior y una inferior, cada unatransportando informacin diferente. De esta forma, por ejemplo, unabanda lateral puede llevar una seal de datos y la otra una seal de voz.

F recuencia modulada (FM) es una tcnica en la cual la frecuencia de laportadora vara en respuesta a los cambios en la seal moduladora (Figura 1-5d). Por un sinnmero de razones tcnicas, FM convencionalgeneralmente produce una seal ms limpia que AM, pero utiliza muchoms ancho de banda. FM de banda angosta es a veces usada en los radiosH F, ya que provee una mejora en la utilizacin del ancho de banda pero acosta de la calidad de la seal.

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Amplitud ModuladaFigura 1-5a.

Modulacin FMFigura 1-5d.

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Es en las bandas de UHF y VHF en donde la modulacin FM est en sucampo propio. Recurdese que la banda HF generalmente ocupa ele s p e c t ro de 1.6 a 30 MHz. Este es un espacio solamente de 28.4 MHz. Labanda VHF cubre el espectro de 30 a 300 MHz, que es un espacio de 270MHz; aproximadamente 10 veces el espacio de HF. Este espacio adicionalsignifica que el ancho de banda de un canal de 25 KHz es utilizado paraobtener alta calidad de la seal.

O t ros esquemas dan soporte a la transmisin de datos por canales en HF,incluyendo el desplazamiento de la frecuencia o de la fase de la seal.C u b r i remos estas tcnicas en el Captulo 5.

Propagacin de la Onda de Radio

La propagacin describe cmo las seales se irradian desde una fuente de transmisin hacia afuera. La accin es simple de imaginarse cuando lasondas de radio viajan en lnea recta (re c u e rden esa piedra arrojada al lagoen calma). Sin embargo, la trayectoria correcta que toman las ondas deradio, es usualmente ms compleja.

Existen dos modos bsicos de propagacin: ondas terre s t res y ondasespaciales. Como sus nombres lo indican, las ondas terre s t res viajan a lo largo de la superficie de la tierra, mientras que las ondas espaciales" rebotan" hacia la tierra. La Figura 1-6 ilustra las diferentes trayectorias de propagacin para las ondas de radio.

Las ondas terre s t res tienen tres componentes: ondas de superficie, ondasd i rectas y ondas terre s t res reflejadas. Las ondas de superficie viajan a lo largo de la superficie de la tierra, llegando ms all del horizonte.Eventualmente, la energa de las ondas de superficie es absorbida por latierra. El alcance efectivo de las ondas de superficie es determinado por la frecuencia y conductividad de la superficie sobre la que viajan las ondas. La absorcin se incrementa con la fre c u e n c i a .

Las seales de radio transmitidas, que utilizan una portadora que viajacomo onda de superficie, dependen de la potencia del transmisor, de lasensibilidad del re c e p t o r, de las caractersticas de la antena y del tipo detrayectoria. Para un equipo determinado, el alcance puede extenderse de300 a 400 kilmetros sobre una trayectoria de agua de mar conductiva.Sin embargo, sobre terreno rido, rocoso, no conductivo, el alcance puedeacortarse a menos de 30 kilmetros, an utilizando el mismo equipo.

Trayectorias de PropagacinFigura 1-6.

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Las ondas directas viajan en lnea recta, debilitndose a medida queaumenta la distancia. Pueden doblarse o refractarse por la atmsfera, loque extiende ligeramente su rango til, ms all del horizonte. Las antenastransmisoras y receptoras deben tener la capacidad de "verse" entre s paraque tengan lugar las comunicaciones, de tal forma que la altura de laantena es crtica en la determinacin del alcance. Debido a esto, a lasondas directas se las conoce en ocasiones como ondas de lnea de vista(LOS). Este es el modo primario de propagacin de las ondas de radio enVHF y UHF.

Las ondas terre s t res reflejadas constituyen la porcin de la onda pro p a g a d aque se refleja desde la superficie de la tierra entre el transmisor y elre c e p t o r.

Las ondas espaciales hacen posible las comunicaciones ms all de la lneade vista (BLOS). En las frecuencias bajo 30 MHz, las ondas de radio sonrefractadas (o dobladas), re g resando a la tierra a cientos o miles dek i l m e t ros de distancia. Dependiendo de la frecuencia, de la hora del da yde las condiciones atmosfricas, una seal puede rebotar varias veces antesde llegar a un re c e p t o r.

R E S U M E N

n Las seales de radio se propagan o radan hacia afuera a la velocidad de la luz, desde una antena de transmisin.

n La frecuencia se expresa en trminos de hertzios (ciclos por segundo), kilohertzios (miles de ciclos por segundo), o megahertzios (millones de ciclos por segundo).

n La frecuencia determina la longitud de la onda de radio; las frecuenciasms bajas tienen mayor longitud de onda y las frecuencias ms altas tienen longitudes de onda ms cortas.

n Las comunicaciones de radio de largo alcance, ms all de la lnea de vista (BLOS), tienen lugar en el rango de alta frecuencia (HF) de 1,6 a 30 MHz. Diferentes porciones de esta banda se asignan para servicios especficos de radio, bajo acuerdos internacionales.

n Las comunicaciones de radio de corto alcance (LOS) pueden tener lugaren todas las frecuencias de radio, pero esa tarea es asignada ms a menudo a las bandas de VHF y UHF.

n La utilizacin de las ondas espaciales puede ser difcil, ya que la ionsfera cambia constantemente. La propagacin de las ondas espaciales generalmente no est disponible en las bandas de frecuencia de VHF y UHF.

n Modulacin es el proceso por el cual la fase, amplitud, o frecuencia de la portadora es modificada para llevar informacin.

2 1 2 2

E l Captulo 1 explica que las ondas de radio en HF, VHF y UHF tienen difere n t e scaractersticas de propagacin. Las frecuencias de radio en VHF y UHF sep ropagan principalmente a lo largo de trayectorias de lnea de vista (LOS). Por otrolado, las ondas HF, aquellas bajo los 30 MHz, pueden tambin reflejarse desde laionsfera y luego viajar de re g reso hacia la tierra. Estas ondas espaciales, como sonllamadas, dan origen a uno de los ms importantes atributos del radio HF y queson las comunicaciones transhorizonte (BLOS), o ms all de la lnea de vista. ElVolumen Uno, "Tecnologa HF", de esta serie de "Comunicaciones de Radio en la Era Digital" pro p o rciona una descripcin detallada sobre la propagacin en HF.Este captulo est relacionado principalmente con las caractersticas dep ropagacin LOS de las bandas de frecuencias en VHF y UHF.

Mientras que varias caractersticas de propagacin en HF se asocian con la ionsfera y con las reflexiones de onda que emana, los efectos de latopografa local y condiciones en la atmsfera ms baja mayormenteg o b i e rnan la propagacin en VHF y UHF. De igual manera, la pro p a g a c i nde ondas terre s t res es una forma muy importante de la propagacin deonda en HF, pero en frecuencias superiores a 30 MHz, las ondas terre s t re sson absorbidas casi inmediatamente y tienen un impacto beneficiosoi m p e rc e p t i b l e .

Las frecuencias en las bandas de VHF y UHF usualmente penetran laionsfera y se disparan hacia el espacio. Esto significa que el reflejo de laionsfera no puede ser utilizado para extender confiablemente el rango de comunicaciones de estas frecuencias. En su mayora, las antenas detransmisin y recepcin deben contar con una trayectoria bastantedespejada entre ellas para que tengan lugar las comunicaciones, de aqu el trmino lnea de vista (LOS).

Consideraciones de la Elevacin para el Alcance LOS

El horizonte visible que se observa a aproximadamente 1.5 metros sobreuna superficie plana de la tierra, es menor que 4.3 kilmetros de distancia(Figura 2-1a). Esto es aproximadamente el alcance mximo de LOS para unradio de mochila que est en la espalda de un hombre de pies a otro radiode mochila que est asentado sobre la tierra (Figura 2-1b).

La Figura 2-1b muestra que si a un radio en recepcin se lo elevara a la altura de la espalda de un hombre de pies, la distancia mxima seduplicara. En este caso la distancia LOS sera de 8.6 kilmetros. Pero, si elsegundo hombre estuviera de pies ms all de esta distancia, digamos quea 11 kilmetros del radio transmisor, los efectos de sombra de la curvaturade la tierra impediran al segundo hombre recibir la onda de radio. En estecaso, 11 kilmetros es BLOS y no est dentro del alcance de los radios VHFo UHF en estas posiciones.

Se entiende que la elevacin tanto de las antenas de transmisin como derecepcin es de crucial importancia. Por ejemplo, si la antena de re c e p c i nestuviera instalada en una torre de 8 metros, la distancia total de LOS sei n c rementara a 14.5 kilmetros. Pero si los operadores de radio estuvieranubicados en las cimas de las montaas, el rango LOS podra extenderse de80 a 160 kilmetros.

Para comunicaciones UHF tierra-aire, la aeronave puede estar a 160k i l m e t ros de distancia o ms y an mantendran contacto.

