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Coordinación de radio frecuencias para sistemas inalámbricos
Gabriel Benitez, Shure Inc.
Ciudad, Pais
Mes, Año
AgendaInformación básica sobre la radio frecuencia
Propiedades de una onda de radioDentro de un sistema inalámbrico
1.
Cambios en el ruido de piso de RFCompatibilidadCoordinación de frecuenciasFuentes de interferencia de RF
2.
Interferencia multivíaAntenas diversificadas y no diversificadas
3.
Ubicación correcta de antenaTipo de antenasSistemas de antenas distribuidas
4.
SquelchTipos de circuitos squelch
5.
BateríasAlcalinas vs recargables
Información básica sobre la radio frecuencia Propiedades de una onda de radio
Transmisión de la radio frecuencia
•
Ondas de radio:–
Variaciones de un campo electro magnético en el espacio
–
Pueden viajar por grandes distancias desde su fuente
•
Señales de radio:–
Ondas de radio son “moduladas”
para llevar información–
Pueden ser manipuladas en amplitud, frecuencia y o fase
y-axis
x-axis
Direction of propagation
Magnetic field
Electric field
Propiedades de la radio frecuencia
•
Velocidad:–
3x108
metros por segundo en el vacio, igual a la velocidad de la luz–
La velocidad es constante en un medio
•
Medio:–
Una onda de radio no requiere materia física para propagarse–
Una onda de radio se mueve más eficientemente en el vacio
•
Polarización:–
Componente eléctrico es perpendicular al componente magnético–
Una onda de radio es polarizada en el sentido de su componente eléctrico–
Generalmente es paralelo al eje de la antena transmisora
C = 3 X 108
metros / segundo
L = 300 / F en metros, donde
F = frecuencia en MHz
C = L x FC = velocidad de la luz, L = longitud de onda, F = frecuencia
UHF
3.0 1.5 1.0 0.75 0.6 0.5 0.43 0.375 0.333 Metros
100 200 300 400 500 600 700 800 900 MHz
VHF
Ecuación de una onda de radio
104
105
106
107
108
109
1010
1011
1012 1013
1014
1015
1016 1017 1018
1019 1020
1021
1022 1023
1024
Luz visible
Ultra violeta
Rayos X
Rayos gama, rayos
cosmicos
LF
MF
HF
VHF
UH
F SH
F
EH
F
VLF
InfrarojaTelevisión e
sistemas inalámbricos
Radar, micro-
ondas
Frecuencia en Hz
Longitud de onda en metros
104 103
102
10 1 10-1
10-2
10-3
10-4 10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
10-11 10-12
10-13 10-14 10-15 10-16
AM radio
FM radio
El espectro de radio
Time
Ampl
itude
Amplitud modulada (AM)
Time
Ampl
itude
Frecuencia modulada (FM)
f0Frequency
Ampl
itude
Espectro de FM: señal no modulada
Frequency
Ampl
itude
(f0
+ deviation)f0
(f0
- deviation)
Espectro de FM: señal modulada
Propagación: Longitud de onda vs obstáculo
Longitud de onda
Longitud de onda > obstáculo:
LA ONDA SIGUE DE LARGO
Obstáculo de metal
Propagación: Longitud de onda vs obstáculo
Metal ObstacleLongitud de onda
Longitud de onda < obstáculo:
LA ONDA ES REFLEJADA
Obstáculo de metal
Longitud de onda > apertura:
LA ONDA ES REFLEJADA
Obstáculo de metal
Apertura
Propagación: Longitud de onda vs obstáculo
Longitud de onda
Propagación: Longitud de onda vs obstáculo
Longitud de onda
Longitud de onda < apertura:
LA ONDA PASA
Obstáculo de metal
Apertura
Información básica sobre la radio frecuenciaDentro de un sistema inalámbrico
Procesamiento de audio para ir a radio
•
Reducción de ruido–
