Espectro Disperso o Ensanchado 1

5/14/2018 Espectro Disperso o Ensanchado 1 - slidepdf.com

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Espectro Disperso o Ensanchado

(SPREAD SPECTRUM, SS)



SS: Es una técnica de modulación empleada en telecomunicaciones

para la transmisión de datos, por lo general digitales y porradiofrecuencia.

CONCEPTO

El fundamento básico es el "ensanchamiento" de la señal atransmitir a lo largo de una banda muy ancha de frecuencias,

mucho más amplia, de hecho, que el ancho de banda mínimorequerido para transmitir la información que se quiere enviar



Concepto

• En un sistema común de modulación (AM, FM), para poder captarun programa radial hay que sintonizar un emisor que está en unadeterminada frecuencia. Emisores diferentes están en diferentesfrecuencias. Cada emisor ocupa un pequeño trozo de la bandaemisora dentro de la cual se concentra la potencia de emisión

irradiada. Ese trocito, también llamado amplitud de banda, tieneque ser lo suficientemente grande como para que los emisorescercanos no sean interferidos. A medida que la amplitud de bandaes más angosta, pueden funcionar más emisores en una banda defrecuencia.



Tecnicas de ensanchamiento de espectro

• DSSS: Espectro ensanchado por secuencia Directa

En esta técnica se genera un patrón de bits (chips)redundante (Código deBarker)para cada uno de los bits que componen la señal. Cuanto mayor seaeste patrón de bits, mayor será la resistencia de la señal a las interferencias.

Un ejemplo de esta secuencia es el siguiente. +1-1+1+1-1+1+1+1-1-1-1-1 .misma cantidad de ceros (-1) y unos (+1). Solo los receptores a los que elemisor haya enviado previamente la secuencia podrán recomponer la señaloriginal.

Las frecuencias vienen comprendidas entre 2.412 y 2.484GHz. Estas sondivididas en canales dependiendo de la legislacion de cada pais.



Tecnicas de ensanchamiento de espectro

FHSS: Espectro ensanchado por salto de frecuencia.

Consiste en transmitir una parte de la información en una determinada frecuenciadurante un intervalo de tiempo llamada dwell time e inferior a 400 ms. Pasado estetiempo se cambia la frecuencia de emisión y se sigue transmitiendo a otra frecuencia.

De tal manera que cada tramo de información se va transmitiendo en una frecuenciadistinta durante un intervalo muy corto de tiempo.El orden en los saltos en frecuencia y las frecuencias se denominan patrón de salto(hopping pattern)., y se determinan según una secuencia pseudoaleatoria que tantoel emisor y el receptor conocen. .Esta técnica también utiliza la zona de los 2.4GHz, la cual organiza en 79 canales con

un ancho de banda de 1MHz cada uno. El número de saltos por segundo es reguladopor cada país



Ventajas

• Resiste todo tipo de interferencias.• Se puede compartir la misma banda de frecuencia con otros

usuarios.

• Confidencialidad de la información transmitida gracias a los códigospseudoaleatorios (multiplexación por división de código).

• Tiene la habilidad de eliminar o aliviar el efecto de las interferencias multipath

Desventajas

• Ineficiencia del Ancho de Banda

• Altos costos de implementación

http://wapedia.mobi/es/Interferencia_multisenda

http://wapedia.mobi/es/Interferencia_multisenda



Capacidad del canal de transmisión

Se llama capacidad de un canal a la velocidad, expresada en bps ( bitspor segundo), a la que se pueden transmitir los datos en un canal oruta de comunicación

C = W x log 2 (1+(S/N)) bits por seg (bps)

(Teorema de Shannon)

• W = Ancho de banda

• S= Potencia de la señal

• N= Potencia del Ruido

SNR = 10log (S/N) (dB) Relación señal a ruido



Comunicación via microondas y

Ecuación de Friis



Un enlace via microondas es el que provee conectividad entre dos sitios(estaciones terrenas) en línea de vista directa (Line-of-Sight, LOS).Las principales frecuencias utilizadas van desde los 500Mhz hasta los300GHZ aproximadamente, por tanto las longitudes de onda sonpequeñas De ahí se deriva el nombre de “micro” ondas.

Concepto



Componentes basicos de un sistema decomunicaciones via microondas

Transmisor ------------------------ Antena TxReceptor ----------------------- Antena RxRepetidorCanal de comunicación

Antenas: Son dispositivos que permiten la transicion de la energiaelectromagnetica desde el transmisor hacia el espacio libre.