Potencia de Transmisin y Alcance de Radio

Para las comunicaciones de radio HF, la potencia de transmisin es unfactor muy importante. Para grandes distancias, particularmente para la propagacin de ondas espaciales y ondas terre s t res, cada kilmetrode distancia atena (disminuye) la seal. En la mayora de sistemas, alduplicarse la distancia, la seal radiada es dividida para cuatro! Porconsiguiente, la potencia de transmisin es frecuentemente el factorlimitante de alcance. Es comn observar transmisores HF de 500 vatios y de 1 kilovatio en aplicaciones HF vehiculares o a bordo y estaciones fijas HF de difusin de 10 kilovatios o ms.

Las ondas VHF y UHF son tambin atenuadas con cada kilmetro dedistancia. Sin embargo, para aplicaciones tcticas de mochila, son msf recuentes los efectos de sombra de un terreno irre g u l a r, edificaciones y

C A P T U L O

2PROPAGACIN DE RADIO EN VHF/UHF

o t ros objetos que limitan el alcance efectivo y no la potencia det r a n s m i s i n .

Muchos radios de mochila tienen dos configuraciones de potencia: 2 vatiosy 5 a 10 vatios. La configuracin de 2 vatios es generalmente adecuada yextiende la vida de la batera al seleccionarse este nivel de potencia. Poro t ro lado, existen situaciones en las que la potencia incrementada esbeneficiosa. En las reas urbanas en donde prevalece el ruido en lasf recuencias altas de radio, las potencias ms altas incrementan la re l a c i nseal/ruido (SNR) y mejoran la recepcin. Adems, las formas de onda demodulacin modernas de velocidades altas de datos re q u i ren un alto SNRpara ser eficientes.

Las comunicaciones UHF tierra-aire se benefician de las potencias ms altasdebido a que el rango tpico es de 160 kilmetros o ms.

Finalmente, aunque los radios tcticos de mochila UHF SATCOM, con solo18 vatios ubicados en Europa pueden hacer contacto con un satlite enuna rbita a 35.000 kilmetros sobre la lnea equinoccial, la comunicacines ms confiable cuando se utilizan potencias ms altas.

Recepcin de Radio en VHF y UHF a Travs de Montaas

En su mayora, las montaas y colinas forman sombras de ondas de radioVHF y UHF. Sin embargo, hay una importante excepcin cuando existenmontaas muy pendientes u otra clase de barreras abruptas. Esto esocasionado por un fenmeno conocido como Difraccin (Figura 2-2).Cuando una onda VHF o UHF llega a un borde afilado, una parte de laonda rodea el borde y la propagacin continua como si un radio de muybaja potencia estuviera colocado en la parte superior de la montaa. Esimportante que el corte sea relativamente agudo. Una colina redondeada o la curvatura de la tierra no es suficiente para ocasionar este efecto. Esteefecto es importante en situaciones de un campo de batalla en el que unsoldado debe buscar abrigo detrs de una montaa.

Reflexin y Distorsin por Trayectoria Mltiple

Las ondas VHF y UHF pueden ser reflejadas por superficies slidas comorocas o tierra conductiva, tal como un rayo de luz puede ser reflejado poruna pared o por el techo. En ocasiones existen varias trayectorias entre unaantena transmisora y una receptora (Figura 2-3). En esta figura existe una

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trayectoria LOS directa entre dos radios, pero hay tambin entre ellos unatrayectoria reflejada desde la parte baja de un valle.

Se entiende que estas dos trayectorias son de diferente longitud y que latrayectoria directa es la ms corta de las dos. Debido a que las ondas deradio viajan a una velocidad constante, las ondas de la trayectoria dire c t allegan al receptor antes que la trayectoria reflejada. Esto significa que lamisma informacin difundida llega al receptor en dos tiempos difere n t e s .

El efecto que esto produce se asemeja a ecos que se pueden escuchar en un lugar con acstica deficiente. Si los ecos estn lo suficientementec e rcanos entre s, se hace difcil entender lo que se est diciendo. En laterminologa de radio, esto se conoce como distorsin por trayectoriamltiple. Si esto molesta a las comunicaciones de voz, es devastador paracomunicaciones digitales de datos de alta velocidad. En un captulo msadelante discutiremos algunas de las formas ingeniosas que han sidoinventadas para minimizar los efectos de este tipo de distorsin.

La "difraccin por obstculos" es una forma de trayectoria mltiple comnpara radios vehiculares. Esto es prevaleciente en VHF y UHF. Mientras msalta la frecuencia, ms pronunciado es el efecto. Usualmente esto esocasionado por interferencia o reflexiones de seales de objetos fabricadospor el hombre tales como edificios, casas y otras estructuras.

Estos objetos causan campos constructivos y destructivos (o sealesfortalecidas y seales debilitadas) de manera que cuando un vehculoatraviesa estos campos ste recibe alternativamente seales ms fuertes y seales ms dbiles. En el receptor usualmente se escucha un "ruidosilbante", mientras las seales se debilitan con rapidez, se vuelven msfuertes y luego nuevamente dbiles.

Los picos de la seal y las reas de dbil radiacin son una funcin de la longitud de onda. Una seal de 450 MHz que se recibe a bordo de un vehculo que viaja a 100 Kph puede "variar" rpidamente mientras elvehculo atraviesa la parte poblada de una ciudad. Se puede experimentarel mismo fenmeno en las bandas VHF bajas, pero las variaciones no sontan rpidas.

En ocasiones este mismo efecto es causado por seales de dos radios de estaciones fijas que reflejan a una aeronave que vuela sobre ellos.

Trayectoria Mltiple dentro de un Edificio

En situaciones tcticas, los radios de mochila son frecuentemente operadosbajo cubierta en los edificios. Las ondas VHF y UHF tienen dificultad depenetrar a travs de paredes de concreto reforzado, pero atraviesanventanas y divisiones interiores ligeras con relativa facilidad.

La Figura 2-4 ilustra un receptor en el interior de un edificio con untransmisor ubicado en el exterior. En este caso, existen tres trayectoriasdesde el transmisor al receptor y ninguna de ellas es dire c t a .

La trayectoria 1 pasa a travs de la ventana ms cercana al lugar en el quese encuentra ubicado el receptor y es difractada alrededor del bord esaliente del marco de la ventana hacia el re c e p t o r. Asimismo, la trayectoria2 pierde el camino directo hacia el re c e p t o r. Es difractada ligeramente porel marco de la ventana ms cercana al transmisor y luego atraviesa unap a red interna en el camino hacia el re c e p t o r. La trayectoria 3 pasa a travsde una ventana y de una pared interna antes de chocar contra una pare de x t e rna del edificio y luego reflejarse nuevamente hacia el re c e p t o r.

Cada una de estas trayectorias tiene una distancia diferente y, porconsiguiente, puede producir distorsin por trayectoria mltiple. Conf recuencia, el mover el receptor unos pocos centmetros en cualquierd i reccin evitar una o ms de las trayectorias disponibles, mejorndoseenormemente la recepcin de la seal.

Propagacin por Conduccin Atmosfrica de la Onda en VHF y UHF

Los lmites sugeridos en el alcance LOS se exceden a veces en la prctica.Una de las razones principales para esto es un efecto llamado" p ropagacin por conduccin atmosfrica" o "gua de onda natural." Lasondas VHF y UHF que viajan a travs de la atmsfera lo hacen ligeramentems lento que cuando viajan en el espacio libre; esto se debe a que ladensidad del aire reduce su velocidad de propagacin. A mayor densidaddel aire, menor la velocidad a la que la atraviesa.

Bajo condiciones normales, la densidad del aire es mayor en la superficie dela tierra, reducindose gradualmente con la altura. En circunstancias de unclima moderado, despejado y seco, las ligeras variaciones en la densidaddel aire tienen efectos imperceptibles en la trayectoria de las ondas deradio que la atraviesan.

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Con frecuencia, existen cambios abruptos en la densidad del aire debido a frentes meteorolgicos que pasan sobre una rea o a la alta carga dehumedad de las nubes de lluvia. En tales casos las ondas VHF y UHFpueden propagarse entre las capas de aire de diferentes densidades. En la propagacin por conduccin atmosfrica las ondas de radio se inclinanhacia abajo tendiendo a seguir la curvatura de la tierra. En estos casos elalcance de LOS es considerablemente mayor que el alcance ptico de LOS.

Este tipo de propagacin de onda es imposible predecir; no es prcticobasarse en esta prediccin para planificar el mejoramiento del alcance. Sin embargo, cuando se liberan las condiciones de propagacin porconduccin atmosfrica, sta generalmente ocurre por horas.

Ahora que se ha obtenido una visin general sobre cmo se propagan lasondas de radio, observemos cmo stas se generan. Los componentesprincipales en un sistema de radio VHF o UHF se clasifican en tres grupos:t r a n s m i s o res, re c e p t o res y antenas. En la mayora de equipos de radios tcticosm o d e rnos, el transmisor y el receptor estn contenidos en una sola unidadllamada transceptor. Este captulo presenta una revisin de los elementos de estos sistemas de radio.

