761

INTRODUCCIÓN

Se suelen describir las microondas como ondas electromagnéticas cuyas frecuencias van desdeunos 500 MHz hasta 300 GHz o más. Por consiguiente, las señales de microondas, a causa de susaltas frecuencias inherentes, tienen longitudes de onda relativamente cortas, de ahí el nombre“micro” ondas. Por ejemplo, la longitud de onda de una señal de microondas de 100 GHz es de0.3 cm, mientras que una señal de 100 MHz, como las de la banda comercial de FM, tiene unalongitud de 3 m. Las longitudes de las frecuencias de microondas van de 1 a 60 cm, un poco ma-yores que la energía infrarroja. La tabla 17-1 es una lista de algunas de las bandas de radiofrecuen-cia en microondas disponibles en Estados Unidos. Para la operación dúplex (en dos sentidos)que se requiere en general en los sistemas de comunicaciones por microondas, cada banda defrecuencias se divide a la mitad, y la mitad inferior se llama banda baja y la superior es la ban-da alta. En cualquier estación de radio dada, los transmisores funcionan normalmente en labanda baja o en la alta, mientras que los receptores funcionan en la otra.

La gran mayoría de los sistemas de comunicaciones establecidos desde mediados de ladécada de 1980 es de naturaleza digital y por consiguiente transporta información en formadigital. Sin embargo, los sistemas terrestres (basados en la Tierra) de radio repetidoras de mi-croondas que usan portadoras moduladas en frecuencia (FM) o moduladas digitalmente (PSK oQAM) siguen constituyendo 35% del total de los circuitos de transporte de información enEstados Unidos. Hay muchos tipos distintos de sistemas de microondas funcionando a distan-cias que varían de 15 a 4000 millas. Los sistemas de microondas de servicio intraestatal o ali-mentador se consideran en general de corto alcance, porque se usan para llevar información adistancias relativamente cortas, por ejemplo, entre ciudades de un mismo estado. Los sistemasde microondas de largo alcance son los que se usan para llevar información a distancias re-lativamente largas, por ejemplo, en aplicaciones de ruta interestatal y de red primaria. Las ca-pacidades de los sistemas de radio de microondas van desde menos de 12 canales de banda de vozhasta más de 22,000. Los primeros sistemas tenían circuitos de banda de voz multiplexados pordivisión de frecuencia, y usaban técnicas convencionales, de modulación en frecuencia nocoherentes. Los más modernos tienen circuitos de banda de voz modulados por codificaciónde pulsos y multiplexados por división de tiempo; usan técnicas de modulación digital más

Radiocomunicacionespor microondas y ganancia

del sistema

17C A P Í T U L O

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modernas, como la modulación por conmutación de fase (PSK) o por amplitud en cuadratura(QAM).

VENTAJAS DE LAS RADIOCOMUNICACIONES POR MICROONDAS

Los radios de microondas propagan señales a través de la atmósfera terrestre, entre transmiso-res y receptores que con frecuencia están en la punta de torres a distancias de 15 a 30 millas. Así,los sistemas de radio de microondas tienen la ventaja obvia de contar con capacidad de llevarmiles de canales individuales de información entre dos puntos, sin necesidad de instalaciones fí-sicas, como cables coaxiales o fibras ópticas. Así, claro está, se evita la necesidad de adquirirderechos de vía a través de propiedades privadas. Además, las ondas de radio se adaptan mejorpara salvar grandes extensiones de agua, montañas altas o terrenos muy boscosos que constitu-yen formidables barreras para los sistemas de cable. Entre las ventajas del radio de microondasestán las siguientes:

1. Los sistemas de radio no necesitan adquisiciones de derecho de vía entre estaciones.2. Cada estación requiere la compra o alquiler de sólo una pequeña extensión de terreno.3. Por sus grandes frecuencias de operación, los sistemas de radio de microondas pue-

den llevar grandes cantidades de información.4. Las frecuencias altas equivalen a longitudes cortas de onda, que requieren antenas re-

lativamente pequeñas.5. Las señales de radio se propagan con más facilidad en torno a obstáculos físicos, por

ejemplo, a través del agua o las montañas altas.6. Para la amplificación se requieren menos repetidoras.7. Las distancias entre los centros de conmutación son menores.

762 Capítulo 17

TABLA 17-1 Asignaciones de radiofrecuencias de microondas

Servicio Frecuencia (MHz) Banda

Militar 1710–1850 LOperación fija 1850–1990 LEnlace de transmisor de estudio 1990–2110 LPortadora común 2110–2130 SOperación fija 2130–2150 SPortadora operacional 2160–2180 SOperación fija 2180–2200 SOperación fija de televisión 2500–2690 SPortadora común y enlace satelital descendente 3700–4200 SMilitar 4400–4990 CMilitar 5250–5350 CPortadora común y enlace ascendente 5925–6425 COperación fija 6575–6875 CEnlace de transmisor de estudio 6875–7125 CPortadora común y enlace satelital descendente 7250–7750 CPortadora común y enlace satelital ascendente 7900–8400 XPortadora común 10700–11700 XOperación fija 12200–12700 XEnlace de estudio de televisión por cable (CATV) 12700–12950 KuEnlace de transmisor de estudio 12950–13200 KuMilitar 14400–15250 KaPortadora común 17700–19300 KaEnlace satelital ascendente 26000–32000 KEnlace satelital descendente 39000–42000 QEnlace satelital cruzado 50000–51000 VEnlace satelital cruzado 54000–62000 V

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8. Se reducen al mínimo las instalaciones subterráneas.9. Se introducen tiempos mínimos de retardo.

10. Entre los canales de voz existe un mínimo de diafonía.11. Son factores importantes la mayor fiabilidad y menor mantenimiento.

MICROONDAS ANALÓGICAS Y DIGITALES

Una gran mayoría de los sistemas actuales de radio de microondas es de modulación de frecuen-cia, que naturalmente es analógica. Sin embargo, en fecha reciente se han desarrollado sistemasque usan modulación por conmutación de fase, o por amplitud en cuadratura, que son formas demodulación digital. Este capítulo describe principalmente los sistemas de radio de microondasFDM/FM. Aunque muchos de los conceptos de los sistemas son iguales, la eficiencia de las se-ñales digitales se evalúa en forma muy distinta. El capítulo 19 trata sobre sistemas satelitales queusan PCM/PSK. Estos sistemas son semejantes a los sistemas terrestres de radio de microondas;de hecho, los dos sistemas comparten muchas de las frecuencias. La diferencia principal entrelos sistemas satelitales y terrestres de radio es que los primeros propagan señales fuera de la atmós-fera terrestre, por lo que son capaces de llevar señales mucho más lejos, usando menos transmi-sores y receptores.

MODULACIÓN DE FRECUENCIA Y DE AMPLITUD

En los sistemas de radio de microondas se usa modulación en frecuencia (FM) más que modula-ción en amplitud (AM), porque las señales de amplitud modulada son más sensibles a no lineali-dades de amplitud, inherentes a los amplificadores de microondas de banda ancha. Las señalesde frecuencia modulada son relativamente insensibles a esta clase de distorsión no lineal, y sepueden transmitir por amplificadores que tengan no linealidad de compresión o de amplitud, conrelativamente poco demérito. Además, las señales FM son menos sensibles al ruido aleatorio yse pueden propagar con menores potencias de transmisión.

El ruido de intermodulación es un factor importante en el diseño de sistemas de radio FM.En los sistemas de AM, ese ruido se debe a no linealidad de amplitud en la repetidora. En lossistemas de FM, el ruido de intermodulación es causado principalmente por la distorsión de laganancia de transmisión y del retardo. En consecuencia, en los sistemas AM, el ruido por inter-modulación es una función de la amplitud de la señal, pero en los sistemas FM es una funciónde la amplitud de la señal y de la magnitud de la desviación de frecuencia. Así, las característi-cas de las señales de frecuencia modulada son más adecuadas para la transmisión por microondasque las de amplitud modulada.

SISTEMA DE RADIO DE MICROONDAS CON FRECUENCIA MODULADA

Los sistemas de radio de microondas que usan modulación de frecuencia (FM) se conocen am-pliamente por proporcionar comunicaciones flexibles, confiables y económicas, de punto a punto,cuando usan la atmósfera terrestre como medio de transmisión. Los sistemas de microondas FMque se usan con el equipo multiplexor adecuado son capaces de conducir en forma simultáneadesde unos pocos circuitos de voz de banda angosta, hasta miles de circuitos de voz y de datos.También se pueden configurar los radios de microondas para llevar señales de datos de alta ve-locidad, facsímil, audio de calidad comercial y televisión comercial. Los estudios comparativosde costo han demostrado que la radio de microondas de FM es, casi siempre, el método más eco-nómico de proporcionar circuitos de comunicaciones cuando no hay ya cables metálicos ni fibrasópticas, o cuando existen duras condiciones de terreno o de clima. También, los sistemas demicroondas de FM se pueden ampliar con facilidad.

En la fig. 17-1 se ve un diagrama de bloques simplificado de un sistema de microondasde FM. La banda base es la señal compuesta que modula la portadora FM, y que puede abarcaruno o más de los sistemas siguientes:

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 763

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1. Canales de banda de voz multiplexados por división de frecuencia.2. Canales de banda de voz multiplexados por división de tiempo.3. Video compuesto de calidad comercial o teléfono visual.4. Datos en banda ancha.

Radiotransmisor de microondas de FMEn el transmisor de microondas de FM que se ve en la fig. 17-1a, una red de preénfasis antecedeal desviador de FM. Esta red de preénfasis produce un refuerzo artificial a la amplitud de las fre-cuencias de la banda base superior. Lo anterior permite que las frecuencias de la banda base infe-rior modulen la frecuencia de la portadora de FI, y que las frecuencias de la banda base superiormodulen la fase de esa portadora. Con este esquema se asegura una relación de señal a ruido másuniforme en todo el espectro de banda base. Un desviador de FM proporciona la modulación de laportadora de FI que al final se transforma en la principal portadora de microondas. En el caso nor-mal, las frecuencias típicas intermedias están entre 60 y 80 MHz, y 70 MHz es lo más común. Enel desviador FM se usa modulación en frecuencia de bajo índice. Normalmente los índices de mo-dulación se mantienen entre 0.5 y 1. De esta forma se produce una señal FM de banda angostaen la salida del desviador. En consecuencia, el ancho de banda de la FI se asemeja a la AM con-vencional y, más o menos, es igual al doble de la frecuencia máxima de la banda base.