.



Tipos de antenas

• Omnidireccionales▫ Transmiten en todas las direcciones

▫ Ganancia baja

• Direccionales▫ Transmiten en una sola dirección

▫ Mayor ganancia



Antenas Parabolicas

• Son direccionales

• Mayor tamaño de parabola= Mayor ganancia



Ecuacion de Friis

Densidad Espectral de Potencia Area de absorción

Potencia de la antena Receptora



Ecuacion de Friis

Atenuación de la señal



Perdidas en el Espacio libre(Lp)



Ejemplo

Margen de Desvanecimiento o Fading

Las comunicaciones requieren la propagacion de ondas electromagneticas por elespacio libre., lo que puede conllevar a perdidas de intensidad de la señal y

trayectoria. Estas perdidas s ele pueden atribuir a diferentes fenomenos como lluvia,nieve granizo, trayectorias multiples de transmision y a supeerficiies irregulares de latierra.





AntenasSon dispositivos que permiten la transicion de la energia electromagnetica desde eltransmisor hacia el espacio libre. Las antenas deben dotar a las señales a enviar dedireccion y polarizacion.

PRINCIPIOS BÁSICOS.

Antena Isotrópica.

Se define como una antena puntual que irradia potencia a una tasa constante y uniformemente en todas las direcciones. Físicamente esta antena no existe,pero se puede aproximar a una antena omnidireccional.

Densidad de Potencia: (W/m2)



Ejemplo

Resistencia de Radiacion

Donde, R r = Resistencia de Radiacion (ohms), P rad = Potencia irradia por la antena,I = Corriente en el punto de alimentacion de la antena (A)



Eficiencia de una antena

Es la relacion de la potencia irradiada y potencia de entrada (P. irradiad+P.

disipada)

Tambien se puede dar la eficiencia en funcion de la resistencia de radiacion

η= Rr / Rr+Rperd. Rtotal = Rr+Rperd

Rperdidas. , se asocia a toda la energía disipada en calor



Ganancia Directiva y Ganancia de Potencia

La ganancia directiva es la relacion de la densidad de potencia irradiada en una

direccion particular entre la densidad de potencia irradiada al mismo punto por unaantena de referencia, suponiendo que ambas antenas esten irradiando la mismacantidad de potencia. La ganancia maxima se denomina directividad y esta dadapor la siguiente relacion:

Donde, D = es la ganancia directivaP = densidad de potencia en un punto (watts/m2).Pref = densidad de potencia en el mismo punto pero usando la antena de

referencia, (por lo general es una antena isotropica). (watts/m2)

La ganancia de potencia es la misma potencia directiva, excepto que usa la

potencia total alimentada a la antena, es Ap o simplemente G. Tambien lapodemos medir en DB o Dbi (si la antena de referencia es una antenaisotropica).

Ap = Dη

Ap (DB)= 10 log Ap



Potencia Isotropica efectiva (EIRP o PIRE)

EIRP se define como la potencia equivalente de transmision, se puede expresar en watts, DB, DBm, en funcion de la potencia radiada y la ganacia directiva o la

potencia de entrada y la ganancia total de la antena

EIRP = Prad x Dt (watts)

Prad= Potencia total irradiadaDt = Ganancia directiva de la

antena de transmision

EIRP = Pentr. x At

Pentr. = Potencia total de entrada ala antenaAt o Gt= Ganancia de potencia dela antena de transmision



Densidad de Potencia: (W/m2)

La densidad espectral se puede poner en terminos de

ganancia de potencia y directiva y potencia de entrada eirradiada

P = Densidad de potencia espectral

Prad = Potencia irradiadaDt= Ganancia DirectivaR= Distancia a la antena entre las antenas



Ejercicio 1

Ejercicio 2



Densidad de potencia capturada

Area de Captura y potencia capturada



Area de Captura y potencia capturada



Polarización de las antenas

La polarización de una antena es la orientación del campo eléctrico que fluye de ella.

Los tipos de polarización En un punto determinado la onda del campo eléctrico puede tener dos componentesvectoriales perpendiculares (transversales) a la dirección de propagación. Las doscomponentes vectoriales transversales varían su amplitud con el tiempo, y la suma deambas va trazando una figura geométrica. Si dicha figura es una recta, la polarización

se denomina lineal; si es un círculo, la polarización es circular; y si es una elipse, lapolarización es elíptica.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/99/Vector_components.png



Polarización LinealEsta polarización se produce cuando ambas componentes están en fase (con unángulo de desfase nulo, cuando ambas componentes alcanzan sus máximos y

mínimos simultáneamente) o en contrafase (con un ángulo de desfase de 180º,cuando cada una de las componentes alcanza sus máximos a la vez que la otraalcanza sus mínimos). La relación entre las amplitudes de ambas componentesdetermina la dirección de la oscilación, que es la dirección de la polarización lineal.