La Anatoma de un Transceptor VHF/UHF Multibanda

Hace tiempo, un transceptor tctico estaba restringido a una sola banda.Esto significaba que se requera de un radio separado para trabajar en H F, VHF y UHF. Con el aumento de los requerimientos de grandesdesplazamientos de tropas existe enorme presin para comprimir todosestos radios separados en un solo radio multibanda. Gracias a laminiaturizacin de la electrnica, los sistemas de radio multibanda ymultimodo son una re a l i d a d .

En la actualidad, son comunes los servicios de transceptores con capacidadpara VHF, UHF y Satlite Tctico (TA C S AT). Una combinacin de transceptorHF/VHF/UHF y TA C S AT es la ltima innovacin en esta re a .

El transceptor ms elemental debe generar una seal modulada hacia laantena y recibir una seal desde una antena, demodularla y alimentar lainformacin a un auricular, computador o algn otro interfaz humano omquina. Un transceptor multibanda debe ejecutar estas funciones paracada una de sus bandas de frecuencia (Figura 3-1).

R E S U M E N

n La propagacin HF puede ser LOS a travs de ondas terre s t res o directas y de BLOS por el uso de ondas espaciales.

n Las frecuencias de VHF y UHF no pueden utilizar la propagacin de ondas espaciales u ondas terre s t res y dependen casi exclusivamente de la onda directa. Esto restringe su uso a las comunicaciones LOS.

n La propagacin de las ondas de radio en frecuencias de VHF y UHF son afectadas principalmente por la topografa local del rea (colinasy valles) y por las condiciones atmosfricas.

n El alcance VHF y UHF es generalmente limitado por el efecto fsico de pantalla de la onda debido a obstrucciones tales como edificios y montaas.

n La difraccin de las ondas VHF y UHF las puede doblar alrededor de b o rdes agudos tales como marcos de ventanas o montaas pro n u nc i a d a s .

n La distorsin por trayectoria mltiple es ocasionada por ondas que llegan al receptor procedentes de ms de una trayectoria.

n El alcance de LOS mejora considerablemente al incrementar la alturade las antenas de transmisin, de recepcin o de ambas.

n La propagacin por conduccin atmosfrica producida por determinadas condiciones climticas puede, en ocasiones, aumentar el alcance de las ondas de VHF y UHF.

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C A P T U L O

3ELEMENTOS DE UN SISTEMADE RADIO VHF/UHF

La mayora de funciones del transceptor multibanda son comunes a todaslas bandas de frecuencia; sin embargo, los medios electrnicos para lograrestas funciones difieren dependiendo de la banda de frecuencia deoperacin. De esta forma, aquellas funciones que estn asociadas con las frecuencias de transmisin y recepcin en VHF deben agruparseseparadamente de aquellas que ejecutan esa funcin en la banda UHF. Estaes la razn por la que la mayora de las porciones de RF del transceptordeben duplicarse para cada banda, como se ilustra en la Figura 3-1.

La Trayectoria de Transmisin Comienza con el Procesador Digital deS e a l e s

En un transceptor multibanda la voz transmitida o la informacin de datosse aplica a un bloque comn llamado Procesador Digital de Seales (DSP).El DSP es un diminuto pero poderoso computador que convierte lainformacin de entrada en formato digital que es manipulada dentro del computador.

Las funciones ejecutadas por el DSP incluyen filtrado de ancho de banda de audio, digitalizacin de voz, encripcin y modulacin. La salida del DSPes realmente una portadora modulada de baja frecuencia (LF) que es unarplica exacta de lo que va a ser transmitido, excepto por su fre c u e n c i a .Esta seal es referida como si estuviera en una frecuencia intermedia (IF).

Conversin Ascendente en Frecuencia UHF y Sintetizador de Frecuencia

Al seleccionar una frecuencia UHF, la seal IF a la salida del DSP es aplicadaa los circuitos convertidores ascendentes de UHF. Otro bloque de circ u i t o s ,llamado sintetizador de frecuencia, forma las diferentes seales que sonrequeridas por el convertidor ascendente para crear la frecuencia de salidade UHF deseada.

Amplificador de Potencia y Filtros de Tr a n s m i s i n

La seal del convertidor ascendente es entonces aplicada a un amplificadorde potencia de banda ancha que cubre toda la banda de transmisinseleccionada. En este caso, la banda UHF y el amplificador son los quemanejan las seales de 90 a 512 MHz. La salida de potencia de la seal deeste amplificador es tpicamente seleccionada por el operador entre 1 y 10v a t i o s .

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A continuacin del amplificador de potencia existe un grupo de filtro spasabajos conmutados que "limpian" su salida. stos eliminan el ruido, las seales espurias y armnicas generadas por otros circuitos transmisore sincluyendo armnicas de frecuencia generadas por el amplificador depotencia. Este proceso reduce la interferencia con canales adyacentes de comunicaciones.

Puerto de Antena UHF

La salida de los filtros pasabajos de UHF es aplicada a travs de unconmutador de Transmisin/Recepcin (TX/RX) (ilustrado en la Figura 3-1en la posicin TX) hacia el puerto de antena UHF del transceptor. Lasantenas UHF tienen una impedancia de entrada de 50 ohmios.

La Trayectoria de Recepcin Comienza con los Filtros PasabandaC o n m u t a d o s

Una seal UHF de recepcin es aplicada por la antena al puerto de antenay luego a un grupo de filtros pasabanda conmutados, a travs delconmutador de TX/RX. El propsito de estos filtros es retirar las sealess o b re y debajo de la seal deseada.

Amplificadores de RF y Convertidor Descendente

Las seales filtradas de entrada son aplicadas a varias etapas amplificadorasde frecuencia (mostradas como un bloque en la Figura 3-1). Las sealestpicas de entrada tienen una intensidad de seal en el orden de losm i c rovatios (una millonsima de vatio). Los amplificadores de RF elevanesta seal al rango de milivatio para procesamiento futuro .

El siguiente paso en este proceso es descender la conversin de la seal a la frecuencia LF IF utilizada por el bloque del DSP. Otra vez, esto esrealizado por el convertidor descendente conjuntamente con las seales dels i n t e t i z a d o r. En los radios modernos, este proceso es efectuado en variospasos de amplificacin separada y conversin descendente. Para simplificar,en la Figura 3-1 se ilustra cmo sucede este proceso en un solo paso.

Demodulacin DSP y Deencripcin

Los pasos finales en el proceso de recepcin son ejecutados por el DSP.Aqu las seales IF del convertidor descendente son demoduladas ydeencriptadas para formar las seales de la banda base (audio o datos) que son utilizadas por el operador.

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Porcin de la Banda VHF del Tr a n s c e p t o r

Las funciones de transmisin y recepcin en VHF son similares a las de labanda UHF excepto que son ejecutadas por las porciones VHF del radio. Sinembargo, existe una funcin adicional requerida en la banda VHF que es elacoplamiento de la antena.

Acoplamiento de Antena Ltigo VHFLa antena ltigo frecuentemente utilizada con un radio VHF de mochila no presenta una impedancia de 50 ohmios al radio sobre la banda de 30 a90 MHz. A fin de maximizar la potencia radiada desde este tipo de antena, se utiliza una serie de circuitos conmutados acoplados en la trayectoria de transmisin, siguiendo a los filtros pasabajos conmutados. La red deacoplamiento correcta es seleccionada automticamente por el selector de frecuencia en el panel frontal del transceptor.

Grupo Transceptor Multibanda de 50 Va t i o s

Es comn que los radios utilizados en vehculos y en estaciones fijasre q u i e ren potencia ms alta que aquella que los transceptores tcticos de mochila pueden entregar por s mismos. En estas aplicaciones, eltransceptor de mochila es colocado en una base de montaje que incluyeamplificador de potencia y algunos puertos adicionales de antena (Figura 3-2).

Amplificadores de Potencia

Es probable que un adaptador vehicular multibanda tenga dos o msa m p l i f i c a d o res de potencia diseados para los puertos de frecuencia deltransceptor de mochila. La Figura 3-2 muestra un adaptador vehicular condos puertos de transceptor VHF y UHF. Cada uno de estos puertos estasociado con un amplificador de potencia con capacidad de producir 50 vatios de potencia de salida.

Cada uno de estos amplificadores tiene una trayectoria de desvo derecepcin que es seleccionada por la lnea de conmutacin del transceptor.En la condicin de activacin de la transmisin, el desvo est abierto y laseal es aplicada a los amplificadores de potencia. Sin embargo, en lacondicin de recepcin, los amplificadores son desviados de forma que laseal de los puertos de la antena puede pasar a los circuitos del receptor en el transceptor de mochila.

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Puertos de Antena de VHF Baja, VHF Alta, UHF y TA C S AT

La mayora de los transceptores multibanda tienen dos puertos de antena,el uno para VHF y el otro para UHF. En las instalaciones de estacionesv e h i c u l a res y fijas es comn tener antenas que son ms grandes y mseficientes que aquellas usadas con un radio de mochila solamente. Es porconsiguiente conveniente tener cuatro puertos de antena. El primer puertoes usado para la banda VHF baja en el rango de 30 a 89.999 MHz. Pero latrayectoria de UHF es dividida entre tres puertos de antena separados,como se ilustra en la Figura 3-2.