La FI y sus bandas laterales asociadas se convierten a las mayores frecuencias de la regiónde microondas, mediante el mezclador, el oscilador de microondas y el filtro pasabandas. Para tras-ladar las FI a las RF se usa mezclado, y no multiplicación, porque el índice de modulación no cam-bia por el proceso de heterodinado. También, al multiplicar la portadora de FI se multiplicarían ladesviación de frecuencia y el índice de modulación, aumentando así al ancho de banda.

764 Capítulo 17

Entrada de banda base

Red de preénfasis

BB

Desviador de FM

Convertidor elevador

Mezclador

RF

BPF

Generador de microondas

Salida de RF

Red

com

bina

dora

de

cana

les

FI

FI amp

FI

Salida de banda base

Red de deénfasis

Detector de FM

BB FI

FI amp

Convertidor descendente RF

Mazclador

Generador de microondas

BPF

Entradade RF

(a)

(b)

Red

sep

arad

ora

de c

anal

es

FIGURA 17-1 Diagrama simplificado de bloques de un sistema de radio FM de microondas:(a) transmisor; (b) receptor

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Los generadores de microondas consisten en un oscilador de cristal seguido por una seriede multiplicadores de frecuencia. Por ejemplo, un oscilador de cristal de 125 MHz seguido poruna serie de multiplicadores, con factor combinado de multiplicación igual a 48, se podría usarpara una frecuencia de portadora de microondas de 6 GHz. La red combinadora de canales pro-porciona un medio de conectar más de un transmisor de microondas a una sola línea de trans-misión que alimente a la antena.

Radiorreceptor de microondas de FMEn el radiorreceptor de microondas de FM que se ve en la fig. 17-1b, la red separadora de cana-les proporciona el aislamiento y el filtrado necesarios para separar canales de microondas indi-viduales, y dirigirlos hacia sus respectivos receptores. El filtro pasabandas, el mezclador AM y eloscilador de microondas bajan las frecuencias desde las RF de microondas hasta las FI, y las pa-san al desmodulador FM. Este desmodulador es un detector convencional, no coherente de FM(es decir, un discriminador o un desmodulador PLL). A la salida del detector de FM, una red dedeénfasis restaura la señal de banda base a sus características originales de amplitud en funciónde la frecuencia.

RADIO REPETIDORAS DE MICROONDAS DE FM

La distancia admisible entre un transmisor de microondas de FM y su receptor asociado dependede muchas variables del sistema, por ejemplo, de la potencia de salida del transmisor, umbral deruido del receptor, terreno, condiciones atmosféricas, capacidad del sistema, objetivos de confia-bilidad y expectativas de eficiencia. Normalmente, esa distancia es de 15 a 40 millas (23 a 64 km).Los sistemas de microondas de larga distancia salvan distancias mucho mayores. En consecuen-cia, un sistema de microondas de un solo salto, como el de la fig. 17-1, es inadecuado en la mayoríade las aplicaciones prácticas. En sistemas con más de 40 millas, o cuando hay obstrucciones geo-gráficas, como una montaña, en la trayectoria de transmisión, se necesitan repetidoras. Unarepetidora de microondas es un receptor y un transmisor instalados espalda con espalda, o entándem con el sistema. En la fig. 17-2 se muestra un diagrama simplificado de bloques de unarepetidora de microondas. La estación repetidora recibe una señal, la amplifica y la reconforma, ya continuación la retransmite hacia la siguiente repetidora o estación receptora.

El lugar de las repetidoras intermedias depende mucho de la naturaleza del terreno entreellas y el que les rodea. En la planeación preliminar de la ruta se suele suponer que las áreas sonrelativamente planas, y que las longitudes de los tramos (saltos) tendrán un promedio de 25 a 35millas, entre estaciones. En un terreno relativamente plano, si se aumenta la longitud del tramoserá necesario aumentar las alturas de las torres de antena. De igual modo entran en el procesode selección la potencia de salida del transmisor y de la antena. La distancia exacta se determi-na principalmente por la falta de obstáculos en la línea de vista y por la intensidad de la señalrecibida. Cuando las frecuencias son mayores de 10 GHz, la pluviosidad local también podríatener una gran influencia sobre la longitud de trayectoria. Sin embargo, en todos los casos sedeben usar trayectorias tan horizontales como sea posible. Además, se debe tener en cuenta laposibilidad de interferencia, sea interna o externa.

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 765

Entrada de FI

Transmisor de

microondas

Repetidora

o BBFI

Receptor de microondas

Salida de FI

Receptor de microondas

Transmisor de

microondas

FIGURA 17-2 Repetidora de microondas

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Hay tres tipos básicos de repetidoras de microondas: FI, banda base y RF (véase la fig.17-3). Las repetidoras de FI también se llaman heterodinas. En una repetidora de FI (fig. 17-3a),la portadora de RF recibida se reduce hasta una FI, se amplifica, reconforma y se sube a una RF,para retransmitirse a continuación. Nunca se demodula la señal a menos de la FI. En consecuen-cia, la repetidora no modifica información de banda base. En una repetidora de banda base(fig. 17-3b), la portadora recibida de RF se baja hasta una FI, se amplifica, filtra y a continua-ción se demodula más hasta la banda base. La señal de banda base, que suele ser de canales debanda de voz multiplexados por división de frecuencia, se sigue demodulando hasta los niveles

766 Capítulo 17

FIGURA 17-3 Repetidoras de microondas: (a) FI; (b) banda base; (continúa)

Mez- clador

Amplifi- cador de FI

Receptor Transmisor

Mez- clador

Generador de microondas

De la antena

A la antena

BPF

RF RFFI FI

FI

BPF

Igualador y confor- mador

(a)

Amplificador de potencia

de RF

Mez- clador

Receptor de FM

Transmisor de FM

Receptor Transmisor

Mez- clador

Generador de microondas

De la antena

A la antena

BPF

RF RFFI FI

BPF

(b)

Equipo de multiplexión y demultiplexión

A otros multiplexores y demultiplexores

Amplificador de potencia

de RF

Banda baseBanda base

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de grupo maestro, supergrupo, grupo o hasta de canal. Esto permite reconfigurar a la señal debanda base para cumplir con las necesidades de ruta de la red general de comunicaciones. Unavez reconfigurada la señal de banda base, modula en frecuencia a una portadora de FI, que seconvierte en portadora de RF y a continuación se retransmite.

La fig. 17-3c muestra otra configuración de repetidora de banda base. Esta repetidora de-modula la RF hasta la banda base, la amplifica y la reconforma, y a continuación modula la porta-dora de FM. En esta técnica, no se reconfigura la banda base. En esencia, esta configuración hacelo mismo que una repetidora de FI. La diferencia es que en una configuración de banda base, elamplificador y el igualador actúan sobre frecuencias de banda base, más que sobre FI. Las frecuen-cias de banda base son, en general, menores que 9 MHz, mientras que las FI son de 60 a 80 MHz.En consecuencia, los filtros y amplificadores necesarios para las repetidoras de banda base son mássencillos de diseñar y menos costosos que los que se requieren para repetidoras de FI. La desven-taja de una configuración de banda base es la adición de equipo de recepción FM.

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 767

FIGURA 17-3 (Continuación) Repetidoras de microondas: (c) banda base; (d) RF

Mez- clador

Receptor FM

Receptor Transmisor

Mez- clador

Generador de microondas

De la antena

A la antena

BPF

RF RFFI FI

BPF

Transmisor FM

(c)

Amplificador e igualador de banda base

Banda base Banda base

Amplificador de potencia

de RF

Mez- clador

Receptor Transmisor

Oscilador local

De la antena

A la antena

BPFRFent RFsal

RFsal (RFent ± LO)

LO

BPF

(d)

Amplificador de potencia

de RF

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La fig. 17-3d muestra una repetidora de RF a RF. En estas repetidoras, la señal recibidade microondas no se baja a la FI o a la banda base; tan sólo se mezcla (heterodina) con una fre-cuencia de oscilador local en un mezclador no lineal. La salida del mezclador se sintoniza a lasuma o diferencia de la RF que llega y la frecuencia del oscilador local, dependiendo de si sedesea conversión elevadora o reductora de frecuencia. A veces, al oscilador local se le llama os-cilador de desplazamiento, y su frecuencia es bastante menor que las de radio que se reciben ose transmiten. Por ejemplo, una RF de llegada de 6.2 GHz se mezcla con una frecuencia de os-cilador local de 0.2 GHz, y se producen las frecuencias de suma y diferencia de 6.4 GHz y 6.0GHz. Para una conversión elevadora de frecuencia, la salida del mezclador se sintonizaría a6.4 GHz, y para una conversión reductora de frecuencia, a 6.0 GHz. En las repetidoras de RFa RF, la señal de radio sólo se convierte en frecuencia, para a continuación amplificarse y re-transmitirse hacia la siguiente repetidora o estación receptora. En las repetidoras RF a RF no sonposibles la reconfiguración ni la reforma.

DIVERSIDAD

Los sistemas de microondas usan transmisión en línea de vista, y en consecuencia debe existiruna trayectoria directa de señal entre las antenas de transmisión y de recepción. Así, si esa trayec-toria de señal sufre un gran deterioro, se interrumpirá el servicio. A través del tiempo, las pérdi-das en la trayectoria de radio varían con las condiciones atmosféricas, que pueden variar muchoy causar una reducción correspondiente en la intensidad de señal recibida, de 20, 30 o 40 dB omás. Esta reducción de intensidad de señal es temporal, y se llama desvanecimiento de radio. Eldesvanecimiento puede durar desde unos milisegundos (corto plazo) o varias horas o hasta días(largo plazo). Los circuitos de control automático de ganancia, incorporados en los radiorrecep-tores, pueden compensar desvanecimientos de 25 a 40 dB, dependiendo del diseño del sistema;sin embargo, los desvanecimientos mayores de 40 dB pueden causar una pérdida total de la se-ñal recibida. Cuando esto sucede se pierde la continuidad del servicio.

