Los sistemas de comunicaciones inalámbricos son variados y se encuentran dispersos por todo el espectro radioeléctrico ocupando una determinada banda de frecuencia. El sistema de comunicación de la radiodifusión es ampliamente conocido, es por ello que cada día están surgiendo nuevas estaciones de radio las cuales exigen que se le asigne una frecuencia adecuada para realizar la transmisión. El organismo que se encarga de administrar el espectro radioeléctrico de un país, en nuestro caso, el Consejo Nacional de Telecomunicaciones CONATEL, tiene la función de asignación de frecuencias para cada servicio, y una vez puesto en funcionamiento la transmisión, verifica que se este cumpliendo con lo establecido en el diseño del sistema de comunicaciones. El analizador de espectro es utilizado por CONATEL, también por los servicios de comunicaciones, con la finalidad de hacer mediciones con respecto a la frecuencia y así obtener información de la potencia disipada, área de cobertura y del segundo armónico
Palabras claves: Sistemas
de radiodifusión, analizador de espectro, potencia disipada,
área de cobertura, Segundo Armónico.
Wireless communication system are varied and are
spread across the radiolectric spectrum occupying a certain bandwidth.
The system used for broadcasting is widely known, and that is
why every day there are requests for new radio stations that want
an adequate frequency for transmission. The government body that
has the roll of assigning the radio frequencies in Venezuela is
known as CONATEL and when a station is on the air this body is
responsible for checking that such transmission is within the
technical specifications that are particular for each radio station.
The spectrum analyzer is used by CONATEL to make frequency measurements,
dissipated power, coverage and 2nd harmonies of other types of
communication services.
El espectro radioeléctrico esta compuesto por las diferentes ondas electromagnéticas que se propagan a través del espacio libre a una determinada frecuencia y una longitud de onda. Este espectro se ha clasificado en bandas radioeléctricas basados en la longitud de la onda que se propaga; éstas van desde la banda LF hasta SHF. Todos los servicios de comunicación inalámbricos que van desde telefonía móvil, radiodifusión, TV, radiolocalización, meteorología por satélite, etc. son ubicados en una de las bandas del espectro radioeléctrico de acuerdo a sus necesidades y a la disponibilidad de la frecuencias. Esta asignación es realizada por la oficina que administra el espectro en cada país, en nuestro caso, CONATEL. Esta entidad gubernamental también verifica que no exista interferencia con otro usuarios de espectro radioeléctrico una vez que el sistema esta instalado, y chequea periódicamente el espectro para detectar usuarios sin permisología para la instalación de equipos de transmisión y aplicar su sanción respectiva. Todo esto lleva a una mejor utilización y planificación del espectro radioeléctrico. La tecnología de medición mas utilizadas son los analizadores de espectro que permiten realizar el análisis de la señal en el dominio de la frecuencia.
Este trabajo estará enfocado hacia el servicio
de comunicación de radiodifusión, utilizando un
analizador de espectro para analizar las señal que se origina
desde la antena transmisora de la emisora radial.
Este servicio de comunicación inalámbrica va de uno a muchos usuario, es decir, desde la antena transmisora que es la que envía la señal a los receptores que son los diferentes equipos eléctricos (radios) ubicados en cualquier zona geográfica dentro de la cobertura. Cuando un usuario hace un diseño para la instalación de una emisora radial, éste hace la solicitud de una frecuencia de operación central, indicando en el diseño la potencia de operación y niveles de cobertura. EL organismo administrador del espectro, se encarga de la asignación de la frecuencia de operación y una vez instalado la estación verifica que el servicio cumple con lo estipulado en el diseño final y para la cual le dieron permisología de instalación.
El ancho de banda de los servicio radioeléctrico
es de 150 Khz, alrededor de su frecuencia central asignada y disipa
una potencia determinada que se extiende alrededor de una cobertura.
Estas señales son líneas vista, es decir, tienen
limitaciones dadas por el nivel del terreno y es por ello que
se ubican a una determinada altura sobre el nivel del mar. Veamos
la siguiente figura.
Las medidas que se realizan en el sistemas de comunicación de radiodifusión son las siguientes:
El análisis de la señal que se realizan
en el dominio de la frecuencia ya sea por CONATEL o las compañías
propietarias utilizan el analizador de espectro como herramienta
fundamental para verificar el funcionamiento de su transmisor
y chequear si existe interferencias originada por sus vecinos
espectrales, ó por su propios equipos.