La salida del amplificador de UHF es aplicada a un diplexor, el cual divide alpuerto UHF en dos rangos de frecuencia, 90 a 224.999 MHz y 225 a 512MHz. Cada una de estas salidas de frecuencia es aplicada al puerto deantena corre s p o n d i e n t e .

La trayectoria de 225 a 512 MHz es posteriormente dividida por uninterruptor electromagntico en una trayectoria UHF y en una trayectoriaTA C S AT. Esto se debe a que la trayectoria TA C S AT re q u i e re un filtro decolocalizacin, un Amplificador de Recepcin de Bajo Ruido (LNA) y unpuerto de antena separado. Este filtrado y amplificacin adicionales en la trayectoria TA C S AT es til debido al nivel tpicamente bajo de la sealrecibida del satlite tctico en rbita a 35.000 kilmetros de altura sobre la lnea ecuatorial. Los filtros de colocalizacin eliminan el ruido del radiogenerado por el encendido del vehculo, motores y otros transmisores que podran de alguna manera opacar las seales dbiles del satlite.

El Grupo de la Antena

La antena es uno de los elementos ms crticos en un sistema de radio.Aqu veremos tipos de antenas tpicos y sus aplicaciones.

Caractersticas y Parmetros de las Antenas

Algunos de los trminos ms comunes utilizados para describir las antenasson impedancia, ganancia, patrn de radiacin, ngulo de despegue yp o l a r i z a c i n .

Cada antena tiene una impedancia de entrada que re p resenta la carga aser aplicada al transmisor. Esta impedancia depende de varios factore s ,tales como el diseo de la antena, frecuencia de operacin y ubicacin de la antena con respecto a los objetos circ u n d a n t e s .

El reto bsico en comunicaciones de radio es encontrar la forma de obtenerla mayor potencia posible, en dnde y cundo se la requiera, para generary transmitir seales. La mayora de transmisores estn diseados parap roveer la mxima potencia de salida y eficiencia en una carga de 50ohmios. (OHM es la unidad de medicin de resistencia. Su smbolo es .Algunas antenas, tales como la logartmico-peridica, pueden presentar al transmisor un carga de 50 ohmios en un amplio rango de fre c u e n c i a s .Estas antenas, en la generalidad de los casos, pueden ser conectadasd i rectamente al transmisor. Otras antenas, tales como las dipolo, ltigoy unifilares tienen impedancias que varan en un amplio margen con laf recuencia y el medio ambiente que las rodea. En estos casos, se utiliza un sintonizador de antena o acoplador. Este dispositivo se coloca entre eltransmisor y la antena para modificar las caractersticas de la carga que sep resenta al transmisor de manera que se transfiera la mxima potenciadesde el transmisor a la antena.

En la mayora de aplicaciones VHF y UHF, las antenas tienen acoplamientospara banda ancha incorporados, por lo que generalmente no se re q u i e rede acopladores de antena separadamente.

Ganancia de la Antena y Patrn de Radiacin

La ganancia de una antena es una medida de su directividad sucapacidad para concentrar la potencia radiada en una direccin enp a r t i c u l a r. La ganancia puede ser determinada comparando el nivel deseal recibido contra el nivel que podra recibirse de una antena isotrpica,que irradia uniformemente en todas direcciones. La ganancia puedee x p resarse en dBi; mientras ms alto sea este nmero mayor es lad i rectividad de la antena. La ganancia de la antena de transmisin afectad i rectamente a los requerimientos de potencia del transmisor. Si, porejemplo, una antena omnidireccional fuera reemplazada por una antenad i reccional con una ganancia de 10 dBi, un transmisor de 100 vatiosp roducira la misma potencia efectiva radiada que un transmisor de 1 KWcon una antena omnidire c c i o n a l .

A ms de la ganancia, los usuarios de radio deben comprender el patrnde radiacin de una antena para una transmisin ptima de la seal. El patrn de radiacin se determina por el diseo de la antena y estfuertemente influenciado por su ubicacin con respecto al suelo. Podratambin afectar su proximidad a los objetos que la rodean como edificios yrboles. En la mayora de antenas, el patrn no es uniforme, pero est

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caracterizado por lbulos (reas de intensa radiacin) y puntos nulos (re a sde dbil radiacin). Estos patrones, en la generalidad de casos, sere p resentan grficamente en diagramas en funcin de los planos vertical u horizontal (Figura 3-3), los que ilustran la ganancia de la antena comofuncin del ngulo de elevacin (patrn vertical) y ngulo acimutal (patrnhorizontal). Los patrones de radiacin dependen de la frecuencia, de talforma que, a diferentes frecuencias se re q u i e ren diferentes diagramas paracaracterizar completamente el patrn de radiacin de una antena.

Para determinar el alcance de las comunicaciones, es importante tomar en consideracin el ngulo de despegue, que es el ngulo entre el lbuloprincipal de un patrn de antena y el plano horizontal de la antena detransmisin. En aplicaciones VHF y UHF los ngulos de despegue bajos seutilizan generalmente para comunicaciones LOS; los ngulos de despeguealtos se utilizan para comunicaciones tierra-aire que re q u i e ren soportea reo cerc a n o .

La orientacin de una antena con respecto a la tierra determina supolarizacin. La mayora de las antenas ltigo VHF y UHF son antenasmonopolo de alimentacin central y polarizacin horizontal.

Una antena de polarizacin vertical produce ngulos de despegue bajos.La mayor desventaja de las antenas ltigo verticales es su sensibilidad a laconductividad del suelo y al ruido generado localmente. Los monopolos dealimentacin central evitan la sensibilidad a la conductividad del suelo y sonutilizados para instalaciones vehiculare s .

Las antenas de polarizacin horizontal, tales como una dipolo de 1/2 o n d a ,tienen ngulos de gran elevacin. Este tipo de antena es particularmentetil cuando el transmisor est cerca de un bosque o de un lugar selvtico.Permite que la radiacin pase sobre los rboles en lugar de que seaabsorbida. La difraccin en la copa de los rboles tiende a inclinar laradiacin hacia abajo de forma que sigue las copas de los rboles. Param e j o res resultados, las antenas de transmisin y recepcin deben tener la misma polarizacin.

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Patrones de Radiacin de la AntenaFigura 3-3.

Antenas VHF

Existe una extensa variedad de antenas utilizadas en las comunicacionesV H F. En este punto enfocaremos algunos de los tipos ms comunes.

La antena ltigo vertical es usada frecuentemente debido a que eso m n i d i reccional y tiene ngulos de despegue bajos. Es de polarizacinvertical. Un patrn tpico de radiacin de ltigo vertical se ilustra en laFigura 3-4. Un re f l e c t o r, que consiste de una segunda ltigo vertical,puede aadir directividad al patrn de radiacin de una antena ltigo.

O t ro tipo til de antena es la dipolo de alimentacin central de 1/4 deonda, que es bsicamente dos veces el largo del cable que es alimentadopor el centro (Figura 3-5). Esta es una antena de polarizacin horizontal yes utilizada frecuentemente para aplicaciones vehiculares y en estaciones f i j a s .

El patrn de radiacin puede cambiar dramticamente en funcin de sudistancia sobre la tierra. La Figura 3-6 muestra el patrn de radiacinvertical de una dipolo horizontal para algunos valores de su altura (entrminos de longitud de onda de transmisin) sobre la tierra.

Una "V" invertida (a veces llamada "dipolo inclinada") produce unacombinacin de radiacin horizontal y vertical con coberturao m n i d i reccional. Vase la Figura 3-7.

Para el uso de estaciones fijas en grandes elevaciones (colinas altas o en lacima de montaas) puede utilizarse una antena log peridica dire c c i o n a lpara comunicaciones de muy larga lnea de vista (LOS) de 160 kilmetros o ms. Vase la Figura 3.8.

Antenas UHF y SAT C O M

Para la mayora de aplicaciones de mochila en UHF, se instala el transceptorcon una antena corta, que se asemeja en su forma a una "salchicha". Estaantena es usada para distancias LOS relativamente cortas, con la ventaja desu tamao pequeo.

Para aplicaciones vehiculares o en cabinas de comunicaciones, una antenaUHF efectiva para todo propsito es una dipolo de alimentacin central(Figura 3-9a). Esta antena luce como una antena ltigo gruesa. Es fabricadad e n t ro de un tubo de fibra de vidrio y consiste de un dipolo colocado

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Patrn de Radiacin de Ltigo VerticalFigura 3-4.

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Antena V InvertidaFigura 3-7.Antena Dipolo Horizontal,Patrones de Radiacin Vertical

Figura 3-6.

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Antena Log Peridica HorizontalFigura 3-8.

verticalmente dentro del tubo junto con sus puntos de alimentacin. Suventaja ms significativa es que es relativamente independiente de lacalidad de la tierra. Tiene un ngulo de despegue bajo y es de polarizacinvertical. La antena dipolo de alimentacin central tiene un patrn similar alpatrn del ltigo ilustrado en la Figura 3-4. Existen dipolos de alimentacincentral diseados tambin para frecuencias en VHF.

La antena UHF Satelital Tctica (TA C S AT) tiene una forma nica deparaguas invertido (Figura 3-9b). Produce un haz dirigido que debe apuntard i rectamente al satlite para que sea efectiva.