Diversidad sugiere que hay más de una ruta de transmisión, o método de transmisióndisponibles entre un transmisor y un receptor. En un sistema de microondas, el objetivo de usar di-versidad es aumentar la confiabilidad del sistema, aumentando su disponibilidad. La tabla 17-2muestra un medio relativamente sencillo para interpretar determinado porcentaje de confiabilidaddel sistema a términos que se puedan relacionar fácilmente con la experiencia. Por ejemplo, unporcentaje de confiabilidad de 99.99% corresponde a unos 53 minutos de tiempo fuera de servicioal año, mientras que si el porcentaje de confiabilidad es 99.9999%, equivale sólo a 32 segundos detiempo interrumpido por año.

Cuando hay más de una trayectoria o método de transmisión disponible, el sistema puedeseleccionar la ruta o método que produzca la máxima calidad en la señal recibida. En general,la máxima calidad se determina evaluando la relación de portadora a ruido (C/N, de carrier-to-noi-se) en la entrada del receptor, o tan sólo midiendo la potencia de la portadora recibida. Aunque

768 Capítulo 17

TABLA 17-2 Confiabilidad y tiempo de interrupción

Tiempo de Tiempo de interrupción Confiabilidad (%) interrupción (%) Año (horas) por mes (horas) Día (horas)

0 100 8760 720 2450 50 4380 360 1280 20 1752 144 4.890 10 876 72 2.495 5 438 36 1.298 2 175 14 29 minutos99 1 88 7 14.4 minutos99.9 0.1 8.8 43 minutos 1.44 minutos99.99 0.01 53 minutos 4.3 minutos 8.6 segundos99.999 0.001 5.3 minutos 26 segundos 0.86 segundos99.9999 0.0001 32 segundos 2.6 segundos 0.086 segundos

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hay muchas formas de obtener la diversidad, los métodos utilizados más comunes son de fre-cuencia, espacial, polarización, híbrido o cuádruple.

Diversidad de frecuenciaLa diversidad de frecuencia sólo consiste en modular dos RF distintas de portadora con la mismainformación de FI, y transmitir entonces ambas señales de RF a un destino dado. En el destino,se demodulan ambas portadoras y la que produzca la señal de FI de mejor calidad es la que seselecciona. La fig. 17-4 muestra un sistema de microondas de un solo canal con diversidad defrecuencia.

En la fig. 17-4a, la señal de entrada de FI se alimenta a un divisor de potencia, que la di-rige a los transmisores A y B de microondas. Las salidas de RF de los dos transmisores se com-binan en la red combinadora de canales y se alimentan a la antena de transmisión. En el ladoreceptor (fig. 17-4b), el separador de canales dirige las portadoras A y B de RF a sus recepto-res respectivos de microondas, donde se bajan a FI. El circuito detector de calidad determinacuál canal, el A o el B, es el de mejor calidad, y dirige ese canal por el conmutador de FI paraseguirlo demodulando hasta la banda base. Muchas de las condiciones atmosféricas adversas quedegradan una señal de RF son de frecuencia selectiva; pueden degradar más una frecuenciaque otra. En consecuencia, durante determinado tiempo, el conmutador de FI puede alternarmuchas veces del receptor A al B y viceversa.

Los arreglos de diversidad de frecuencia constituyen una redundancia de equipo, completay sencilla, y tienen la ventaja adicional de proporcionar dos trayectorias eléctricas del transmisoral receptor. Su desventaja obvia es que duplica el espectro de frecuencia y el equipo necesarios.

Diversidad espacialEn la diversidad espacial, la salida de un transmisor se alimenta a dos o más antenas, física-mente separadas por una cantidad apreciable de longitudes de onda. De igual manera, en el re-ceptor, puede haber más de una antena que proporcione la señal de entrada al receptor. Si se usan

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 769

Transmisor de micro- ondas, frecuencia A

Divisor de potencia

Transmisor de micro- ondas, frecuencia B

Com

bina

dor

de c

anal

es Salida de RF

Entrada de FI

Conmutador de FI

Detector de calidad

Receptor de micro- ondas, frecuencia A

Receptor de micro- ondas, frecuencia B

Sep

arad

or d

e ca

nale

s

Entrada de RF

Salida de FI

BPFA

BPFB

BPFA

BPFB

(a)

(b)

A

A

B

B

FIGURA 17-4 Sistema de microondas con diversidad de frecuencia: (a) transmisor; (b) receptor

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varias antenas receptoras, también deben estar separadas por una cantidad apreciable de longi-tudes de onda. La fig. 17-5 muestra un sistema de microondas de un solo canal, con diversidadespacial.

Cuando se usa diversidad espacial, es importante que la distancia eléctrica de un trans-misor a cada una de sus antenas, y de un receptor a cada una de sus antenas, sea un múltiploigual de longitudes de onda, en longitud. Esto es para asegurar que cuando lleguen dos o másseñales de la misma frecuencia a la entrada de un receptor, estén en fase y sean aditivas. Si sereciben desfasadas se anularán y en consecuencia será menor la potencia de la señal recibida quesi sólo se usara una antena. Con frecuencia, las condiciones atmosféricas adversas se aíslan enuna área geográfica muy pequeña. En la diversidad espacial hay más de una ruta de transmi-sión entre un transmisor y un receptor. Cuando existen condiciones atmosféricas adversas enuna de las rutas, es improbable que la ruta alterna tenga el mismo degradamiento. En conse-cuencia, la probabilidad de recibir una señal aceptable es mayor cuando se usa diversidad espa-cial que cuando no se usa. Un método alternativo de diversidad espacial usa una sola antenatransmisora y dos antenas receptoras separadas en sentido vertical. Según las condiciones at-mosféricas en determinado momento, una de las antenas receptoras debe recibir una señal ade-cuada. También aquí hay dos rutas de transmisión, y es improbable que sean afectadas por eldesvanecimiento al mismo tiempo.

Los arreglos de diversidad espacial proporcionan redundancia de ruta, pero no redun-dancia de equipo. La diversidad espacial es más costosa que la diversidad de frecuencia, porlas antenas y las guías de onda adicionales. Sin embargo, la diversidad espacial proporcionaun uso eficiente del espectro de frecuencias y una protección bastante mayor que la diversi-dad de frecuencia.

770 Capítulo 17

Entrada de FM-FI

Com

bina

dor

de c

anal

es

Transmisor de microondas

Salida de RF

Salida de FM-FI

Receptor de microondas

Sep

arad

or d

e ca

nale

s Entrada de RF

FIGURA 17-5 Sistema de microondas con diversidad espa-cial: (a) transmisor; (b) receptor

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Diversidad de polarizaciónEn la diversidad de polarización, una sola portadora de RF se propaga con dos polarizacioneselectromagnéticas diferentes, vertical y horizontal. Las ondas electromagnéticas de distintas po-larizaciones no necesariamente están sometidas a las mismas degradaciones de transmisión. Ladiversidad de polarización se usa en general junto con la diversidad espacial. Un par de antenasde transmisión y recepción se polariza en sentido vertical, y el otro en sentido horizontal. Tam-bién es posible usar en forma simultánea la diversidad de frecuencia, espacial y de polarización.

Diversidad híbridaLa diversidad híbrida es una forma algo especializada de diversidad, que consiste en una tra-yectoria normal de diversidad de frecuencia, en la que los dos pares de transmisor y receptor enun extremo de la trayectoria están separados entre sí y conectados a distintas antenas, separadasverticalmente como en la diversidad espacial. El arreglo proporciona un efecto de diversidad es-pacial en ambas direcciones; en una porque los receptores están separados verticalmente, y enla otra porque están separados horizontalmente. Este arreglo combina las ventajas operativasde la diversidad de frecuencia con la mejor protección de la diversidad espacial. Sin embargo,la diversidad híbrida tiene la desventaja de requerir dos radiofrecuencias para obtener un canalen funcionamiento.

Diversidad cuádrupleLa diversidad cuádruple es otra forma de diversidad híbrida, e indudablemente proporciona latransmisión más confiable; sin embargo, también es la más costosa. El concepto básico de diver-sidad cuádruple es bastante sencillo: es una combinación de diversidad de frecuencia, espacial, depolarización y de recepción en un solo sistema. Su desventaja obvia es que necesita equipo elec-trónico, frecuencias, antenas y guías de onda redundantes, que son cargas económicas.

ARREGLOS DE CONMUTACIÓN DE PROTECCIÓN

Para evitar una interrupción de servicio durante periodos de gran desvanecimiento o de fallas deequipo, se ponen a disposición, en forma temporal, otras instalaciones en un arreglo de conmu-tación de protección. Los conceptos generales de conmutación de protección y de diversidad sonbastante parecidos. Ambos proporcionan protección contra fallas de equipo y desvanecimientosatmosféricos. La diferencia principal entre ellos es, simplemente, que los sistemas de diversidadsólo proporcionan una ruta de transmisión alternativa para un solo enlace de microondas, es de-cir, entre un transmisor y un receptor, dentro del sistema general de comunicaciones. Por otrolado, los arreglos de conmutación de protección proporcionan protección para una parte muchomayor del sistema de comunicaciones, que en general comprende varias repetidoras que abar-can distancias de 100 millas (160 km) o más. También, los sistemas de diversidad proporcionanen general 100% de protección a un solo canal de radio, mientras que los arreglos de conmutaciónde protección se suelen compartir entre varios canales de radio.