1.- Potencia Autorizada Las estaciones de radiodifusión se divide en clase A, B y C, la cual trasmiten a 50, 25 y 5 kw. Cada clase tiene asociado un conjunto de características que debe cumplir, entre ellas la altura de la antena transmisora con respecto al nivel del mar. La clasificación de las emisoras permite que la transmisión tenga mayor o menor cobertura. Varias emisoras pueden estar utilizando la misma banda a igual frecuencia, y geográficamente separadas a kilómetros de distancia, evitando de esta forma interferencia. Una emisora puede ser tipo A y tener menor potencia, esto es, porque ya existe otra emisora ocupando la misma frecuencia central pero es de tipo B o C, es decir, tiene menor potencia en la transmisión y esta ubicada por encima de la altura sobre el nivel del mar exigida para el tipo A. Esto indica que la nueva emisora a instalarse no va a tener mayor potencia, es decir 50 kw. El hecho que varias emisoras puedan tener la misma frecuencia base es porque cada una esta separada a x distancia medida en línea recta una respecto de la otra. La distancia atenúa la potencia, al igual que el relieve de terreno, por ello cada antena transmisora está instalada a una distancia del nivel del mar. El proceso para determinar la potencia autorizada es el siguiente:
1.- Determinar la potencia sobre la antena transmisora, para ello se conecta un cable al excitador del transmisor que esta a 5 Watts y con la frecuencia asignada al sistema y el analizador de espectro me da una cantidad de X dB que esta sujeta a estos datos. Esta medida también se puede obtener tomando una pequeña muestra a nivel de 250 o 5000 Watts del transmisor y me da la potencia disipada por el equipo. Otra forma de saber la potencia sobre la base de transmisor es ver las especificaciones de fabricante en cuanto a la eficiencia, voltaje y corriente, con estos datos se obtiene la potencia del transmisor.
2.- Con la frecuencia de sistema y a una distancia de X km. de la antena transmisora en línea recta, por lo general 1 km. y con una antena portátil conectada al analizador de espectro para que éste capte la señal que tiene una frecuencia dada (fija) se tiene como resultado la potencia.
Con los dos resultados anteriores se realiza una operaciones matemáticas y se observa si la antena esta transmitiendo o no a la potencia adecuada, es decir, debe existir relación del resultado de la medida al de transmisor en la muestra de 5 Watts con respecto a la de 1 km. por la atenuación que existe debido a la distancia.
2.- Niveles de Cobertura (Area Primaria).
Cuando se le realiza un proyecto de radiodifusión
la oficina administradora de espectro, se le indica la ubicación
exacta de la antena transmisora de la emisora y su cobertura.
Dentro de espacio que define la cobertura existen tres zonas llamadas
primaria, secundaria y terciaria definidas en función de
la niveles de potencia en decibeles. La zona primaria es la reserva
para la emisora, esto quiere decir, que ningún servicio
puede utilizarla. Esta es la zona comercial de la emisora. Las
otras zonas están ubicadas a unos cuantos kilómetros
del transmisor y hasta allí llegan las ondas radioeléctricas
de la emisora con una cierta potencia. Ver gráfico siguiente..
Una vez que la emisora esta funcionando, el organismo administrador de espectro, en nuestro caso CONATEL, procede a realizar las inspecciones y medir los niveles de cobertura que le fueron permitidos. Para ello toma un analizador de espectro y va desde el sitio donde esta la antena transmisora a los dos puntos y verifica que se esta cumpliendo con las especificaciones finales estipuladas en el proyecto. Si el servicio por alguna razón detecta una interferencia se dirige a CONATEL y este toma las medidas a respecto, se verifica quien esta causando tal situación y le pone una sanción.
Las mediciones que se realiza con respecto a lo niveles
de cobertura definidos alrededor de la antena transmisora están
interrelacionados con la potencia, si aumento la potencia el área
se amplifica y el caso contrario si disminuye la potencia del
transmisor.
3.- Nivel del 2do Armónico.
