CONCEPTOS BÁSICOS ESPECÍFICOS DE RADIOCOMUNICACIÓN

CONCEPTOS BÁSICOS ESPECÍFICOS DE RADIOCOMUNICACIÓN

1. INTRODUCCIÓN

   • 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.
     • En este sentido, los conceptos básicos necesarios para la correcta comprensión de los sistemas de radiocomunicación en general y los de los sistemas móviles de comunicaciones en particular son:
       • 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.

2. CONCEPTO DE BALANCE DE POTENCIA

   • 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.
     • Es decir, de una manera sencilla (si operamos en decibelios, utilizaremos sumas y restas) y nada relacionada en su operativa con los conceptos más complejos del electromagnetismo, relacionaremos los elementos transmisores con los receptores, a través del medio por el que se propaga la señal radioeléctrica.
   • CONCEPTO DE RUIDO
     • 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.
       • Efectivamente, en todos los sistemas de comunicaciones en general (incluyendo los radioenlaces fijos), y en concreto en los móviles en estudio, nos referiremos siempre a dos magnitudes: de un lado la relación señal a ruido y de otro la relación señal a interferencia.
         • Estas dos magnitudes están presentes en el diseño de todos los sistemas de comunicaciones móviles, donde la primera se considerará sobre todo en los sistemas analógicos más clásicos y la segunda en los sistemas celulares más modernos.
           • 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, así como cualquier otra señal no deseada que acompañe a la señal de interés, y que por estar en su misma banda frecuencial y con niveles perceptibles perturba su correcta recepción.
             • De esta manera, se aprecia cómo el ruido incluye un conjunto amplio de perturbaciones, que dado el alcance del texto que nos ocupa únicamente trataremos de forma limitada
     • CONCEPTO DE INTERFERENCIA
       • Interferencia electromagnética
         • En los sistemas más clásicos de comunicaciones, la relación que establece el rendimiento e incluso la viabilidad de las comunicaciones es la relación señal deseada a ruido. En 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 clásicos regidos por la relación señal a ruido también deben tener muy en cuenta las interferencias en el sistema, en tanto que puede ocurrir que, aunque la relación señal a ruido del sistema sea la adecuada, exista una señal indeseada, bien en el canal deseado o bien en un canal próximo (canales adyacentes), que dificulte e incluso impida la comunicación.
             • En el mismo sentido, en 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, la relación señal a ruido no debe ser nunca un obstáculo no controlado en el diseño.
               • La interferencia electromagnética se define como el conjunto de señales de radiofrecuencia no deseadas captadas por los receptores de un sistema, y que degradan su sensibilidad. En este mismo entorno, se denomina compatibilidad electromagnética al conjunto de actuaciones destinadas a controlar la presencia de interferencias electromagnéticas.
                 • Existen dos tipos de interferencias de radiofrecuencia:
                   • — Interferencia cocanal, que es aquella producida en el propio canal de interés. Se puede controlar con el efecto captura (típico de la modulación FM).
                   • — Interferencia de canal adyacente o fuera de banda, que 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.
                   • En los sistemas de comunicaciones debemos controlar los dos tipos de interferencias. De hecho, en todos los sistemas de comunicaciones se establecen valores máximos de relación señal a interferencia que deben ser superados en dos casos.
       • MODELO DE PROPAGACIÓN EN TIERRA PLANA
         • El modelo que nos ocupa es absolutamente teórico y uno de los que 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.
           • En el desarrollo del modelo se considera en el camino entre el transmisor y el receptor un rayo incidente directo (RD) y uno reflejado (RR), de acuerdo con la teoría óptica e intuitiva más básica.
             • Al receptor llegan el rayo directo, cuya intensidad de campo eléctrico en unidades naturales será eo, así como un único rayo reflejado de valor (eo • R), cada uno con una fase consecuencia de los diferentes caminos recorridos, y una relación R de módulos. Este valor del coeficiente de reflexión R será diferente si se trata de una señal polarizada de una manera o de otra.