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Linear_polarization_schematic.png



Polarización CircularEn esta polarización las dos componentes XY tienen exactamente la misma amplitud y

están desfasadas exactamente 90º. En este caso, una componente se anula cuando laotra componente alcanza su amplitud máxima o mínima. Existen dos relacionesposibles que satisfacen esta exigencia, de forma que la componente x puede estar 90ºadelantada o retrasada respecto a la componente Y, lo cual nos da la dirección delcampo eléctrico .

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/67/Circular_polarization_schematic.png



Polarización ElípticaEn esta polarización las dos componentes tienen distintas amplitudes y el ángulo de

desfase entre ellas es diferente a 0º y a 180º, es decir que no están en fase ni encontrafase

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6a/Elliptical_polarization_schematic.png



Tipos de Antena

Dipolo

Un dipolo es una antena con alimentación central empleada para transmitir o recibirondas de radiofrecuencia. Consiste en dos elementos conductores rectilíneoscolineares de igual longitud, alimentados en el centro. Existen Dipolos en V, de mediaonda,

ʎ= c/F

F en Mhz



Dipolo V invertida

Angulo de la V ≥ 120 y los

bordes alejados de la tierra

Dipolo Doblado

Es un dipolo cuyos brazos han sido doblados porla mitad y replegados sobre sí mismos. Laimpedancia del dipolo doblado es de 300 Ohm,mientras que la impedancia del dipolo simple en

el vacío es de 73 Ohm.



Antena Yagi-uda

Se suele llamar antena Yagi, consta de tres elementos. El elemento excitado oradiador (dipolo doblado de media onda), reflector y uno o mas directores. El radiadores el que va conectado a la linea de transimision, solo se usa para recibir.El reflector , es un elemento parasito mas el radiador, su funcion es reducir laintensidad de la señal .que esta en su direccion e incrementar la que esta en sentidoopuesto.Director , es un elemento parasito mas corto que el radiador su funcion esincrementar la intensidad del campo en su direccion y reducir el que esta en

direccion opuesta.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/Esquema_antena_yagi.GIF



Antena Helicoidal

Este tipo de antena posee un elemento excitado en forma de helice rigida , conespiras espaciadas y con longitud aproximada del eje igual al producto de lacantidad de vueltas por la distancia entre las vueltas. Se usa para transmisionde UHF y VHF.



Antena de Reflector parabólico

Estas antenas son las mas usadas en comunicación vía microondas y satélites

debido a que proporcionan ganancias y directividades bastante altas.

Partes de la antena Parabólica

* Reflector * Mecanismo de Alimentación



Ganancia de Potencia de una antena parabólica



Area de captura de la antena receptora



Este mecanismo es el que en realidad irradia la energia electromagnetica ,razonpor la cual se le puede denominar antena primaria.

Tipos de antenas de acuerdo a los mecanismos.

* Alimentacion Central : Esta antena tiene un reflector esferico adicional

Funcionamiento: La antena primaria se coloca en el foco. La energía irradiada haciael reflector se refleja hacia afuera, en forma de haz concentrado. Sin embargo la

energía que no se refleja en el paraboloide se reparte en todas las direcciones y tienela tendencia a perturbar las distribución general de la radiación. El reflector esféricoredirige esas emisiones , hacia el reflector parabólico, donde se vuelven a reflejar en ladirección correcta.

Mecanismos Alimentadores



* Antena Cassegrain

La fuente de radiacion primaria esta atras de una pequeña abertura en el verticedel paraboloide y no en el foco. La antena primaria se apunta hacia un pequeñoreflector secundario que esta entre el vertice y el foco. Los rayos emitidos por laantena primaria se reflejan en el subreflector (reflector secundario), y a

continuacion ilumina el reflector parabolico principal



* Alimentacion por cuerno o bocina o de un solo haz

La antena primaria es cónica o de embudo yno un dipolo simple o una red de dipolos.

Consta de una red de guías de onda queirradian en forma direccional hacia elreflector parabólico.