Pre-énfasis y de-énfasis
•
Mejoramiento al rango dinámico–
Sistemas de companding
•
Posible procesamiento análogo o digital
ENCODE TRANSMITTER RECEIVER DECODE
RF
Audio Audio
Frecuencia
Ampl
itud
10 Hz 1 KHz 10 KHz100 Hz 3 KHz300 Hz30 Hz 30 KHz
0dB
8dB
4dB
12dB
-4dB
20dB
24dB
16d
B
Ecualización pre-énfasis
Frecuencia
Ampl
itud
10 Hz 1 KHz 10 KHz100 Hz 3 KHz300 Hz30 Hz 30 KHz
-20dB
-12dB
-
16dB
-8dB
-24dB
0dB
+4dB
-4dB
Ecualización de-énfasis
Receptor: 100 dB
rango
dinámico
Transmisor:
100 dB rango
dinámico
Link de radio:
50 dB rango
dinámico
(Audio: ruido) (Audio: ruido)
-40 dB (Radio: ruido)
+10 dB (sobre modulado)
(Audio:
clipping) (Audio:
clipping)
+10 dB
+20 dB
-10 dB
0 dB
-20 dB
-30 dB
-50 dB
-60 dB
-40 dB
-70 dB
-80 dB
+10 dB
+20 dB
-10 dB
0 dB
-20 dB
-30 dB
-50 dB
-60 dB
-40 dB
-70 dB
-80 dB
Compander (2:1, relación fija)
• Existen relaciones de compresiónes más alto• Existen relaciones de compresiones variables
Receptor: 100 dB
rango
dinámico
Transmisor:
100 dB rango
dinámico
Link de radio:
50 dB rango
dinámico
(Audio: ruido) (Audio: ruido)
-40 dB (Radio: ruido)
+10 dB (sobre modulado)
(Audio clipping) (Audio clipping)
+10 dB
+20 dB
-10 dB
0 dB
-20 dB
-30 dB
-50 dB
-60 dB
-40 dB
-70 dB
-80 dB
+10 dB
+20 dB
-10 dB
0 dB
-20 dB
-30 dB
-50 dB
-60 dB
-40 dB
-70 dB
-80 dB
Compander (relación variable)
• Relación de compresión variable, umbral variable• Relación de expansión variable, umbral variable
Audio Reference Companding
•
No afecta las bajas señales de audio•
Relación de compresión varía con el nivel del audio
•
Mejora la relación de señal / ruido y el rango dinámico
Ruido de piso de RF
-40
-30
-20
-10
0
10
20-40 -30 -20 -10 0 10 20
Entrada Compresor
Salida Compresor
-50
-50
-60
-60
Audio Reference Companding
•
Una señal de audio inalámbrica suena casi idéntico a una señal de audio con cable
Beta 87A inalámbrico con companding 2:1
Beta 87A con cable
Beta 87A inalámbrico con Audio Reference Companding
Transmisor: síntesis de frecuencia
AF RF
Preamp Pre-énfasis CompresorVCO
sintetizadoRF Amp
Divisor de frecuencia
Programable –controlador PLL
Receptor: síntesis de frecuencia
IFAmp
Front End
Filtro de frecuencia intermedia
(IF)
FMDesmodulador
Expansor De-énfasis Audio
Amp
Divisor de frecuencia
Programable –controlador PLL
oscilador
local
Receptor de una conversión
RF IF AF(10.7 MHz typical)
Mixer
60 MHz
Frecuencia seleccionada
FiltroAncho de banda
efectivo
~ 20MHz
Front End: filtro Track Tuning
•
Tecnología de filtros de RF avanzada
•
Filtro se mueve junto a la frecuencia seleccionada maximizando la aislación de la señal al ruido
Front End: filtro Track Tuning
60 MHz
Frecuencia seleccionada
FiltroAncho de banda
efectivo
~ 20MHz
•
Mejora la selectividad y recepción
•
Complementa el uso de antenas y accesorios de banda ancha
•
Elimina las limitaciones de ancho de banda
1.
Cambios en el ruido de piso de RFCoordinación de frecuencias y compatibilidad
Interacción entre sistemas inalámbricos
•
Temas primarios de compatibilidad:–
Minimizar separación entre frecuencias (selectividad)–
Productos de intermodulación entre transmisores (IMD)
•
Temas secundarios de compatibilidad:–
Armónicos de cristal (frecuencia fija)–
Recpetor (oscilador local, image frequency, etc.)