         • INFLUENCIA CONJUNTA DEL TERRENO Y LA ATMÓSFERA
           • El terreno circundante, o cuando menos el terreno existente entre emisor y receptor, condiciona la señal recibida, es decir, la atenuación existente en el trayecto.
             • La atenuación del terreno nos debemos remitir a los efectos atmosféricos, y más en concreto a la zona de la atmósfera donde se produce la propagación de nuestra señal radioeléctrica.
               • A las alturas sobre la superficie terrestre a las que se sitúan los receptores y transmisores de los sistemas móviles, así como a las frecuencias en que se utilizan éstos, la propagación de la señal electromagnética se efectúa en las capas bajas de la atmósfera, en concreto en la troposfera.
                 • Se puede afirmar, en base a numerosas evidencias científicas, que la troposfera se dispone en forma de capas de características variables, es decir, está estratificada.
                   • Las sucesivas capas que la componen presentan diferentes densidades y, por tanto, diferentes índices de refracción. La situación se ilustra en la Figura 2.19. Como vemos, 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, y va experimentando variaciones en su trayectoria que hacen que ésta no sea recta.
                     • Si llevamos esta situación a su límite, es decir, aquel en que las capas son de anchura infinitesimal, nos encontramos con que el haz radioeléctrico experimenta una curvatura en su trayectoria entre emisor y receptor debida al fenómeno de la refracción.
                       • Las características de la atmósfera, y en concreto su refractividad, según las diferentes zonas climáticas y según las condiciones ambientales puntuales, puede ser sub o superrefractiva, con lo que el rayo puede curvarse en dos sentidos diferentes, en sentido ascendente o en sentido descendente, respectivamente.
                         • Los planos típicamente usados en el trazado de perfiles son los de las escalas siguientes:
                           • Escala 1:50.000, para distancias entre transmisor y receptor de entre 25 y 80 km.
                           • Escala 1:25.000, para distancias entre transmisor y receptor por debajo de 25 km.
           • INFLUENCIA DE LOS OBSTÁCULOS DEL TERRENO
             • La existencia de elementos que interfieren en la trayectoria de propagación de la señal radioeléctrica en el camino entre el transmisor y el receptor implica que no toda la señal emitida alcanzará su destino.
               • En concreto, 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.
             • DOS OBSTÁCULOS AISLADOS DEL TERRENO
               • La atenuación en el caso de la existencia de dos obstáculos aislados se resuelve por medio de una integral doble de Fresnel, que puede ser expresada de forma simple como desarrollos en serie.
                 • Sin embargo, en la práctica se utilizan métodos empíricos de cálculo. Básicamente, la situación es tal que el primero de los obstáculos actúa como la fuente de difracción para el segundo de ellos, y todos los resultados matemáticos se derivan de esta circunstancia.
                   • En la evaluación de estos resultados empíricos se han propuesto una gran profusión de modelos para efectuar este cálculo matemático. En este texto expondremos tres de ellos, que son los que más se aproximan a la situación real.
               • MÚLTIPLES OBSTÁCULOS
                 • El modelo de tratamiento del problema de más de dos obstáculos entre emisor y receptor viene dado también por el documento del UIT-R P.526, y es similar al Epstein-Peterson propuesto antes para dos obstáculos, en tanto que es el que mejor traduce en fórmulas el fenómeno de la difracción en cadena que acontece.
                   • En concreto, este modelo utiliza lo que se denomina polígono funicular, donde lo que se considera para evaluar el trayecto completo son los subvanos conformados por el emisor, el receptor y cada uno de los obstáculos del terreno.
                     • Estos 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. Este método de cálculo no suele resultar muy práctico en tanto que los vanos de este tipo suelen ser directamente subestimados en el caso de radioenlaces fijos, tratando de buscar otras alternativas de comunicación.
                       • Sin embargo, en los modos de cálculo de coberturas, debe ser utilizado, aunque su implementación como radioenlace no tuviera sentido

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