Cada servicio de comunicación inalámbrica tiene asignado su frecuencia central del espectro. El primer armónico se forma a dos veces la frecuencia central, esto indica que el transmisor de la antena esta ocupando el doble de la frecuencia asignada y esto no puede ser, porque al doble de la frecuencia del primer servicio puede estar ubicado otro y causar interferencia. Si el transmisor no tiene filtros de segundo armónico la señal radioeléctrica generada por el transmisor del servicio radial va estar interfiriendo con los vecinos. Para ello, todo transmisor debe tener un filtro de segunda armónica, es un filtro pasabanda que solo va dejar pasar la frecuencia central. La medición para el 2do armónico se hace a un km., esto es porque la normas indican que a 1 km. se debe tener -60db de atenuación para no causar interferencia con lo vecinos. Por lo general los transmisores FM tiene problemas con los canales de televisión, pues rebasan la portadora del color originando TV en blanco y negro. Otro efecto que ocurre con el servicio de televisión, es que las emisoras cuando hay interrupción del canal las emisoras ven esto como su receptor. estos dos efectos se deben a la modulación de las FM que es muy alta, y el espectro asignado a los servicios TV y radiodifusión son continuos . Entre mas alta sea la intermodulación menor visibilidad para la TV, es por eso que las plantas transmisoras deben ubicarse en zonas bastantes altas y fuera de la ciudad para que no se vean afectadas por el ruido electromagnético.
Para solucionar el problema que causa el 2do. armónico, CONATEL como organismo regulador, verifica esto. Lo que hace es que desde el punto de origen de la antena transmisora recorre un km. en línea recta y utilizando un analizador de espectro toma la señal del medio y coloca la frecuencia del servicio que esta analizando y el de sus vecinos y por inspección ocular sobre la pantalla del analizar tomas su conclusiones. Esto también lo realizan los dueños del servicio. Ver la figura siguiente.
Estas emisiones pueden ser causadas por otros servicios
por no cumplir una de las tres condiciones anteriores o generadas
por el mismo equipo de transmisión. Para su detección
debe realizare un análisis exhaustivo del espectro radioeléctrico
compartido con los servicios vecinos, es decir, los canales adyacentes
con respecto a la frecuencia central de la emisora de radiodifusión.
Se utiliza un analizador de espectro para observar las señales
de cada uno de los servicios para detectar el problema, es decir,
la existencia de ruido, y así se continua con el análisis
hasta llegar al problema. Si al realizar todas las mediciones
anteriormente explicadas, no se observa interferencia con respecto
a los vecinos, pues se deduce que el del problema es el servicio
en estudio. Con el mismo analizador de espectro se procede a chequear
el transmisor fuente tomando puntos de muestra hasta llegar al
problema. En este proceso puede transcurrir bastante tiempo. Vemos
la siguiente figura donde existe interferencia de dos servicios.
Anteriormente se ha mencionado algunas mediciones que se pueden realizar con los analizadores de espectro a partir del análisis frecuencial de la señal. En el mercado mundial existen una gran variedad de analizadores de espectro, los mas conocidos son:
Hewlett Packard: Serie HP 8590E 1996 y otras.
MOTOROLA: R-2600.
Anritsu: MS265/2661A
ROHDE&SCHWARZ: FSEA/FSEB
Todos ellos tienen especificaciones para el análisis de señales en el dominio frecuencial generadas por diferentes aplicaciones, incluyendo la manufactura y mantenimiento de equipos para el enlace de microondas, radar, equipos de telecomunicaciones, equipos de radiodifusión, sistemas de telefonía móvil, etc.
Estas medidas son posibles porque los analizadores de espectro tienen las siguientes características:
Todo proyecto de comunicaciones inalámbricas
necesita una frecuencia de operación, y una vez instalado
se le deben realizar pruebas periódicas para verificar
su funcionamiento. El análisis de señales en el
dominio frecuencial mediante un analizador de espectro facilita
la planificación y administración de espectro radioeléctrico
por parte de la oficina central de comunicaciones de cada país,
en nuestro caso CONATEL y un mejor mantenimiento y vigilancia
del funcionamiento de los servicios por parte de las compañías
propietarias.
BUREN NEAL. 1996. Monitoreo Eficaz para el espectro de los Sistemas de Comunicaciones Inalámbricas. Hewlett Packard: Seminario Inalámbricas.
Sistema de Monitoreo de Espectro Radioeléctricos. Hewlett-Packard 1995. Seminario de Comunicaciones Móviles.
Seminario de Telecomunicaciones Inalámbricas. MOTOROLA 1997.
Test & Measurement Catalog 1996, pag. 234, 236.
BROSHURE:
MOTOROLA. R-2600. Comunications System Analizer.
ROHDE&SCHWARZ. Spectrum Analyzer FSEA/FSEB.
Anritsu. MS2651A/2661A. Spectrum Analyzer. 9 KHz to 3 GHz.
Anritsu. Spectrum Analyzer. MS710C/D/E/F. 10KHz to
23 GHz (18 to 140 GHz).