Para el uso de estaciones fijas, una ltigo elevada o una dipolo dealimentacin central incrementa grandemente el rango de LOS (Figura 3-9c). La estructura de esta antena consiste de un mstil y una ltigo verticalo de una dipolo instalada sobre varillas con plano de tierra. Repitiendo, laestructura de esta antena puede utilizarse para aplicaciones de VHF y UHFcon la seleccin adecuada de la antena y varillas con plano de tierra.

Otra antena UHF muy comn utilizada para estaciones fijas es la AntenaBicnica que se ilustra en la Figura 3-9d. Una antena de este tipo ha sidodiseada para cubrir el rango de 100 a 400 MHz. Su capacidad de bandaancha la hace una excelente eleccin para los modos de Seguridad deTransmisin (TRANSEC) de banda ancha tal como el salto de frecuencia. El Captulo 7 trata sobre TRANSEC.

La Antena Bicnica se instala generalmente sobre un mstil, similar al quese ilustra en la Figura 3-9c.

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Figura 3-9a. Dipolo de Alimentacin Central

Figura 3-9b. Antena SATCOM

Figura 3-9c. Antena Ltigo Elevada

Figura 3-9d. Antena Bicnica VHF/UHF100 a 400 MHz

Elemento Ve r t i c a l

Base de A n t e n a

Segmento de PosteElementos conPlano a Ti e r r a

Poste o Bamb

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M ientras escucha la radio durante una tormenta atmosfrica,est seguro de haber notado interrupciones o esttica enalgn momento. Quizs oy la voz fugaz de un pilotocomunicndose con la torre de control mientras usted escuchaba suestacin FM favorita. Estos son ejemplos de interferencia que afectan el rendimiento de un receptor. Tan desconcertante como esto puede ser, al tratar de escuchar msica, as el ruido y la interferencia pueden serpeligrosos en el mundo de las comunicaciones, en donde el xito ofracaso de una misin dependen de recibir y entender el mensajetransmitido.

Fuentes de Ruido

El ruido del receptor y la interferencia provienen de fuentes internas y externas. Elruido interno es creado dentro de los circuitos del re c e p t o r. Las fuentes de podery los sintetizadores de frecuencia son fuentes importantes de ruido dentro delradio. Cierta forma de ruido proviene de la agitacin trmica de las molculasque conforman los componentes electrnicos en la etapa de amplificacin msc e rcana a la antena de recepcin.

El ruido exterior ingresa al receptor a travs de la antena de fuentes externas alradio y frecuentemente excede al ruido interno del re c e p t o r.

Fuentes Naturales de Ruido

En la banda de frecuencia de HF, los rayos son la principal fuente (natural)atmosfrica de ruido. El ruido atmosfrico es ms alto durante el verano y mayordurante la noche, especialmente en el rango de 1 a 5 MHz. Una de las ventajasde las bandas VHF y UHF es que se encuentran sobre esta extensa fuente der u i d o .

Otra fuente natural de ruido es el denominado ruido galctico o ruido csmico,

C A P T U L O

4RUIDO E INTERFERENCIA

R E S U M E N

n Un sistema de radio consiste del transceptor y del grupo de antenas.

n El transceptor pro p o rciona las funciones de transmisin y recepcin.

n La funcin de transmisin consiste de modulacin, generacin de la portadora, traslacin de la frecuencia y amplificacin de potencia

n La funcin de recepcin consiste de filtrado de la seal de RF, amplificacin, conversin descendente de la frecuencia y demodulacin.

n La seleccin de la antena es crtica para obtener comunicaciones VHF, UHF y TA C S AT exitosas. Los tipos de antena incluyen ltigo vertical, dipolos de alimentacin central, antenas bicnicas, redes de antenas d i reccionales logartmico- peridicas y antenas TA C S AT de paraguas.

n Un acoplador de antena iguala la impedancia de la antena con la del t r a n s m i s o r, transfiriendo la mxima potencia a la antena.

n La ganancia de una antena es la medida de su directividad - su capaci-dad de concentrar la energa que irradia en una direccin en particular.

n Los patrones de radiacin de la antena se caracterizan por puntos nu-los (reas de dbil radiacin) y por lbulos (reas de fuerte radiacin).

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Los sistemas de radios militares modernos usan tcnicas de espectro extendido osalto de frecuencia para vencer el bloqueo y reducir la probabilidad de deteccino interceptacin. Las tcnicas de espectro extendido son aquellas en las cuales lainformacin modulada es transmitida en un ancho de banda considerablementems grande que la frecuencia contenida en la informacin original.

Distorsin por Trayectoria Mltiple

Las seales de un transmisor llegan al receptor a travs de trayectoriasmltiples y lo hacen en ligeros intervalos diferentes (vase el Captulo 2).Estas seales mltiples son tan disruptivas para las comunicaciones como lo son las seales de interferencia de otros transmisores.

Medicin de la Calidad de la Seal

La calidad de la seal est indicada por la relacin seal/ruido (SNR),medida en decibeles (dB). Mientras ms alta sea la relacin SNR, mejor serla calidad de la seal. Cada 3 dB de SNR corresponden a una relacin dedos a uno. As una SNR de 9 dB significa que la seal es ocho veces mayorque el ruido. Un lmite ms bajo de SNR comnmente considerado parauna adecuada recepcin es de 10 dB. Esto significa que la seal tiene diezveces ms potencia que el ruido.

Reduccin del Efecto de Ruido e Interferencia

Los ingenieros utilizan varias tcnicas para combatir el ruido y lai n t e r f e rencia, entre las que se encuentran: (1) el refuerzo de la potenciaefectiva radiada, (2) la provisin de un medio para optimizar la fre c u e n c i ade operacin, (3) la seleccin de un esquema de modulacin adecuado, (4)la seleccin del sistema de antena apropiado y (5) el diseo de re c e p t o re scapaces de rechazar las seales de interfere n c i a .

generado en el espacio. A los 20 MHz (justamente debajo de la banda VHF), elruido espacial es generalmente mayor al ruido generado internamente. Esteruido disminuye gradualmente de tal forma que alrededor de los 200 MHziguala al ruido interno. En frecuencias ms altas es insignificante.

Ruido Ocasionado por el Hombre

Las lneas de transmisin de energa, el equipo de computacin y la maquinariaindustrial y de oficina producen ruido ocasionado por el hombre, el que puedellegar a un receptor por radiacin o por conduccin a travs de los cables deenerga. Este tipo de ruido fabricado por el hombre se llama interfere n c i ae l e c t romagntica (IEM) y es mayor en las reas urbanas. La puesta a tierra y elblindaje de los equipos de radio, as como el filtraje de las lneas de entrada dealimentacin CA son tcnicas que utilizan los ingenieros para suprimir la IEM.

Radiointerferencia No Intencional

En un momento dado, miles de radiotransmisores compiten por espacio en ele s p e c t ro de radio sobre y debajo del rango de frecuencias VHF y UHF. Lasarmnicas de los transmisores HF caen dentro de la banda VHF y las estacionesc o m e rciales de FM y otras emisiones de radios inalmbricos caen dire c t a m e n t ed e n t ro de las bandas VHF y UHF. El espectro de radio es especialmentecongestionado en Europa debido a la densidad de poblacin.

Una causa mayor de interferencia no intencional es la colocalizacin de lost r a n s m i s o res, re c e p t o res y antenas. Este es un problema a bordo de barcos endonde las limitaciones de espacio hacen que varios sistemas de radio se ubiquenj u n t o s .

Los medios para reducir la interferencia por colocalizacin incluyen antenascuidadosamente orientadas, la utilizacin de re c e p t o res que no se sobre c a r g a nen presencia de seales fuertes y no deseadas; y el uso de transmisore sdiseados para minimizar las armnicas y otras emisiones espurias.

Interferencia Intencional

La interferencia deliberada, o bloqueo, proviene de la transmisin en fre c u e n c i a sde operacin con la intencin de dislocar las comunicaciones. El bloqueo puedeser dirigido a un canal nico o ser de banda ancha. Puede ser continuo(transmisin constante) o a intervalos de comprobacin (transmisin solamentecuando est presente la seal a ser bloqueada).

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C A P T U L O

5COMUNICACIN DE DATOS POR RADIO VHF/UHF

R E S U M E N

n Las fuentes naturales (atmosfricas) y las creadas por el hombre ocasionan ruido e interferencia. Las lneas de transmisin, terminales de computacin y la maquinaria industrial son la causa principal del ruidocreado por el hombre.

n La congestin de los transmisores que compiten por un limitado espectro de radio ocasiona interferencia.

n Los transmisores colocalizados interfieren con los receptores cercanos.

n El bloqueo, o interferencia deliberada, es el resultado de la transmisin en las frecuencias de operacin con la intencin de dislocar las comunicaciones.

n La interferencia de trayectoria mltiple puede ser considerada como otra forma de ruido.

n La apropiada seleccin de la antena y el uso de tcnicas avanzadas de modulacin pueden reducir el efecto del ruido e interferencia.