Distancia mínima entre frecuencias
•
Cada sistema debe operar en una frecuencia individual
•
La mínima separación entre frecuencias: 0.4 -
1.5 MHz
•
La distancia mínima es una función de selectividad del receptor
Frecuencia
Amplitu0 dB
0 kHz
-3 dB 200 kH
z
-15 dB 300 kH
z
-50 dB 400 kH
z
-1 dB 100 kH
z
Productos de intermodulación -
transmisores
•
Causado por falta de linealidad en los circuitos
•
Ocurre entre dos o más transmisores
•
Generado en transmisores y o receptores
•
Intensidad de productos de IMD–
Proporcional al cuadrado de la potencia de transmisión–
Inversamente proporcional al cuadrado de la separación de la transmisión
•
Productos matemáticos de dos
frecuencias•
Productos matemáticos de dos
frecuencias
–
Segundo orden•
2 x f1•
2 x f2•
f1 + f2•
f1 -
f2
–
Tercer orden•
3 x f1•
3 x f2•
(2 x f1) + f2•
(2 x f1) -
f2•
(2 x f2) + f1•
(2 x f2) -
f1
–
Cuarto orden•
(3 x f1) + f2•
(3 x f1) -
f2•
(3 x f2) + f1•
(3 x f2) -
f1•
(2 x f1) + (2 x f2)•
(2 x f1) -
(2 x f2)
–
Quinto orden•
(3 x f1) + (2 x f2)•
(3 x f1) -
(2 x f2)•
(3 x f2) + (2 x f1)•
(3 x f2) -
(2 x f1)
–
Etc
Intermodulación
59 MHz59
59 MHz59
MHz
59 59 600 605 610585580575
Circuitlineal
Circuito no
Circuitos lineales vs. No lineales
Intermodulación: 2 transmisores -
3er orden
190 195 200185
590
590
595
595
585
(2 x 590)-595=585
600
(2 x 595)-590=600
IM1
= 2xf1
– f2 IM2
= 2xf2
– f1
? ?
4 frecuencias ocupadas
190 195 200185
582
595+590-603=582 603+595-590=608
608
603-595+590=598
598 603
603
590
590
595
595
IM1
= f1
+ f2 – f3 IM2
= f1 – f2
+ f3 IM3
= f2
+ f3 – f1
Intermodulación: 3 transmisores -
3er orden
? ? ?
3 frecuencias más ocupadas
582 608598 603
603
590
590
595
595
600
585 611 616577
590
Intermodulación: 2 & 3 transmisores -
3er orden
?? ?
?
? ?
?
? ?
12 frecuencias ocupadas
9 transmisores encendidos
• Los picos rojos son transmisores• Los picos grises son productos de intermodulación• Estas frecuencias son completamente compatibles
Armónicos de cristal
•
Debido a circuitos multiplicadores en transmisores de cristal
•
No se producen en circuitos de frecuencia sintetizada
160 180 220140 200 240120
Transmisores de frecuencia sintetizada: no existen multiplicadores
– no existen armónicos
Transmisor controlado por cristal: x multiplicadores =
armónicos de cristal
f0 +f0 /xf0 -f0 /xf0 +2f0 /xf0 -2f0 /x
f0f0
Armónicos de cristal
Tuned to: f1(LO1 =f1 -IF)
Tuned to: f2(LO2 =f2 -IF)
LO1
LO2
Si f2 =LO1 , el receptor 1 puede interferir con el receptor 2
Si f1 =LO2 , el receptor 2 puede interferir con el receptor 1
Receiver 1
Receiver 2
Interferencia del oscilador local
fLO =f0 -IFf0
fimage =f0 -2xIF
IFIF
Interferencia “Image Frequency”: baja injección
fLO =f0 +IFf0
fimage =f0 +2xIF
IFIF
Interferencia “Image Frequency”: alta injección
Asegurando compatibilidad entre sistemas
•
Elegir un grupo compatible pre-seleccionado:–
Un “grupo”
es compuesto por frecuencias programadas–
Un “canal”
es una frecuencia dentro de ese grupo–
Todos los “canales”
en un “grupo”
son compatibles
-o-•
Calcular un juego compatible de frecuencias:–
Considerar distancia mínima entre frecuencias–
Considerar distancia entre frecuencias e IMD–
Debe ser calculado por programa de computadora -
WWB
Grupo pre-
seleccionado
Todos los canales de este grupo son compatibles
Ejemplo de grupos compatibles pre-seleccionados
No hay garantía de compatibilidad mezclando grupos diferentes
Usando Shure Wireless Workbench Software
Wireless Workbench Software
•
Funciones primarias:–
Monitoreo remoto de sistemas inalámbricos–
Control remoto de sistemas inalámbricos–
Rápida programación de sistemas inalámbricos–
Escaneo de espectro de radio
•
Funciones secundarias:–
Análisis de compatibilidad de frecuencias–
Coordinación y síntesis de frecuencias
Wireless Workbench Software
DeviceManager –
receptores en
red
Alert Manager –
avisos y alertas en
tiempo real de los receptores
individuales
Notes Manager
Detailed Status –
RF,Audio, batería, potencia de transmisión
Waterfall Plot –Escanea RF a través del tiempo
Monitoreo y control de sistemas: iIndividual o en red
Otras pantallas de Wireless Workbench
RF Frequency Plot
Creación de grupos personalizados
RF History Plot
Compatibilidad y síntesis de frecuencias
Escanea receptores conectados a la red para encontrar el mejor grupo compatible en una banda
Analiza compatibilidad de receptores conectado a la red o una lista de frecuencias definida por el usuario
Sintetiza nuevas frecuencias compatibles para receptores contectados a la red o nuevas frecuencias determinadas segúnel requerimientos del usuario
Frequency Compatibility Program
Resumen de Wireless Workbench Software
•
Monitoreo y control remoto de parametros vitales para múltiples receptores inalámbricos
•
Creación y almacenamiento de grupos personalizados de frecuencias
•
Preparación rápida de inalámbricos (en red) para eventos grandes
•
Wizards: compatibilidad y selección automática de frecuencias
•
Sincronización infraroja al transmisor
•
Programa completo de compatibilidad de frecuencia
1.