En esencia, hay dos tipos de arreglos de conmutación de protección: reserva continuay por diversidad. En la protección por reserva continua, cada canal funcional de radio tiene uncanal de respaldo dedicado, o de reserva. En la protección por diversidad, un solo canal de res-paldo está a la disposición hasta para 11 canales funcionales. Los sistemas de reserva continuaofrecen protección de 100% para cada canal funcional de radio. Un sistema por diversidad ofreceuna protección de 100% sólo al primer canal funcional que falle. Si dos canales de radio fallanal mismo tiempo, se produce una interrupción del servicio.

Reserva continuaLa fig. 17-6a muestra un arreglo de conmutación de protección por reserva continua de un solocanal. En el transmisor, la FI entra en un puente de inicio, que reparte la potencia de la señal yla dirige a los canales de microondas activo y de reserva, en forma simultánea. En consecuen-cia, tanto el canal funcional como el de reserva portan la misma información de banda base. Enel receptor, el conmutador de FI pasa la señal de FI del canal funcional al equipo de terminal deFM. El conmutador de FI vigila en forma continua la señal recibida por el canal funcional y, si

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 771

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772 Capítulo 17

Entrada de FI

Transmisor de

microondas

Repetidora de

microondas

Receptor de

microondas

Puente de inicio

Canal funcional Detector y controlador de calidad

Conmuta- dor de FI

Salida de FI

A receptor de FMCanal de reserva

Transmisor de

microondas

Repetidora de

microondas

Receptor de

microondas

FIGURA 17-6 Arreglos para conmutación de protección de microondas: (a) reserva continua; (b) diversidad

Transmisor de

microondas

Receptor de

microondas

Salida de FI

A receptor de FM

Receptor de

microondas

Transmisor de

microondas

Receptor de

microondas

Transmisor de

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falla, pasa al canal de reserva. Cuando se restaura la señal de FI en el canal funcional, el conmu-tador de FI reasume su posición normal.

DiversidadLa fig. 17-6b muestra un arreglo de protección de conmutación por diversidad. Este sistema tie-ne dos canales funcionales (el 1 y el 2), uno de reserva y un canal auxiliar. El conmutador de FIen el receptor vigila en forma continua la intensidad de la señal en ambos canales funcionales.Si alguno de ellos falla, el conmutador de FI detecta una pérdida de portadora y regresa al con-mutador de FI de la estación transmisora una señal VF (frecuencia de voz) codificada en tonos,que le indica cambiar la señal de FI del canal que falla al de reserva, de microondas. Cuandoregresa el canal que falló, los conmutadores de FI reasumen sus posiciones normales. El canalauxiliar sólo proporciona una ruta de transmisión entre los dos conmutadores de FI. En el casonormal, el canal auxiliar es una radio de microondas de baja capacidad y baja potencia, diseña-do sólo para usarse como canal de mantenimiento.

ConfiabilidadLa cantidad de estaciones repetidoras entre los conmutadores de protección depende de los ob-jetivos de confiabilidad del sistema. En el caso típico hay de dos a seis repetidoras entre lasestaciones conmutadoras.

Como se puede ver, los sistemas de diversidad y los arreglos de conmutación de protec-ción son bastante parecidos. La diferencia principal entre ellos es que los sistemas por diversi-dad son arreglos permanentes, y tienen como objetivo compensar sólo las condiciones atmosféri-cas anormales entre únicamente dos estaciones dadas en un sistema. Los arreglos deconmutación de protección, por otra parte, compensan tanto los desvanecimientos de radio co-mo las fallas del equipo, y pueden incluir de seis a ocho estaciones repetidoras entre los conmu-tadores. Los canales de protección también se pueden usar como instalaciones temporales de co-municaciones mientras se hace mantenimiento rutinario de un canal normal funcional. Con unarreglo de conmutación de protección, se protegen todas las trayectorias de señal y el equipo deradio. La diversidad se usa en forma selectiva, esto es, sólo entre estaciones que, históricamen-te, están expuestas a desvanecimientos severos un alto porcentaje del tiempo.

Es importante un estudio estadístico del tiempo fuera de servicio (es decir, de las interrup-ciones de servicio) causado por desvanecimientos de radio, fallas del equipo y mantenimiento,para diseñar sistemas de radio de microondas. A partir de ese estudio se pueden tomar decisio-nes técnicas acerca de cuál tipo de sistema de diversidad y de conmutación de protección seadapta mejor a determinada aplicación.

ESTACIONES DE RADIO DE MICROONDAS FM

Básicamente hay dos clases de estaciones de microondas de FM: las terminales y las repetidoras.Las estaciones terminales son puntos en el sistema donde las señales de banda base se originan ose terminan. Las estaciones repetidoras son puntos de un sistema donde se pueden reconfigurarlas señales de banda base, o donde tan sólo se “repiten” o amplifican las portadoras de RF.

Estación terminalEn esencia, una estación terminal consiste en cuatro secciones principales: la banda base, el en-lace de entrada con línea de alambre (WLEL, de wire line entrance link), y las secciones de FM-FI y RF. La fig. 17-7 muestra el diagrama de bloques de esas secciones. Como se mencionó, labanda base puede ser una de varias clases distintas de señales. En este ejemplo se usan canalesde banda de voz multiplexados por división de frecuencia.

Enlace de entrada con línea de alambre (WLEL). Con frecuencia, en grandes redesde comunicaciones como la de American Telephone and Telegraph Company (AT&T), la cons-trucción que alberga la estación de radio es muy grande. En consecuencia, se prefiere instalarfísicamente un equipo similar en un lugar común: por ejemplo, que todo el equipo de FDM (mul-tiplexado por división de frecuencia) esté en el mismo recinto. Esto simplifica los sistemas de

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 773

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alarma, suministrando los requisitos de corriente cd al equipo, o el mantenimiento y demás ne-cesidades de cableado. El equipo distinto se puede separar por distancias considerables. Porejemplo, la distancia entre el equipo multiplexor FDM y la sección FM-IF suelen estar a varioscientos de pies de distancia, y en algunos casos a varias millas. Por esta razón se necesita unWLEL, que sirve como interfaz entre el equipo multiplexor de terminal y el equipo FM-IF. Engeneral, un WLEL consiste en un amplificador y un igualador, que juntos compensan las pérdi-das en el cable de transmisión, y dispositivos de conformación de nivel, que se suelen llamarredes de preénfasis y deénfasis.

Sección de FI. El equipo terminal de FM que se ve en la fig. 17-7 genera una portadorade FI modulada en frecuencia. Esto se logra mezclando las salidas de dos osciladores desviados,cuya frecuencia difiere en la cantidad que se desea en la portadora de FI. Los osciladores se des-vían en oposición de fase, con lo que se reduce en un factor de 2 la magnitud de la desviación defase necesaria por un solo desviador. Con esta técnica también se reducen los requisitos de linea-lidad de desviación en los osciladores, y se proporciona la cancelación parcial de productos inde-seados de modulación. De nuevo, el receptor es un detector convencional no coherente de FM.

Sección de RF. En la fig. 17-8 se ve un diagrama de bloques de una estación terminalde microondas. La señal de FI entra al transmisor (fig. 17-8a) pasando por un interruptor deprotección. Los amplificadores de FI y de compresión contribuyen a mantener constante la po-tencia de la señal de FI, a un nivel aproximadamente igual al requerido en el modulador detransmisión (transmod). Estos moduladores de transmisión son moduladores balanceados que,cuando se usan en conjunto con un generador de microondas, amplificador de potencia y filtropasabandas, convierten la portadora de FI a una portadora de RF y amplifican la portadora deRF a la potencia de salida necesaria. Los amplificadores de potencia para los radios de mi-croondas deben poder amplificar frecuencias muy altas, y pasar señales de ancho de banda muygrande. Algunos de los dispositivos de uso frecuente en la actualidad como amplificadores depotencia de microondas son los tubos Klystron, los tubos de onda viajera (TWT, de traveling-wave tubes) y diodos IMPATT (impact/avalanche and transit time, impacto/avalancha y tiem-po de tránsito). Como se usan antenas de alta ganancia, y la distancia entre las estaciones demicroondas es relativamente pequeña, no es necesario alcanzar una gran potencia de salida en

774 Capítulo 17

Banda base Enlace de entradade línea de alambre Sección FM-FI

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FIGURA 17-7 Estación terminal de microondas, banda base, enlace de entrada de línea dealambre y FM-FI: (a) transmisor; (b) receptor

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los amplificadores de salida del transmisor. Las ganancias normales en las antenas de microon-das van de 10 a 40 dB, y las potencias normales de salida del transmisor son de 0.5 a 10 W.

Un generador de microondas proporciona la entrada de portadora de RF al convertidor desubida de frecuencia. Se llama generador de microondas, y no oscilador, porque es difícil construirun circuito estable que oscile en la zona de los gigahertz. En lugar de ello se usa un oscilador con-trolado por cristal, que funciona en el intervalo de 5 a 25 MHz para proporcionar una frecuenciabásica que se multiplique hasta la frecuencia RF deseada en la portadora.

Un aislador es un dispositivo unidireccional, fabricado a menudo con ferrita. El aisladorse usa junto con una red combinadora de canales para evitar que la salida de un transmisor in-terfiera con la de otro transmisor.

El receptor de RF (fig. 17-8b) es, en esencia, igual que el transmisor, pero funciona en di-rección contraria. Sin embargo, una diferencia es la presencia de un amplificador de FI en el re-ceptor. Este amplificador de FI tiene un circuito de control automático de ganancia (AGC).También, con mucha frecuencia, no hay amplificadores de RF en el receptor. En el caso normal,se usa un desmodulador balanceado de bajo ruido y sensible, como desmodulador de recepción.Así se elimina la necesidad de un amplificador de RF y se mejora la relación general de señal aruido. Cuando se requieren amplificadores de RF, se usan de alta calidad y de bajo ruido (LNA,de low-noise amplifier). Como ejemplos de LNA que se usan con frecuencia están los diodos deefecto túnel y los amplificadores paramétricos.