Desde su inicio, las radiocomunicaciones utilizaron el cdigo Morsepara las comunicaciones de datos. A travs del tiempo, sed e s a r ro l l a ron tcnicas mejoradas para la transmisin de datostomando en consideracin la variabilidad del medio y el gran incre m e n t ode la velocidad a la cual ocurre la transmisin de datos sobre un enlace de radio. Adicionalmente, la aplicacin de las tcnicas de cdigos dec o r reccin de erro res y la solicitud de repeticin automtica (ARQ) queo f recen transferencias de datos libres de erro r, permiten el uso de lastransmisiones de radio en sistemas de comunicaciones de computador a computador.

Para entender los principios de la comunicacin de datos por radio,d e f i n i remos alguna terminologa comn de datos, explicando el significadodel modem. Resaltaremos tambin algunos problemas y solucionesasociados con la comunicacin de datos por radio.

Datos Binarios

Como una actividad, las comunicaciones implican la transferencia de informacin de un transmisor a un receptor sobre un canal adecuado.C o n s i d rese este libro, por ejemplo. Utiliza smbolos (el alfabeto) para codificar informacin en un conjunto de grupos de cdigos (palabras) paratransmisin en un canal (la pgina impresa) hacia un receptor (el lector).Aplicando este principio a los datos (informacin), comenzamos utilizandouna clase de taquigrafa para transformar los datos en palabras codificadas(dgitos binarios, o bitios) para transmisin sobre un canal (radio HF) haciaun receptor (el lector).

Los bitios son parte de un sistema de nmeros que tiene la base 2 queutiliza nicamente los smbolos 0 y 1. De esta forma, un bitio es cualquiervariable que asume dos estados distintos. Por ejemplo, un conmutadorest abierto o cerrado, un voltaje es positivo o negativo y as por el estilo.

Una manera simple de comunicar datos binarios es conmutar un circ u i t opara apagarlo o encenderlo, en patrones que son interpretados en el otroe x t remo del enlace. Esto es esencialmente lo que se hizo en los inicios dela telegrafa. Esquemas posteriores utilizaron un bitio para seleccionar unode dos posibles estados de las propiedades que caracterizan a unaportadora (onda de radio modulada) sea en frecuencia o amplitud.Adelantos ms sofisticados permiten a la portadora asumir ms de dosestados y por consiguiente re p resentar bitios mltiples.

Velocidad en Baudios

La velocidad de transmisin de datos es comnmente medida en bitios porsegundo (bps). En ocasiones la palabra baudio es usada como sinnimo debps, an cuando los dos trminos realmente tienen significados difere n t e s .Baudio es una unidad de velocidad de sealizacin y es una medida desmbolos por segundo que estn siendo enviados. Un smbolo puedere p resentar ms de un bitio.

La velocidad mxima en baudios que puede soportar un canal de radiodepende de su ancho de banda mientras ms grande es el ancho debanda, mayor es la velocidad en baudios. La velocidad a la cual setransmite la informacin, la velocidad en bitios, depende de cuantos bitios hay por smbolo.

Datos Asincrnicos y Sincrnicos

La transmisin de datos sucede de un modo asincrnico o sincrnico.

En transmisin de datos asincrnica, cada caracter tiene un bitio dearranque y otro de parada (Figura 5-1). El bitio de arranque prepara alreceptor de datos para aceptar el caracter. El bitio de parada coloca alreceptor de datos en un estado de espera.

La transmisin de datos sincrnica elimina los bitios de arranque y parada.Este tipo de sistema utiliza tpicamente un prembulo (una secuenciaconocida de bitios, enviada al inicio de un mensaje, que el receptor la

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utiliza para sincronizar con su reloj interno) para alertar al receptor de datosque el mensaje est en camino.

Los sistemas asincrnicos eliminan la necesidad de complejos circuitos des i n c ronizacin, pero a un costo de mayor coeficiente de carga que lossistemas sincrnicos. Los bitios de parada y arranque incrementan en un25 por ciento la longitud de un caracter, de 8 a 10 bitios.

Modems de Radio

Los radios no pueden transmitir datos directamente. Los niveles de voltajede los datos digitales deben ser convertidos a seales de radio, usando undispositivo llamado modulador, el que aplica el audio al transmisor. Demanera opuesta, en el re c e p t o r, un demodulador convierte el audionuevamente a niveles digitales de voltage. Los radios de Harris estnequipados con modems incorporados de alta velocidad (el MOdulador y el DEModulador, integrados conjuntamente), que permiten a los radiosoperar sea con entradas de voz o de datos.

Los modems de radio se clasifican dentro de tres categoras bsicas: (1)modems con desplazamiento codificado de frecuencias (FSK) de bajavelocidad; (2) modems de tono paralelo de alta velocidad y (3) modems de tono serial (nico) de alta velocidad.

Los modems ms sencillos emplean FSK para codificar datos binarios (0s y1s) (vase la Figura 5-2). La entrada al modulador es una seal digital quetiene uno de los dos posibles niveles de voltaje. La salida del modulador esuna seal de RF que es uno de los dos tonos posibles. Los sistemas FSKestn limitados a velocidades de datos menores a 75 bps debido a losefectos de la propagacin por trayectoria mltiple.

El Desplazamiento Codificado de Amplitud (ASK) es similar a FSK, exceptoque es la amplitud de la portadora la que es modulada en lugar de laf re c u e n c i a .

Es posible obtener mayores velocidades con mtodos ms modernos demodulacin de Desplazamiento Codificado de Fase (PSK) y esquemasavanzados de codificacin. El Desplazamiento Codificado de Fase sedescribe posteriormente en este captulo.

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Control de Errores

Existen diferentes mtodos para evitar problemas en la transmisin ded a t o s .

La codificacin anticipada de erro res (FEC) aade datos redundantes al flujode datos, para permitir al receptor de datos detectar y corregir erro res. Unaspecto importante de este concepto es que no re q u i e re un canal dere t o rno para la confirmacin. Si un receptor de datos detecta un erro r,simplemente lo corrige y lo re p roduce exactamente a los datos originales,sin notificar al remitente que hubo un problema. Las debilidades de FECson: al contrario de ARQ, FEC no asegura la transmisin de datos libres de e r ro res; FEC disminuye la tasa efectiva de transmisin de datos.

La tcnica de codificacin FEC es ms efectiva si los erro res ocurren deforma aleatoria en el flujo de datos. El medio de radio, sin embargo, tpicamente introduce erro res que ocurren en rfagas esto es, intervaloscon una tasa alta de erro res (BER) en el canal son diseminados conintervalos de una baja tasa de erro res. Para obtener total ventaja de latcnica de codificacin FEC, es mejor intercalar de forma aleatoria lose r ro res que ocurren en el canal mediante un proceso llamado intercalacin (Figura 5-3).

En el modulador, por ejemplo, el flujo de datos ingresa a una matriz de 9filas por 10 columnas. Los bloques se ingresan por filas y se descargan porcolumnas. Cuando el flujo de datos sale de la matriz para transmisin, la secuencia de los bitios de salida ser 1, 11, 21 y as por el estilo.

En el demodulador, el proceso es a la inversa mediante desinterc a l a c i n .Los datos se ingresan por columnas en una matriz idntica a la delt r a n s m i s o r. Se los lee en filas, recuperando la secuencia de datos a suestado original. As, si una rfaga ocasionara 9 bitios consecutivos errados,no ms de 3 de llos caeran en cualquier secuencia de 30 bitios despusde la desintercalacin. Entonces, si se utilizara la tcnica de codificacinFEC, los erro res seran corre g i d o s .

La decodificacin de decisin transitoria mejora an ms el poder de lacodificacin de correccin de erro res. En este proceso, un grupo desmbolos detectados que retienen sus caractersticas analgicas soncomparados contra el conjunto de posibles palabras codificadas a sertransmitidas. El sistema "re c u e rda" el voltaje del detector y aplica un

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factor ponderado a cada smbolo en la palabra clave, antes de tomar unadecisin sobre cul palabra clave fue transmitida.

Vo c o d e r

Las tcnicas de comunicaciones de datos se utilizan tambin para encriptarllamadas de voz mediante un dispositivo llamado vocoder (abreviacin dec o d i f i c a d o r-descodificador de voz). El vocoder convierte el sonido en unflujo de datos para transmisin por un canal de radio HF. Del lado derecepcin, un vocoder reconstruye los datos en sonido de calidadtelefnica.

Ecualizacin de Canal y Filtrado de Excisin

A ms de las tcnicas de correccin de erro res, los modems seriales de altavelocidad pueden incluir dos esquemas de procesamiento de seal quemejoran las transmisiones de datos. Un ecualizador automtico de canalcompensa las variaciones en las caractersticas del canal mientras se re c i b e nlos datos. Un filtro adaptivo de excisin rastrea y suprime la interfere n c i ade banda angosta a la entrada del demodulator, reduciendo los efectos dei n t e r f e rencia de canal compartido, esto es, interferencia en el mismo canalque est siendo utilizado. Harris ha patentado varias tcnicas para ejecutarestas funciones.