Cambios en el ruido de piso de RFFuentes de interferencia
Video (imagen)
Croma (color)
Audio (sonido)
Frecuencia
Ampl
itud
8 MHzfv fa
4.43 MHz
fc
1.25 MHz .25 MHz
Espectro -
canal de televisión análoga (PAL)
Espectro -
canal de televisión digital (DTV)
Frecuencia
Ampl
itud
8 MHz
Evitar canales de televisión ocupados
•
Transmisoras de televisión–
Al aire libre 70-80 km–
Local cerrado 40-50 km
•
Existen diferentes canales en diferentes ciudades
•
TV análoga y TV digital (DTV) presentan el mismo efecto:–
Más cortes de señal de RF–
Rango reducido–
TV análoga y digital afecta la calidad de audio por igual
•
Televisión digital puede ser VHF o UHF
Espectro UHF: interferencias de canales de TV
•
¡Evitar canales de televisión ocupados!
Fuentes secundarias de interferencia
•
Transmisiones de radio desconocidas–
Sistemas de monitoreo inalámbrico in-ear–
Sistemas de intercom inalámbrico–
Transmisores STL (studio transmitter link)–
Transmisores fuera de la banda UHF (taxi, policía, etc.)–
Celulares y agendas electrónicas GSM (generalmente interfieren en audio)
•
Equipos digitales cercanos–
Procesadores de audio DSP (CD players, DAT, efectos)–
Computadoras y controladores de luces (pantallas LED, dimmers)
•
Equipos de alta potencia–
Motores, HVAC, Luces [generalmente producen RFI cuando se encienden y apagan ej: ballast de luces fluorecentes]
2. Interferencia multivía
ReceptorTransmisor
Señal directa Señal indirecta (multivía)
Superficie reflectiva de metal (tamaño físico mayor a longitud de onda)
Interferencia multivía
Multipath Interference
11
10
100
1000
RF-input voltage
2 3 Time [s]
Sistema no diversificado
Sistema diversificado
Receptor
Switch de antena
Antena A Antena B
Diversificación de antenas predecibles
Comparador predecible
Sistemas de diversificación
Shure Predictive Diversity
Receptor 1
Antena A
Diversificación de antenas -
conmutación de repectores
Conmutador Audio switch
Receptor 2
Antena B
Sistemas de diversificación
True Diversity
Receptor 1
Antena A
Diversificación de antenas -
combinación de repectores
Combinador de audio
Receptor 2
Antena B
Sistemas de diversificación
Shure MARCAD - Maximum Ratio Combining Audio Diversity
3. Ubicación correcta de antenas
Variedades de antenas
•
1/4 de onda–
Debe estar perpendicular a un plano de tierra
•
1/2 de onda–
Telescópica o cable–
Para aplicaciones de montaje remoto
•
Direccional–
Yagi (banda corta)–
Log periodic (banda ancha)–
Helicoidal (banda ancha)–
Excelente para incrementar distancia o para ambientes cargado de RF
120
Antena direccional activa
•
Permite recibir una señal de RF a una mayor distancia ( >100 m)
•
Amplificador interno (+3dB, +10dB) compensa por pérdidas que ocurren en cables largos
•
Generalmente requiere voltaje CC para operar
Log periodic (con amplificador)Helicoidal
(cortesía de
Professional Wireless Systems)
Antenas remotas para recepción
Ubicación de antenas
•
Posición para recibir el mejor ángulo de polarización
Receptor no diversificado: vertical
Receptor diversificado: 90°
apart
90°
Ubicación de antenas
•
Distancias entre antenas–
Mínima: > ¼
de onda–
Mejor distancia: > 1 de onda completa
VHF: 37cmUHF: 7cm
Ubicación de antenas
•
Distancia mínima entre antena transmisora y antena receptora debe ser por lo menos 3 metros
> 3 metros
Ubicación de antenas
•
Las antenas deberían estar por encima de la audiencia y otros obstáculos
•
Aproveche la altura
> 2 m
¿Ubicación de antenas?