Estación repetidoraLa fig. 17-9 muestra el diagrama de bloques de una repetidora de FI de microondas. La señalde RF recibida entra al receptor a través de la red de separación de canales y el filtro pasaban-das. El desmodulador de recepción convierte la portadora de RF, bajándola a FI. Los circuitosAMP/AGC y el igualador de FI amplifican y reconforman la señal de FI. El igualador compensalas no linealidades de ganancia en función de frecuencia y la distorsión por retardo de envol-vente que se introducen en el sistema. De nuevo, el modulador de transmisión convierte la IF enRF para su retransmisión. Sin embargo, en una estación repetidora es un poco distinto el méto-do que se usa para generar las frecuencias de portadora de microondas RF, respecto al que se usaen una estación terminal. En la repetidora de FI sólo se requiere un generador de microondas parasuministrar la señal de portadora de RF, tanto al modulador de transmisión como al de recep-ción. El generador de microondas, el oscilador de desplazamiento y el modulador de desplaza-miento permiten que la repetidora reciba una frecuencia de portadora RF, le baje la frecuencia auna FI, para después convertir la FI a una portadora RF de distinta frecuencia. Es posible que laestación C reciba las portadoras tanto de la estación A como la B en forma simultánea (a esto sele llama interferencia por salto múltiple, y se muestra en la fig. 17-10a). Esto puede suceder só-lo cuando tres estaciones están instaladas en una recta geográfica en el sistema. Para evitar queocurra, el ancho de banda asignado al sistema se divide a la mitad, y se crea una banda de bajafrecuencia y una de alta frecuencia. Cada estación, una a la vez, pasa de una portadora de trans-misión de banda baja a una de banda alta (fig. 17-10b). Si se recibe en la estación C una transmi-sión de la estación A, será rechazada en la red separadora de canales y no causa interferencia. Aeste arreglo se le llama sistema de repetidoras de microondas alta/baja. Las reglas son sencillas:si una estación repetidora recibe una portadora de RF de la banda baja, retransmite una portado-ra de RF en la banda alta, y viceversa. La única vez que se pueden recibir varias portadoras dela misma frecuencia es cuando se recibe una transmisión de una estación, en otra que esté a tressaltos de distancia. Casi no es probable que suceda eso.

Otra razón para usar un esquema de frecuencia alta/baja es evitar la potencia que “se sa-le” por las partes trasera y laterales de una antena de transmisión, que puede interferir con la se-ñal que entre a una antena receptora cercana. A esto se le llama radiación de pérdida. Todas lasantenas, sin importar lo alto de su ganancia o su gran direccionalidad de radiación, irradian unpequeño porcentaje de su potencia por sus lados trasero y laterales, determinando una eficien-cia direccional de la antena. Aunque la eficiencia direccional de una antena típica de microon-das es bastante alta, la cantidad relativamente baja de la potencia que se irradia por su parte tra-sera puede ser bastante apreciable, en comparación con la potencia de la portadora normalrecibida en el sistema. Si son distintas las frecuencias de transmisión y recepción, los filtros dela red separadora del receptor evitan que perjudique la radiación de pérdida.

776 Capítulo 17

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Una estación repetidora de microondas (fig. 17-10b) necesita dos fuentes de microondasportadoras para los procesos de conversión de bajada y de subida de frecuencia. Más que usar dosgeneradores de microondas, un solo generador con un oscilador de desplazamiento, un moduladorde desplazamiento y un filtro pasabandas pueden generar las dos señales necesarias. Una salida delgenerador de microondas se alimenta en forma directa al modulador de transmisión, y otra sali-da del mismo generador se mezcla con la señal del oscilador de desplazamiento, en el moduladorde desplazamiento, para producir una segunda frecuencia portadora de microondas. La segundafrecuencia se desplaza de la primera por la frecuencia del oscilador de desplazamiento. La segun-da frecuencia de portadora de microondas se alimenta al modulador de recepción.

Ejemplo 17-1

En la fig. 17-9, la frecuencia RF de portadora recibida es 6180 MHz, y la frecuencia RF de portado-ra transmitida es 6000 MHz. La FI es de 70 MHz, la frecuencia del generador de microondas es 5930MHz, y la del oscilador de desplazamiento es 180 MHz. Con estas condiciones, el filtro de salida delmodulador de desplazamiento se debe sintonizar a 6110 MHz. Es la suma de las frecuencias del ge-nerador de microondas y del oscilador de desplazamiento: 5930 MHz � 180 MHz � 6110 MHz.

Este proceso no reduce la cantidad de osciladores que se requieren, pero es más sencilloy menos costoso fabricar un generador de microondas y un oscilador de desplazamiento de fre-cuencia relativamente baja, que fabricar dos generadores de microondas. Este arreglo tambiénproporciona cierto grado de sincronización entre repetidoras. La desventaja obvia del esquemaalta/baja es que se reduce a la mitad la cantidad de canales disponibles en determinado anchode banda.

La fig. 17-11 muestra un plan de frecuencia alta/baja con ocho canales: cuatro de bandaalta y cuatro de banda baja. Cada canal ocupa un ancho de banda de 29.7 MHz. La terminaloeste transmite las frecuencias de banda baja, y recibe las de banda alta. Los canales 1 y 3(fig. 17-11a) se llaman canales V. Esto quiere decir que se propagan con polarización vertical.Los canales 2 y 4 se designan por H, por ser canales horizontalmente polarizados. Éste no es unsistema de diversidad por polarización. Los canales 1 a 4 son totalmente independientes entre sí;conducen información en banda base diferente. La transmisión de portadoras polarizadas ortogo-nalmente (desfasadas 90°) aumenta todavía más el aislamiento entre las señales de transmisióny recepción. En la dirección de oeste a este, la repetidora recibe las frecuencias de banda baja ytransmite en banda alta. Después de recibir el canal 1 y convertirlo a FI, se convierte de subi-da a una frecuencia RF distinta, y con diferente polarización, para su retransmisión. El canal

778 Capítulo 17

FIGURA 17-10 (a) Interferencia por salto múltiple; (b) sistema de microondasalta/baja

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1 de banda baja corresponde al canal 11 de banda alta, el canal 2 al canal 12, etcétera. La direc-ción este a oeste (fig. 17-11b) propaga las portadoras de banda alta y baja en el orden contrarioal del sistema oeste a este. También están invertidas las polarizaciones. Si algo de la potenciadel canal 1 de la terminal oeste se propagara en forma directa hacia el receptor de la terminal este,tendría distinta frecuencia y polarización que las transmisiones del canal 11. En consecuencia, nointerferiría con la recepción del canal 11; no habría interferencia por salto múltiple. También,nótese que ninguno de los canales de transmisión o de recepción en la repetidora tiene igual fre-cuencia y polarización al mismo tiempo. En consecuencia, la interferencia de los transmisoreshacia los receptores, debida a la radiación de pérdida, es insignificante.

CARACTERÍSTICAS DE LA TRAYECTORIA

Las trayectorias de propagación normales entre dos antenas de radio en un sistema de microon-das se ven en la fig. 17-12. La trayectoria en espacio libre es la trayectoria de línea de vista, di-rectamente entre las antenas transmisora y receptora (también se llama onda directa). La onda re-flejada en tierra es la porción de la señal transmitida que se refleja en la superficie terrestre y lacaptura la antena receptora. La onda superficial consiste en los campos eléctrico y magnético aso-ciados con las corrientes inducidas en la superficie terrestre. La magnitud de la onda superficialdepende de las características de la superficie terrestre y de la polarización electromagnética de laonda. La suma de esas tres trayectorias, tomando en cuenta su amplitud y su fase, se llama ondaterrestre. La onda reflejada u onda celeste es la parte de la señal transmitida que regresa (se refle-ja) hacia la superficie terrestre, debido a las capas ionizadas de la atmósfera terrestre.

Todas las trayectorias de la fig. 17-12 existen en cualquier sistema de radio de microon-das, pero algunas son despreciables en ciertos intervalos de frecuencia. En frecuencias menoresque 1.5 MHz, la onda superficial proporciona la cobertura primaria, y la onda celeste contribu-ye a aumentar esta cobertura por las noches, cuando es mínima la absorción de la ionosfera. Enfrecuencias mayores que unos 30 a 50 MHz, por lo general las trayectorias de importancia sonlas de espacio libre y de reflejo en tierra. A esas frecuencias también se puede despreciar la ondasuperficial, siempre y cuando las alturas de las antenas no sean muy pequeñas. La onda refleja-da es sólo una fuente de interferencia ocasional de larga distancia, y no es una señal confiablepara fines de comunicaciones por microondas. En este capítulo se desprecian las propagacionessuperficial y reflejada, y se centra la atención en los fenómenos que afectan a las ondas directasy reflejadas.

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 781

Atmósfera ionizada

Onda reflejada en el cielo

Trayectoria en espacio libre (visual)

Onda espacial directa

Onda reflejada en tierra

Onda superficial

FIGURA 17-12 Trayectorias de propagación

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DesvanecimientoDesvanecimiento es un término general que se aplica a la reducción de intensidad de señal en laentrada a un receptor. Este término se aplica a variables de propagación en la trayectoria físicade la radiación, que afectan a los cambios en la pérdida de trayectoria entre el transmisor en unaestación, y su receptor normal en otra estación. Los cambios de trayectoria se asocian tanto acondiciones atmosféricas, como a la geometría de la trayectoria misma, es decir, a la posiciónrelativa de la antena con respecto al suelo y a otro terreno que la rodee. La refracción atmosfé-rica subnormal puede transformar una trayectoria de línea de vista clara en una muy obstruida.El desvanecimiento se puede presentar bajo condiciones de densas nieblas rastreras, o cuandoel aire extremadamente frío se mueve sobre un terreno cálido. El resultado en cada caso es unaumento sustancial en la pérdida de trayectoria dentro de una amplia banda de frecuencias. Lamagnitud y la rapidez de este tipo de desvanecimiento lento y plano se puede reducir, en gene-ral, usando mayores alturas de antena.