Modernas Formas de Onda para Modems de Datos de Alta Ve l o c i d a d

La tecnologa moderna de modems de alta velocidad, permite velocidadesde datos tan altas como 64 kbps. Las trayectorias de transmisin de radiotienen caractersticas que varan dependiendo de la banda de fre c u e n c i a( H F, VHF y UHF) y del ancho de banda del canal. A pesar de que la mayorade los canales HF tienen el ancho de banda limitado a 3 KHz, los canalesV H F, UHF y SATCOM tienen anchos de banda de 5 y 25 KHz. Paraacomodar y maximizar el rendimiento de la velocidad de datos para estostipos de transmisin de radio, se han creado un nmero de formas de onda robustas para datos. La Tabla 6-1 describe estos diferentes tipos de formasde onda y sus aplicaciones.

TABLA 6-1

Aplicacin de la Ancho de Banda Velocidad de Forma de Onda del Canal Datos en kbps

A S K 25 kHz 16 kbps UHF HAV E Q U I C K

F S K 25 kHz 16 kbps VHF SINCGARS

P S K 5 y 25 kHz 2.4 kbps S ATCOM DAMA

CPFSK 4-aria 5 kHz 4.8 k a 9.6 kbpsS ATCOM DAMA

S ATCOM DAMA 25 kHz 9.6 k a 56 kbps

TCM 16-aria 25 kHz 64 kbpsV H F / U H F

CPM M-aria 5 kHz 4.3 k a 8.5 kbpsV H F / U H F

V H F / U H F 25 kHz 21 k a 64 kbps

Desplazamiento Codificado de Fase (PSK)

PSK es similar a FSK, que se ilustra en la Figura 5-2, excepto que es la fasede la portadora en lugar de la frecuencia la que es modulada.

Desplazamiento Codificado de Fase Binaria (BPSK)

La forma ms simple de PSK se llama Desplazamiento Codificado de FaseBinaria (BPSK) que se ilustra en la Figura 5-4. La Figura 5-4a muestra unaonda de re f e rencia que cubre dos perodos de bitio. La Figura 5-4b muestrala onda despus de la modulacin con un bitio (0) y un bitio (1). Obsrveseque la seal correspondiente al segundo bitio (1) es una versin al revs de la forma de onda de re f e rencia. Esta porcin de la seal est a 180 con respecto a la forma de onda de re f e rencia.

Tmese en cuenta adems que la transicin desde el primer bitio alsegundo es abrupta. Esta repentina discontinuidad de fase crea una rfagade ruido de las bandas laterales conocido como "radiaciones espurias."Este ruido ocasiona interferencia de intersmbolo que limita severamente la velocidad de datos que esta forma simple de PSK puede entre g a r.

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PSK M-aria

Existen muchas formas de PSK. BPSK es modulada con solamente dos fasesde la portadora. Otro trmino para BPSK es PSK 2-aria o binaria. En estecaso M=2. La Figura 5-5 contiene un diagrama que re p resenta PSK M-ariaque muestra vectores que re p resentan los ngulos de fase asociados conlos tipos ms comunes de modulacin PSK M-aria.

BPSK es re p resentada por dos flechas que apuntan en sentido contrario launa de la otra en un ngulo de 180. Cada una de estas dos fases de BPSKpueden re p resentar solamente un bitio de informacin, sea un (0) o un (1).

El Cdigo de Desplazamiento de Fase en Cuadratura (QPSK), o PSK 4-aria,se re p resenta con cuatro flechas distribuidas alrededor de un crculo demanera que cada una est a 45 de la otra. Debido a que en estamodulacin se utilizan cuatro estados de fase, cada una de estas fasespuede re p resentar dos bitios de informacin. Avanzando en sentidoantihorario alrededor del crculo, estos bitios son (00), (01), (10) y (11). Estare p resentacin multibitio por fase es la clave para mayores velocidades dedatos, ya que cada fase re p resenta dos bitios en lugar de solamente uno.

La figura muestra tambin modulacin PSK 8-aria, en la cual cada fasere p resenta tres bitios. Finalmente, se muestra la modulacin PSK 16-aria.Cada fase re p resenta cuatro bitios de informacin. En un canal de radio sinruido, la modulacin PSK 16-aria tiene una velocidad de datos que esc u a t ro veces ms rpida que BPSK debido a que cada estado demodulacin de fase re p resenta cuatro veces ms bitios.

QPSK de Fase Continua

La Figura 5-6a ilustra cmo lucen las formas de onda de QPSK para cadauno de los cuatro estados de modulacin posibles de (00), (10), (10) y (11).Cada uno de estos pares de bitios re p resenta un smbolo de cdigo.

La Figura 5-6b ilustra una forma de onda QPSK que cubre dos perodos desmbolos en los cuales los smbolos cambian de (00) a (10). Ntese queaunque sto re q u i e re un desplazamiento de 180, no existe una re p e n t i n adiscontinuidad en la forma de onda. Esto se debe a que un perodo detransicin igual a la mitad del perodo de smbolo ha sido tomado paracambiar gradualmente la fase. Pese a que esto disminuye la velocidad dedatos, el tiempo adicional es compensado por la disminucin en la

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PSK M-ariaFigura 5-5.

discontinuidad del ruido por radiaciones espurias y por la interfere n c i ae n t re smbolos pre s e n t e .

Margen de Ruido

El problema con las formas de onda PSK con M = a 8 o 16 es que lad i f e rencia en fase entre cada estado de modulacin es muy pequea. Porejemplo, en PSK 8-aria y 16-aria, la diferencia de fase entre los smbolos(0000) y (0001) es solamente 45 y 22.5, respectivamente. El margen deruido es solamente la mitad de esos valores debido a que, cualquier ruidoque haga aparecer la seal que est a medio camino entre los valores re a l e spodra producir una decisin dudosa. Por consiguiente, el margen de ruidopara PSK 8-aria y 16-aria es solamente de 22.5 y 12.5, re s p e c t i v a m e n t e .

En un canal ruidoso de radio, esa angosta diferencia de fase es mucho msdifcil de detectar que el margen de ruido de 90 de los dos estados de fasesposibles en BPSK para los smbolos (0) y (1). As, an cuando PSK 16-ariapuede ser cuatro veces ms rpido que BPSK en un canal perfecto, podraser totalmente ilegible en un canal ruidoso.

La diferencia de fase entre los estados de fase adyacentes en un esquemaPSK se llama "margen de ruido". Mientras ms grande es el margen deruido, la transicin de smbolo es ms inmune al mismo.

BPSK puede ser lento, pero es muy robusto en un canal ruidoso.

Modulacin Codificada de Trellis (TCM)

La Figura 5-7 (A0) es una re p resentacin de un diagrama de fase PSK 8-ariaen donde la distancia lineal entre las flechas de puntos de fase adyacentesest marcada con (d). Como se indica anteriormente, el margen de ruidoc o r respondiente a esta distancia es de 22.5. El trmino "distancia" es otraforma de referirse al margen de ruido.

La distancia entre smbolos consecutivos en un flujo de datos puede sermaximizada mediante la particin en subconjuntos de cdigos que tenganuna distancia incrementada entre sus elementos. Partiendo desde unaconstelacin PSK-8 (en la Figura 5-7 A0), podemos crear dos subconjuntosPSK-4 tomando cada punto de seal en el crculo y ponindolos en unconjunto y el resto de puntos de la seal en otro conjunto (conjuntos B0 yB1). La distancia entre fases adyacentes en cada uno de estos conjuntos esde 1.85 veces (d).

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RESUMEN

n La transmisin de datos re q u i e re del uso de modems para convertir los datos digitales a seal de RF en transmisin y convertir nuevamente la seal de RF a forma digital en re c e p c i n .

n Los modems de radio se clasifican en FSK de baja velocidad, de tono paralelo de alta velocidad y de tono serial de alta velocidad.

n Los modems de tono serial pro p o rcionan comunicaciones de datos altamente mejorados, incluyendo mayor velocidad de datos con una p o d e rosa correccin anticipada de erro res (FEC), gran robustez y reducida sensibilidad a la interfere n c i a .

n Los sistemas FEC proveen correccin de erro res sin la necesidad de un enlace de re t o rno.

n I n t e rcalacin es una tcnica; es mayormente utilizada para canales HF que hacen aleatorias las rfagas de erro r, permitiendo a los sistemas FEC trabajar ms eficientemente.

n La decodificacin de decisin transitoria reduce an ms las velocidades de bitios errados, comparando un grupo de smbolos que retienen su caracterstica analgica contra el grupo de palabras codificadas posiblemente transmitidas.

n Un vocoder convierte las seales de voz en datos digitales para transmisin codificada sobre canales HF.

n La ecualizacin automtica de canales y el filtrado adaptivo de excisin son tcnicas de procesamiento de seales que mejoran el rendimiento de las comunicaciones de datos.

n El Cdigo de Desplazamiento de Fase M-ario es un mtodo para i n c rementar la velocidad de datos en las transmisiones de radio. La "M" significa el nmero de fases utilizadas en el esquema de m o d u l a c i n .

n La Modulacin Codificada de Trellis (TCM) es una tcnica de codifi-cacin que pro p o rciona una capacidad mxima de velocidad de datosa los flujos de datos PSK por mejoramiento del margen de ruido.