Comunicaciones Satelitales

Básicamente un sistema satelital es un sistema repetidor en órbita. sucomportamiento es similar al de un espejo que refleja los datos que se le envíandesde una estación terrestre hacia las antenas instaladas en el territorio al que elsatélite da cobertura.

Elementos que intervienen en un enlace Satelital

• Estaciones Terrenas: Se encargan del control, Telemetría, y rastreo del satélite,codificación de datos y controla velocidad de transferencia. Estas EstacionesTerrenas tienen la capacidad de transmitir y recibir información. Si se tiene un

vinculo tierra- satélite se dice que hay un enlace ascendente (Uplink) Si existe un vinculo satélite - Tierra, se dice que hay un enlace descendente (Downlink)

•Transponder : Es el elemento que permite transmitir y recibir información en elsatélite.



Bandas de Frecuencia

Las bandas de frecuencia usadas son:

C: uplink 5,925-6,425 GHz, downlink 3,7-4,2 GHzKu: uplink 14-14,5 GHz, downlink 11,7-12,2 GHzKa: uplink 19,7 GHz, downlink 31Ghz.El ancho de Banda es 500MHz. Este ancho de banda esta dividido en 12 bandas de 40MHz cada una en donde se usan 2MHZ a cada lado como banda de guarda. .



Tipos de Orbitas de un Satelite

• Forma de la Orbita•Orbita Circular•Orbita Eliptica

• Recorrido o Trayectoria•Ecuatorial: Satélite gira de manera paralela al Ecuador.• Polar : satélite gira arriba de los polos o pasa por los dos polos en su

recorrido.•Inclinada :Cualquier otra trayectoria

Forma de la Orbita

Orbita Circular

Recorrido o Trayectoria




• Altura de la Orbita

LEO (Low Earth Orbit , que significa órbitas bajas) Orbitan la Tierra a una distancia de 640-1600 kmy su velocidad les permite dar una vuelta al mundo en 90 minutos. Se usan para proporcionardatos geológicos sobre movimiento de placas terrestres y para la industria de la telefonía satélite.

MEO (Medium Earth Orbit , órbitas medias). Son satélites con órbitas medianamente cercanas,> 9600 km. Su uso se destina a comunicaciones de telefonía y televisión, y a las mediciones de

experimentos espaciales.

HEO (Highly Elliptical Orbit , órbitas muy elípticas). Estos satélites no siguen una órbita circular,sino que su órbita es elíptica. Esto supone que alcanzan distancias mucho mayores en el punto deórbita más alejada. A menudo se utilizan para cartografiar la superficie de la Tierra, ya que puedendetectar un gran ángulo de superficie terrestre

GEO. Tienen una velocidad de traslación igual a la velocidad de rotación de la Tierra, lo quesupone que se encuentren suspendidos sobre un mismo punto del globo terrestre. Por eso sellaman satélites geoestacionarios. Para que la Tierra y el satélite igualen sus velocidades esnecesario que este último se encuentre a una distancia fija de 35.800 km sobre el ecuador. Seusan para televisión y telefonía, transmisión de datos a larga distancia, y detección y difusión dedatos meteorológicos.




Apogeo> 3000 km

Perigeo ≈ 30000 km



Lanzamiento de un SateliteClases de Vehiculos

• ELV (Expendable Launch Vehicles): El vehículo sólo sirve para un lanzamiento, nosiendo recuperable. No necesita tripulación humana•Estos satélites son colocados en una órbita elíptica inclinada, llamada órbita detransferencia. En el apogeo de esta órbita de transferencia un motor AKM (apogeekick motor) coloca al satélite en una órbita geoestacionaria con inclinación cero .

• STS (SPACE SHUTTLE) : Gran parte del lanzador es reutilizable. NecesitaTripulacion humana. Los satelites son liberados en orbita baja, para desplazarlosa la orbita de transferencia es necesaria una etapa denominada PAM, (Playloadassist modulo) , y un motor AKM, que lo coloca en la orbita geoestacionaria.

http://www.upv.es/satelite/trabajos/pract_13/orbitas.htm






Las ventajas de esta tecnología (STS )son:•Ofrece una bodega de grandes dimensiones.•Se puede revisar y reparar el satélite antes de soltarlo.

Sus principales desventajas son:•Necesidad de un motor PAM para la colocación del satélite en órbita detransferencia.•Al llevar tripulación humana se imponen importantes restricciones de seguridad en eldiseño del satélite, con lo que su coste económico se incrementa.

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Espectro Disperso o Ensanchado 1