Una forma más común de desvanecimiento es uno relativamente rápido y selectivo en fre-cuencias, causado por la interferencia entre uno o más rayos en la atmósfera. Las trayectoriasseparadas entre el transmisor y el receptor se deben a irregularidades en las variaciones de per-mitividad eléctrica con la altura. Los márgenes de transmisión que se deben proporcionar paracontrarrestar ambos tipos de desvanecimiento son consideraciones importantes al determinar losparámetros generales del sistema y la confiabilidad del funcionamiento.

Un tipo de desvanecimiento por interferencia puede presentarse con cualquier intensidad, pe-ro por fortuna mientras más intenso es el desvanecimiento, es menos probable que suceda, y cuan-do sucede, su duración será más corta. Tanto la cantidad de desvanecimientos como el porcentajedel tiempo por debajo de determinado valor, tienden a aumentar a medida que aumenta la distanciaentre repetidoras o la frecuencia de operación. Las trayectorias múltiples suelen ser aéreas, aunquea veces pueden deberse en parte a reflexiones en tierra. Se pueden minimizar los efectos de desva-necimiento por múltiples trayectorias recurriendo a la diversidad espacial o de frecuencia.

GANANCIA DEL SISTEMA

En su forma más sencilla, la ganancia del sistema es la diferencia entre la potencia nominal desalida de un transmisor, y la potencia de entrada mínima requerida por un receptor. La gananciadel sistema debe ser mayor o igual a la suma de todas las ganancias y pérdidas incurridas poruna señal al propagarse de un transmisor a un receptor. En esencia, representa la pérdida neta deun sistema de radio. La ganancia del sistema se usa para calcular la confiabilidad de un sistemapara determinados parámetros del mismo. La ecuación de la ganancia del sistema es

Gs � Pt � Cmín

donde Gs � ganancia del sistema (dB)Pt � potencia de salida del transmisor (dBm)

Cmín � potencia mínima de entrada al receptor para determinado objetivo de calidad(dBm)

y donde

Pt � Cmín � pérdidas � ganancias

Ganancias: At � ganancia de la antena de transmisión (dB) en relación con un radiador iso-trópico

Ar � ganancia de la antena de recepción (dB) en relación con un radiador iso-trópico

Pérdidas: Lp � pérdida en trayectoria por espacio libre entre las antenas (dB)Lf � pérdida en alimentador de guía de onda (dB) entre la red de distribución (la

red combinadora de canales o separadora de canales) y su antena respectiva(véase la tabla 17-3)

Lb � pérdida total por acoplamiento o por ramificación (dB) en los circuladores, fil-tros y red de distribución, entre la salida de un transmisor o la entrada a un re-ceptor, y su guía de onda de alimentación respectiva (véase tabla 17-3)

Fm � margen de desvanecimiento para determinado objetivo de confiabilidad

782 Capítulo 17

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La descripción matemática de la ganancia del sistema es

Gs � Pt � Cmín � Fm � Lp � Lf � Lb � At � Ar (17-1)

en donde todos los valores se expresan en dB o dBm. Como la ganancia del sistema es indicati-va de una pérdida neta, las pérdidas se representan con valores positivos de dB, y las gananciascon valores negativos de dB. La fig. 17-13 muestra un diagrama general de un sistema de mi-croondas, e indica dónde suceden las respectivas pérdidas y ganancias.

Pérdidas en la trayectoria en espacio libreSe define a las pérdidas en la trayectoria en espacio libre (a veces llamadas pérdidas por disper-sión) como la pérdida incurrida por una onda electromagnética al propagarse en línea recta a

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 783

TABLA 17-3 Parámetros de ganancia del sistema

Pérdida por ramificación, Lb

(dB)

Ganancia de antena,Pérdida por ramificación, Lf Diversidad At o Ar

Frecuencia Pérdida Tamaño Ganancia (GHz) Tipo (db/100 m) Frecuencia Espacial (m) (dB)

1.8 Cable coaxial lleno de aire 5.4 5 2 1.2 25.22.4 31.23.0 33.23.7 34.7

7.4 Guía de onda elíptica EWP 64 4.7 3 2 1.5 38.82.4 43.13.0 44.83.7 46.5

8.0 Guía de onda elíptica EWP 69 6.5 3 2 2.4 43.83.0 45.63.7 47.34.8 49.8

Amplificadorde potencia demicroondas Pt

Red

co

mb

inad

ora

de

can

ales

De otrostransmisores

de microondas

Red

de

sep

arac

ión

de

can

ales

Receptorde

microondas

A otrosreceptores

de microondas

Cmín

A t

Lp, FMA r

L f L f

L bL b

FIGURA 17-13 Ganancias y pérdidas de un sistema

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través del vacío, sin energías de absorción o reflexión debidas a objetos cercanos. Las pérdidasen la trayectoria en espacio libre dependen de la frecuencia, y aumentan con la distancia. Laecuación para determinar estas pérdidas es la siguiente

donde Lp � pérdidas en la trayectoria en espacio libre (adimensional)D � distancia (metros)f � frecuencia (hertz)

� � longitud de onda (metros)c � velocidad de la luz en el espacio libre (3 � 108 m/s)

Al pasar a dB se obtiene

(17-2)

Cuando la frecuencia está en MHz y la distancia en km,

(17-3)

� 32.4 � 20 log f(MHz) � 20 log D(km)

Cuando la frecuencia está en GHz y la distancia en km,

Lp(dB) � 92.4 � 20 log f(GHz) � 20 log D(km) (17-4)

Se pueden hacer conversiones parecidas para la distancia en millas, frecuencia en kHz, etc.

Ejemplo 17-2

Calcular las pérdidas en la trayectoria en espacio libre, para una frecuencia de portadora de 6 GH y50 km de distancia.

SoluciónLp � 32.4 � 20 log 6000 � 20 log 50

� 32.4 � 75.6 � 34 � 142 dB

Lp � 92.4 � 20 log 6 � 20 log 50

� 92.4 � 15.6 � 34 � 142 dB

Margen de desvanecimientoEn esencia el margen de desvanecimiento es un “factor ficticio” que se incluye en la ecuaciónde ganancia del sistema, para tener en cuenta las características no ideales y menos predecibles dela propagación de las ondas de radio, por ejemplo, la propagación por múltiples trayectorias(pérdida por múltiples trayectorias) y la sensibilidad del terreno. Estas características son cau-sa de condiciones atmosféricas temporales y anormales que alteran las pérdidas en la trayecto-ria en espacio libre y, por lo general, son perjudiciales para la eficiencia general del sistema. Elmargen de desvanecimiento también tiene en cuenta los objetivos de confiabilidad de un siste-ma. Por lo anterior, el margen de desvanecimiento se incluye como una pérdida en la ecuaciónde ganancia del sistema.

W. T. Barnett, de Bell Telephone Laboratories, describió en abril de 1969, formas decalcular el tiempo de interrupción debido al desvanecimiento en una trayectoria sin diversidad,en función del terreno, el clima, la longitud de la trayectoria y el margen de desvanecimiento.Arvids Vignant, también de Bell Laboratories, dedujo en junio de 1970 fórmulas para calcularel mejoramiento efectivo alcanzable mediante diversidad espacial vertical, en función de la dis-tancia de separación, longitud de trayectoria y frecuencia.

Lp(dB) � 20 log 4�(10) (10)3

3 � 108 � 20 log f(MHz) � 20 log D(km)

� 20 log 4�

c� 20 log f � 20 log D

� 20 log 4�fD

c

Lp(dB) � 10 log �4�fD

c �2

Lp � �4�D

� �2

� �4�fD

c �2

784 Capítulo 17

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Al resolver las ecuaciones de confiabilidad de Barnett-Vignant para determinada disponi-bilidad anual de un sistema no protegido y sin diversidad, se obtiene la siguiente ecuación

Fm � 30 log D � 10 log (6ABf) � 10 log (1 � R) � 70 (17-5)

efecto de sensibilidad objetivos de constantetrayectoria múltiple del terreno confiabilidad

siendo Fm � margen de desvanecimiento (dB)D � distancia (kilómetros)f � frecuencia (gigahertz)

R � confiabilidad en decimales (es decir, 99.99% � 0.9999 de confiabilidad)1 � R � objetivo de confiabilidad para una ruta de 400 km en un sentido

A � factor de aspereza� 4 sobre agua o un terreno muy liso� 1 sobre terreno promedio� 0.25 sobre un terreno muy áspero y montañoso

B � factor para convertir la probabilidad del peor de los meses en probabilidad anual� 1 para convertir una disponibilidad anual a la base del peor de los meses� 0.5 para áreas cálidas o húmedas� 0.25 para áreas continentales promedio� 0.125 para áreas muy secas o montañosas

Ejemplo 17-3

Un sistema de radio de microondas con diversidad espacial funciona con frecuencia de portadora RFigual a 1.8 GHz. Cada estación tiene una antena parabólica de 2.4 m de diámetro, que se alimenta con100 m de cable coaxial lleno de aire. El terreno es liso, y la zona tiene clima húmedo. La distanciaentre estaciones es 40 km. Se desea un objetivo de confiabilidad de 99.99%. Calcular la ganancia delsistema.

Solución Se sustituye en la ecuación 17-5, y se ve que el margen de desvanecimiento es

Fm � 30 log 40 � 10 log [(6) (4) (0.5) (1.8)] � 10 log (1 � 0.9999) � 70

� 48.06 � 13.34 � (�40) � 70

� 48.06 � 13.34 � 40 � 70 � 31.4 dB

Al sustituir en la ecuación 17-4 se obtienen las pérdidas en la trayectoria

Lp � 92.4 � 20 log 1.8 � 20 log 40

� 92.4 � 5.11 � 32.04 � 129.55 dBDe acuerdo con la tabla 17-3,

Lb � 4 dB (2 � 2 � 4)

Lf � 10.8 dB (100 m � 100 m � 200 m)

At � Ar � 31.2 dB

Se sustituyen los valores en la ecuación 17-3, para obtener la ganancia del sistema

Gs � 31.4 � 129.55 � 10.8 � 4 � 31.2 � 31.2 � 113.35 dBEste resultado indica que para que este sistema funcione con confiabilidad de 99.99%, dadas las con-diciones del terreno, redes de distribución, líneas de transmisión y antenas, la potencia de salida deltransmisor debe ser, como mínimo, 113.35 dB mayor que la potencia de la señal recibida.