Cada uno de los conjuntos PSK-4 resultantes puede ms adelante serparticionado en dos subconjuntos BPSK (C0, C1 y C2, C3). La distanciae n t re los dos puntos de la seal en cada subconjunto BPSK es 2.6 veces (d).Considerando todas las combinaciones de fases para cada constelacin,existe un total de seis subconjuntos del conjunto bsico de seal PSK-8.

A cada seleccin de subconjuntos, incluyendo la seleccin de uno de lossmbolos BPSK en el ltimo conjunto, se le asigna un valor en bitios hasta untotal de tres bitios. Debido a que cada bitio tiene una distancia de seald i f e rente asociada con l, cada bitio tiene una diferente probabilidad dee r ro r.

Los bitios con la mayor probabilidad de error son codificados ensubconjuntos con una mayor distancia entre bitios. La codificacin hace quela seal sea diferente entre smbolos mltiples, debido a la entrada de bitiosen el smbolo actual. La distancia es entonces medida sobre los variosintervalos de smbolos permitiendo que la seal "construya" mayordistancia para cualquier decisin de bitios.

Este proceso de particin de subconjuntos y codificacin se denomina"Modulacin Codificada de Trellis". Este concepto bsico puede serextendido a una seal PSK 16-aria con una velocidad de bitio de hasta 64kbps en un canal de radio con un ancho de banda de 25 KHz.

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E l incremento en los requerimientos de mayor movilidad de last ropas ha dado paso a la tendencia de adoptar los sistemas deradio multibanda y multimodo. Mientras la tecnologa permite lap roduccin de equipos de radio ms pequeos y ms livianos, la capacidadde las comunicaciones en general no ha mantenido la demanda. Lanecesidad de flexibilidad, seguridad y confiabilidad de lasradiocomunicaciones terre s t res contina siendo un problema crtico.

Las dos limitaciones ms significativas del uso del radio son elcongestionamiento del espectro de frecuencias y los lmites fsicos en lap ropagacin de las ondas de radio. El desarrollo y la utilizacin de satlitesde comunicaciones son un intento de vencer estas limitaciones.

An cuando existe una necesidad para radios HF, VHF y UHF en elambiente tctico, existe tambin una necesidad para diferentes tipos desistemas satelitales. Estos pueden ser agrupados por bandas de fre c u e n c i atales como: Ultra Alta Frecuencia (UHF), Super Alta Frecuencia (SHF) y ExtraAlta Frecuencia (EHF). La Figura 6-1 resume las principales caractersticas deestos tres grupos.

La Figura 6-1 muestra que las caractersticas sobresalientes del grupo UHFson la movilidad de las terminales terre s t res y su costo relativamente msbajo. Este es el grupo utilizado por las fuerzas tcticas mviles de losEstados Unidos de Amrica. Los comentarios sobre SATCOM en estevolumen se limitarn a este sistema Satelital en UHF.

Un Satlite de Comunicaciones es una Repetidora de Radio

As como los telfonos celulares utilizan las repetidoras de radio ubicadasen torres y en edificios altos para incrementar la cobertura, los

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CAPTULO

6SATCOM - COMUNICACIONESSATELITALES EN UHF

Satlites SATCOMFigura 6-1.

t r a n s c e p t o res SATCOM alcanzan cobertura utilizando las repetidoras deradio colocadas en los satlites.

Tcnicamente, cualquier radio terre s t re que no tenga obstrucciones sobrel se encuentra en la lnea de vista (LOS) de un satlite que est sobre elhorizonte. En el Captulo 2 se enfatiza la ventaja que se obtiene con laaltura de la antena al extender la distancia de LOS. Un satlite es la mejort o r re para antenas.

UHF es la frecuencia candidata por excelencia para contactar un satlitedebido a que puede penetrar la atmsfera y la ionsfera con una pequeaa t e n u a c i n .

Frecuencias de Enlaces Ascendentes y Descendentes

La funcin de una repetidora es la de recibir una seal de radio en unaf recuencia en particular, amplificarla y luego convertirla en otra fre c u e n c i apara volverla a difundir. Las trayectorias de radio que suben y bajan de unsatlite se conocen como enlaces ascendentes y descendentes.

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Se re q u i e ren diferentes frecuencias en los enlaces ascendentes ydescendentes para evitar la realimentacin entre el transmisor satelital y elre c e p t o r. El rango de frecuencias de un enlace ascendente UHF va de292.95 MHz a 310.95 MHz, mientras que el rango de frecuencia de unenlace descendente va de 250.45 MHz a 269.95 MHz.

Las frecuencias de enlaces ascendentes y descendentes van en pares dentrode grupos de canales especficos y planes de frecuencia dentro de esegrupo. Por ejemplo, Canal 2, Plan A, especifica una frecuencia de enlaceascendente de 251.95 MHz y una frecuencia de enlace descendente de2 9 2 . 9 5 .

Los transceptores SATCOM pueden ser programados de tal forma quecuando se seleccione el modo SATCOM, el transceptor ajustado en uncanal especfico pueda escoger automticamente la frecuencia corre c t apara enlace ascendente y descendente tanto para transmitir como parare c i b i r.

La Orbita Geoestacionaria y rea de Cobertura

Las leyes fsicas determinan que la velocidad de una rbita satelitalestacionaria depende de su distancia sobre la Tierra. Si se coloca un satliteen una rbita estacionaria a 35.786 kilmetros sobre el ecuador, ste deberviajar lo suficientemente rpido para rotar alrededor de la Tierra en 24horas. Ya que sta es exactamente la misma velocidad a la que gira la Ti e r r a ,un satlite colocado en esa rbita levitar en el mismo lugar sobre la Ti e r r aya que los dos estn rotando juntos. A esto se le llama rbitageoestacionaria. Los satlites ms cercanos a la Tierra debern viajar msrpido para permanecer en rbita y sus ubicaciones podran desplazarsehacia el Este alrededor de la Ti e r r a .

La gran ventaja de tener un satlite de comunicaciones en rbitageoestacionaria es que se dispone de una rea de cobertura fija con unenorme LOS. La Figura 6-2 re p resenta reas de LOS superpuestas cre a d a steniendo cuatro satlites distribuidos uniformemente alrededor de la Ti e r r as o b re el ecuador. Estas reas de LOS se llaman reas de cobertura delsatlite. Cuatro de estos satlites pro p o rcionan reas de cobertura quea b a rcan la Tierra desde latitudes de 70 al Norte hasta 70 al Sur.

Un transceptor terre s t re ubicado en algn lugar dentro de una rea decobertura puede enlazar con el satlite asociado y luego de re g reso haciacualquier otro transceptor localizado dentro del rea de cobertura. Por

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ejemplo, la Figura 6-2 muestra que un transceptor ubicado en algn puntoen Amrica del Norte puede enlazarse con un transceptor localizado enalgn lugar en Amrica del Sur.

Muchas ubicaciones se encuentran bajo dos reas de cobertura adyacentes.Esto posibilita escoger entre dos opciones de trayectorias satelitales. Porejemplo, un transceptor ubicado cerca a la Costa Este de los Estados Unidosse encuentra dentro de las reas de cobertura de dos satlites FLT1 y FLT3. El rea de cobertura de FLT3 incluye a toda Europa y frica. Teniendo laposibilidad de utilizar estas dos reas de cobertura pro p o rciona un rangoque incluye la mayor parte de los Estados Unidos, Amrica del Sur, Europa yfrica.

Con el uso de las estaciones terre s t res de repeticin, el alcance decomunicaciones de un transceptor SATCOM puede tener coberturam u n d i a l .

Antenas SAT C O M

Las malas noticias sobre satlites geoestacionarios es que deben estar a35.786 kilmetros sobre el ecuador. Esta es una muy larga distancia de LOSpara un transceptor de UHF de relativa baja potencia. (Los transceptores demochila SATCOM estn generalmente limitados a 20 vatios o menos depotencia de transmisin de la seal.)

Las buenas noticias sobre satlites geoestacionarios es que se conoce suubicacin exacta, de manera que la direccin de LOS hacia el satlite puedeser calculada desde cualquier lugar dentro de su rea de cobertura.

Para obtener un buen balance de estas buenas y malas noticias, las antenasutilizadas para el trabajo de SATCOM son direccionales (Figura 6-3). Estosignifica que son construidas con un reflector similar a aquellos utilizadosen una linterna para focalizar el haz. Mediante la focalizacin del haz deuna antena direccional, se puede intensificar la potencia efectiva radiada enc u a t ro veces o ms. Las tropas de tierra en un determinado teatro deoperaciones conocen exactamente el rumbo magntico (acimut) y laelevacin de tal forma de posicionar la antena directamente hacia elsatlite deseado.

Para conseguir un mayor margen de enlace, para las aplicaciones deestaciones vehiculares y fijas usualmente se incluye un adaptador que

Antena SATCOMFigura 6-3.

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p rovee amplificacin de la seal de transmisin del radio de mochila a 50v a t i o s .

Caractersticas del Canal UHF SAT C O M

Como un ejemplo de las caractersticas del canal UHF SATCOM, la Armadade los Estados Unidos tiene un grupo de satlites denominados "FleetS ATCOM" (FLT S ATCOM). Las capacidades de los canales de los satlitesF LT S ATCOM son las siguientes:

n Un canal de enlace descende