Umbral del receptorLa relación de portadora a ruido (C/N, de carrier-to-noise) es, probablemente, el parámetro másimportante que se considera al evaluar el funcionamiento de un sistema de comunicaciones pormicroondas. La potencia mínima de portadora de banda ancha (Cmín) a la entrada de un receptorque produzca una salida útil de banda base se llama umbral del receptor, o a veces sensibilidaddel receptor. Este umbral del receptor depende de la potencia del ruido de banda ancha presen-te en la entrada de un receptor, el ruido introducido dentro del receptor y de la sensibilidad deldetector de banda base al ruido. Antes de poder calcular Cmín, se debe determinar la potencia deruido en la entrada. Esa potencia es

N � KTB

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 785

� � � �

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en donde N � potencia del ruido (watts)K � constante de Boltzmann (1.38 � 10-23 J/K)T � temperatura equivalente del ruido del receptor (kelvins) (temperatura ambiente

� 290 kelvins)B � ancho de banda del ruido (hertz)

Expresada en dBm,

Para un ancho de banda de 1 Hz a temperatura ambiente,

� �174 dBm

Por lo anterior, N(dBm) � �174 dBm � 10 log B (17-6)

Ejemplo 17-4

Calcular la potencia del ruido para un ancho de banda de ruido equivalente de 10 MHz.

Solución Se sustituyen valores en la ecuación 17-6, como sigue

N � �174 dBm � 10 log (10 � 106)

� �174 dBm � 70 dB � �104 dBmSi el requisito mínimo de C/N para un receptor con ancho de banda de ruido de 10 MHz es 24 dB, lapotencia mínima de portadora recibida es

Para una ganancia de sistema de 113.35 dB, se necesitaría una potencia mínima de portadora en trans-misión (Pt) de

Pt � Gs � Cmín � 113.35 dB � (�80 dBm) � 33.35 dBm

Esto indica que se requiere una potencia mínima de transmisión de 33.35 dB (2.16 W) para lograr unarelación de portadora a ruido igual a 24 dB, con una ganancia de sistema de 113.35 dB y un ancho debanda de 10 MHz.

Relaciones de portadora a ruido y de señal a ruidoLa relación de portadora a ruido (C/N) es la relación de la potencia de la “portadora” de bandaancha (en realidad, no sólo la portadora, sino también sus bandas laterales asociadas) entre lapotencia de ruido de banda ancha (el ancho de banda del ruido en el receptor). La cantidad C/Nse puede calcular en un punto de RF o FI en el receptor. En esencia, C/N es una relación de se-ñal a ruido de predetección, antes del desmodulador de FM. La relación de potencias de señal aruido (S/N) es una relación de postdetección, después del desmodulador de FM. En un punto dela banda base en el receptor, se puede separar un solo canal de voz del resto de la banda base,para medirse en forma independiente. En un punto de RF o de FI en el receptor es imposibleseparar un solo canal de voz de la señal FM compuesta. Por ejemplo, un ancho de banda normalpara un solo canal de microondas es 30 MHz. El ancho de banda de un canal de banda de vozes 4 kHz. La relación C/N es de potencia de señal compuesta de RF entre la potencia total delruido en el ancho de banda de 30 MHz. La relación S/N es de la potencia de la señal de un solocanal de banda de voz entre la potencia del ruido, en un ancho de banda de 4 kHz.

Factor de ruido e índice de ruidoEl factor de ruido (F) y el índice de ruido (NF, de noise figure) son cifras de mérito (de calidad)para indicar cuánto se deteriora la relación de señal a ruido cuando una señal pasa por un circui-to o una serie de circuitos. El factor de ruido no es más que una relación de señal a ruido en laentrada entre la correspondiente en la salida. En otras palabras, es una relación de relaciones,que se expresa como sigue

Cmín �C

N� N � 24 dB � (�104 dBm) � �80 dBm

N � 10 log (1.38 � 10�23)(290)

0.001� 10 log 1

N(dBm) � 10 log KTB

0.001� 10 log

KT

0.001� 10 log B

786 Capítulo 17

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(17-7a)

El índice de ruido es sólo el factor de ruido expresado en dB, y es un parámetro de uso fre-cuente para indicar la calidad de un receptor. La ecuación de definición del índice de ruido es

(17-7b)

o sea NF � 10 log F (17-7c)

En esencia, el índice de ruido indica cuánto se deteriora la relación de señal a ruido al pro-pagarse una onda desde la entrada hasta la salida de un circuito. Por ejemplo, un amplificadorcon índice de ruido de 6 dB quiere decir que la relación de señal a ruido en su salida es 6 dBmenor que la que era en su entrada. Si un circuito fuera perfecto y no agregara más ruido a laseñal, la relación de señal a ruido a la salida sería igual a la de la entrada. Para un circuito per-fecto y sin ruido, el factor de ruido es 1 y el índice de ruido es 0 dB.

Un circuito electrónico amplifica las señales y el ruido por igual, dentro de su banda pa-sante. Por lo tanto, si el amplificador es ideal y sin ruido, la señal y el ruido en la entrada seamplifican igual, y la relación de señal a ruido en la salida será igual a la de la entrada. Sin em-bargo, en realidad los amplificadores no son ideales. Por consiguiente, el amplificador agregaruido generado internamente a la forma de onda, y reduce la relación general de señal a ruido.El ruido más predominante es el ruido térmico, que se genera en todos los componentes eléctri-cos. Por consiguiente, todas las redes, amplificadores y sistemas agregan ruido a la señal y asíreducen la relación general de señal a ruido a medida que la señal pasa por ellos.

Cuando se conectan en cascada dos o más amplificadores, como se ve en la fig. 17-14, elfactor total de ruido es la acumulación de los factores individuales. Para calcular el factor de rui-do total de varios amplificadores se usa la fórmula de Friiss, que es la siguiente

(17-8)

donde FT � factor total de ruido para n amplificadores en cascadaF1 � factor de ruido, amplificador 1F2 � factor de ruido, amplificador 2F3 � factor de ruido, amplificador 3Fn � factor de ruido, amplificador nA1 � ganancia de potencia, amplificador 1A2 � ganancia de potencia, amplificador 2A3 � ganancia de potencia, amplificador 3

Nótese que para usar la fórmula de Friiss, se deben convertir los índices de ruido a facto-res de ruido. El índice total de ruido es

NFT(dB) � 10 log FT (17-9)

Se puede ver que el factor de ruido del primer amplificador (F1) contribuye más al índicegeneral de ruido. El ruido que se introduce en la primera etapa se amplifica en cada uno de losamplificadores siguientes. En consecuencia, cuando se compara con el ruido introducido en la

FT � F1 �F2 � 1

A1

�F3 � 1

A1A2

�Fn � 1

A1A2A3

NF � 10 log relación de señal a ruido en la entrada

relación de señal a ruido en la salida (dB)

F � relación de señal a ruido en la entrada

relación de señal a ruido en la salida (como relación adimensional)

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 787

Entrada Salida

FIGURA 17-14 Índice total de ruido

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primera etapa, el que se agrega con cada amplificador siguiente se reduce en un factor igual alproducto de las ganancias de potencia de los amplificadores anteriores.

Cuando son necesarios cálculos precisos (de 0.1 dB o menos) de ruido, en general es máscómodo expresar el índice de ruido en función de la temperatura de ruido, o la temperatura equi-valente de ruido, y no en potencia absoluta. Como la potencia del ruido (N) es proporcional a latemperatura, el ruido presente en la entrada a un dispositivo se puede expresar en función de la tem-peratura ambiente del dispositivo (T) y de su temperatura equivalente de ruido (Te). El factor deruido se puede convertir en un término que sólo depende de la temperatura, del siguiente modo(véase la fig. 17-15).

Sea

Nd � potencia de ruido aportada por un solo amplificador, referida a su entrada

Entonces Nd � KTeB (17-10)

donde Te es la temperatura equivalente de ruido. Sean

No � potencia total de ruido en la salida de un amplificador (watts)Ni � potencia total de ruido en la entrada del amplificador (watts)A � ganancia de potencia del amplificador (adimensional)

Entonces, No se puede expresar en la siguiente forma

No � ANi � ANd

y No � AKTB � AKTeB

Al simplificar se obtiene No � AKB (T � Te)

y el factor general de ruido (FT) es igual a

(17-11)

Ejemplo 17-5

Sean NF1 � NF2 � NF3 � 3 dB y A1 � A2 � A3 � 10 db en la figura 17-14. Encontrar el índice deruido total.

Solución Al sustituir en la ecuación 17-8 se obtiene: (nótese que todas las ganancias e índices deruido están dados en valores absolutos)

NFT � 10 log 2.11 � 3.24 dB

FT � 2 �2 � 1

10�

2 � 1

10� 2.11

FT � F1 �F2 � 1

A1

�F3 � 1

A1A2

FT �T � Te

T� 1 �

Te

T

FT �(S �N)ent

(S �N)sal

�S �Ni

AS �No

�No

ANi

�AKB (T � Te)

AKTB

788 Capítulo 17

Entradade señal

Salidade señal

FIGURA 17-15 Índice de ruido enfunción de la temperatura

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Un índice de ruido total de 3.24 dB indica que la relación S/N a la salida de A3 es 3.24 dB menor quea la entrada de A1.

Se debe tener en cuenta el índice de ruido de un receptor al determinar Cmín. El índice deruido se incluye en la ecuación de la ganancia del sistema como una pérdida equivalente. Enesencia, una ganancia en potencia total de ruido equivale a una pérdida correspondiente en lapotencia de la señal.

Ejemplo 17-6

Véase la fig. 17-16. Determinar la potencia mínima de portadora recibida y la potencia mínima detransmisión para una ganancia de sistema de 112 dB, un índice total de ruido de 6.5 dB, una potenciade ruido en la entrada de �104 dBm y una (S/N)sal mínima de 32 dB del desmodulador.

Solución Para alcanzar una relación S/N de 32 dB a la salida del desmodulador de FM, se requie-re una C/N en la entrada igual a 15 dB (17 dB de mejoramiento debido al silenciamiento de FM). Sedespeja la relación de portadora a ruido en la entrada al receptor, y se obtiene

Y así,

Pt � Gs � Cmín � 112 dB � (�82.5 dBm) � 29.5 dBm

Cmín �Cmín

N� N � 21.5 dB � (�104 dBm) � �82.5 dBm

Cmín

N�

C

N� NFT � 15 dB � 6.5 dB � 21.5 dB

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 789

mín

Amplificadorde potencia

Receptor demicroondas Receptor

de FMSalida de banda base

Pt

Gs = 112 dB

Cmín/N S/N = 32 dB

C/N FI

N = �104 dBm

NF = 6.5 dB

FIGURA 17-16 Ganancia del sistema para el ejemplo 17-6

Amplificadorde potencia

Objetivo de confiabilidad = 99.999%Ancho de banda = 6.3 MHz

Terreno monta-ñoso y seco

Diversidad espacial

Receptor demicroondas

Receptorde FM

Banda base

Cmín/N

C/N FIS/N = 40 dB

NF = 4.24 dBf = 8 GHz

1.2 m 1.2 m

50 m 25 m

50 km

Pt

FIGURA 17-17 Ganancia del sistema para el ejemplo 17-7

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Ejemplo 17-7

Para el sistema de la fig. 17-17, determinar lo siguiente: Gs, Cmín/N, Cmín, N, Gs y Pt.

Solución C/N mínimo en la entrada del receptor de FM es 23 dB.

Se sustituye en la ecuación 17-6, y se obtieneN � �174 dBm � 10 log B � �174 dBm � 68 dB � �106 dBm

Con la ecuación 17-5 se obtiene lo siguienteFm � 30 log 50 � 10 log [(6) (0.25) (0.125) (8)]

�10 log (1 � 0.99999) � 70 � 32.76 dBDe acuerdo con la ecuación 17-4,

Lp � 92.4 dB � 20 log 8 � 20 log 50� 92.4 dB � 18.06 dB � 33.98 dB � 144.44 dB

De la tabla 17-3,Lb � 4 dBLf � 0.75 (6.5 dB) � 4.875 dBAt � Ar � 37.8 dB

Nota: la ganancia de una antena aumenta o disminuye en proporción al cuadrado de su diámetro; esdecir, si el diámetro cambia en un factor de 2, la ganancia cambia en un factor de 4, o sea de 6 dB.Se sustituye en la ecuación 17-1 para obtener

Gs � 32.76 � 144.44 � 4.875 � 4 � 37.8 � 37.8 � 110.475 dBPt � Gs � Cmín � 110.475 dB � (�78.76 dBm) � 31.715 dBm

PREGUNTAS

17-1. ¿Qué constituye un sistema de microondas de corto alcance? ¿Un sistema de microondas delargo alcance?

17-2. Describa la señal de banda base para un sistema de microondas.17-3. ¿Por qué los sistemas de microondas FDM/FM usan FM de bajo índice?17-4. Describa una repetidora de microondas. Describa las diferencias entre repetidoras de banda

base y las de FI.17-5. Defina diversidad. Describa los tres esquemas de diversidad que se usan con más frecuencia.17-6. Describa un arreglo de conmutación de protección. Describa las diferencias de las dos clases

de conmutación de protección.17-7. Describa en forma breve las cuatro partes principales de una estación terminal de microondas.17-8. Defina qué es la radiación de pérdida.17-9. Describa en forma breve un sistema de microondas alta/baja.

17-10. Defina la ganancia del sistema.17-11. Defina los siguientes términos: pérdidas en la trayectoria en espacio libre, pérdida por rami-

ficación y pérdida en alimentador.17-12. Defina el margen de desvanecimiento. Describa las pérdidas por trayectoria múltiple, la sen-

sibilidad al terreno y los objetivos de confiabilidad, e indique cómo afectan al margen de des-vanecimiento.

17-13. Defina el umbral del receptor.17-14. Describa la diferencia entre la relación de portadora a ruido y la de señal a ruido.17-15. Defina qué es índice de ruido.

PROBLEMAS

17-1. Calcule la potencia de ruido en la entrada de un receptor, cuya radiofrecuencia de portadoraes 4 GHz y el ancho de banda es 30 MHz. Suponga temperatura ambiente.

Cmín �Cmín

N� N � 27.24 dB � (�106 dBm) � �78.76 dBm

Cmín

N�

C

N� NFT � 23 dB � 4.24 dB � 27.24 dB

790 Capítulo 17

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17-2. Calcule la pérdida en la trayectoria para una señal de 3.4 GHz que se propague 20,000 m.

17-3. Determine el margen de desvanecimiento para un salto de microondas de 60 km. La RF deportadora es 6 GHz, el terreno es muy liso y seco, y el objetivo de confiabilidad es 99.95%.

17-4. Calcule la potencia de ruido para un ancho de banda de 20 MHz en la entrada del receptor,con una temperatura de ruido en la entrada de 290° C.

17-5. Calcule la potencia mínima de transmisión, Pt, para una ganancia de sistema de 120 dB, unaC/N mínima en la entrada de 30 dB y una potencia de ruido de �115 dBm en la entrada.

17-6. Calcule la cantidad de pérdida atribuida a un objetivo de confiabilidad de 99.98%.

17-7. Determine la pérdida por sensibilidad al terreno para una portadora de 4 GHz que se propagasobre un área montañosa muy seca.

17-8. Un sistema de microondas con diversidad de frecuencia funciona con una RF de portadoraigual a 7.4 GHz. La FI es una subportadora de frecuencia modulada y bajo índice. La señal debanda base es el sistema FDM de 1800 canales, descrito en el capítulo 16: de 564 kHz a 8284kHz. Las antenas son platos parabólicos de 4.8 m de diámetro. Las longitudes de alimentadorson 150 m en una estación, y 50 m en la otra. El objetivo de confiabilidad es 99.999%. El siste-ma se propaga sobre un terreno promedio, con clima muy seco. La distancia entre las estacioneses 50 km. La relación mínima de portadora a ruido en la entrada del receptor es 30 dB. Calculelo siguiente: margen de desvanecimiento, ganancia de antena, pérdidas en la trayectoria enespacio libre, pérdidas totales por ramificación y en alimentadores, potencia de ruido en laentrada del receptor (Cmín), potencia mínima de transmisión y ganancia del sistema.

17-9. Determine el índice general de ruido para un receptor que tiene dos amplificadores de RF, cadauno con índice de ruido de 6 dB y 10 dB de ganancia, un convertidor mezclador de bajada coníndice de ruido de 10 dB y una ganancia de conversión de �6 dB, y ganancia de FI de 40 dBcon índice de ruido de 6 dB.

17-10. Un receptor de microondas tiene una potencia total de ruido en la entrada de �102 dBm, y uníndice general de ruido de 4 dB. Para tener una relación mínima de C/N de 20 dB a la entra-da del detector de FM, calcule la potencia mínima de portadora en la entrada del receptor.

17-11. Calcule la potencia de ruido en la entrada de un receptor, con las siguientes temperaturas y an-chos de banda:

Radiocomunicaciones por microondas y ganancia del sistema 791

T (°C) B (kHz)

0 1020 40

200 20500 50

f (MHz) D (km)

200 0.5800 0.8

3000 55000 108000 25

18000 10

17-12. Calcule las pérdidas en la trayectoria para las siguientes frecuencias y distancias:

17-13. Calcule el margen de desvanecimiento para un salto de microondas de 30 km. La frecuenciaRF es 4 GHz, el terreno es agua, y el objetivo de confiabilidad es 99.995%.

17-14. Determine la potencia de ruido para un ancho de banda de 40 MHz en la entrada de un recep-tor, cuya temperatura de entrada es T � 400° C.

17-15. Para una ganancia de sistema de 114 dB, C/N mínima de entrada � 34 dB y potencia de ruidoen la entrada de �111 dBm, calcule la potencia mínima de transmisión (Pt).

17-16. Calcule la cantidad de pérdida que contribuye a un objetivo de confiabilidad de 99.9995%.

17-17. Calcule la pérdida por sensibilidad al terreno, para una portadora de 8 GHz que se propagapor un terreno muy liso y seco.

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17-18. Un sistema de microondas con diversidad de frecuencia funciona con una RF � 7.4 GHz. LaFI es una subportadora de bajo índice, con frecuencia modulada. La señal de banda base esun sistema DFM de un solo grupo maestro. Las antenas son platos parabólicos de 2.4 m dediámetro. Las longitudes de alimentador son 120 m en una estación, y 80 m en la otra. El ob-jetivo de confiabilidad es 99.995%. El sistema se propaga sobre un terreno promedio, que tie-ne clima muy seco. La distancia entre estaciones es 40 km. La relación mínima de portadoraa ruido en la entrada del receptor es 28 dB. Calcule lo siguiente: margen de desvanecimiento,ganancia de antena, pérdidas en la trayectoria en espacio libre, pérdidas totales en ramifica-ciones y alimentadores, potencia de entrada al receptor (Cmín), potencia mínima de transmi-sión y ganancia del sistema.

17-19. Calcule el índice general de ruido para un receptor que tiene dos amplificadores de RF, cadauno con índice de ruido igual a 8 dB, y una ganancia de 13 dB; un mezclador convertidor des-cendente con índice de ruido igual a 6 dB y una ganancia de conversión de �6 dB, y una ga-nancia de FI de 36 dB con índice de ruido de 10 dB.

17-20. Un receptor de microondas tiene potencia de ruido total en la entrada igual a �108 dBm, eíndice general de ruido de 5 dB. Para tener una relación C/N mínima de 18 dB en la entradadel detector de FM, calcule la potencia mínima de portadora recibida.

792 Capítulo 17

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