Antennas inside steel enclosure
¿Ubicación de antenas?
Configuración de sistemas
•
Más de 3 sistemas Distribuidor de antenas•
Receptores escondidos Antenas remotas•
Larga distancia Antenas direccionales
Distribución de antenas
•
Previene la interacción entre antenas receptoras ubicadas en proximidad–
Splitter pasivo divide un par de antenas a dos receptores diversificados ~3dB de pérdida por split
–
Splitter activo divide un par de antenas a 4-5 receptores diversificados: sin pérdidas
–
Se puede conectar múltiples distribuidores para alimentar una gran cantidad de receptores
Splitter pasivo “B”
(-3dB pérdida)
Splitter pasivo “A”
(-3dB pérdida)
Antena “A”Antena “B”
Distribución de antenas pasivas
Antena “A”Antena “B”
Distribución de antenas activas –
un nivel
Antena “A”Antena “B”
Distribución de antenas activas –
dos niveles
Antena “B”
Antena “A”
Distribución activa > 2 distribuidores
No se recomienda cascadear más de dos niveles de distribución
Distribuidor primario
Distribuidores secundarios
Pérdidas en cables coaxiales
•
Se debe usar cables coaxiales de 50 Ω
•
Se recomienda <5 dB de pérdida a través de un cable
•
Cables NO recomendados: RG59, RG6, RG11 (75 Ω)
Pérdida típica para cables de 50
Pérdida 200 MHz dB/100 ft
Pérdida 200MHz dB/10m
Pérdida 400 MHz dB/100 ft
Pérdida 400MHz dB/10m
Pérdida 600 MHz dB/100 ft
Pérdida 600MHz dB/10m
Pérdida 800 MHz dB/100 ft
Pérdida 800 MHz dB/10m
RG-58 C/U Belden 8262 8.1 2.7 12.4 4.1 15.9 5.2 19.4 6.4RG-8X Belden 9258 4.9 1.6 7.6 2.5 9.9 3.2 12.2 4.0RG213/U Belden 8267 3 1.0 4.5 1.5 5.8 1.9 7.1 2.3RG-8/U Belden 8237 2.8 0.9 4.2 1.4 5.3 1.7 6.4 2.1
(Pérdida en cable
>5 dB)
Antena “A”Antena “B”
Amplificador “A”
Amplificador “B”
Amplificadores de antenas
Salón
2Salón
1
Antena “A” Antena “A”Antena “B”Antena “B”
Combinador pasivo
“B”Combinador pasivo
“A”
Distribución de antenas –
múltiples salones
Distribución de antenas –
múltiples salones
Salón ASalón BSalón C
Rack de equipos
“B” “A”
“A”“A”“A”
“B”“B”“B”
= UA830WB
= UA221
Distribución de antenas –
múltiples salones
= se requiere fuente bias al usar más de dos amplificadores en línea
Salón ASalón BSalón C
Rack de equipos
“B” “A”
“A”“A”“A”
“B”“B”“B”
Fuente cc
= UA830WB
= UA221
Distribución de antenas –
áreas grandes
B
Sugerencias para usar antenas remotas
•
Usar antenas de ½
onda o antenas direccionales
•
Ubicarlas para obtener línea de vista
•
Separar antenas para mantener diversificación
•
Pérdida total < 5dB–
Usar longitudes mínimas de cables–
Usar cable con menor pérdida–
Usar amplificador si es necesario
•
Ganáncia total < 10dB–
Usar ganáncia mínima
4. Squelch
Circuitos de squelch
• SQUELCH
de amplitud-
depende de la intensidad de la señal de RF
• SQUELCH
–
Noise Sensitive (sensible a ruido)-
analiza la calidad de audio, busca ruido en frecuencias altas; característico de una señal de RF
•SQUELCH
–
Tone Key (llave de tono)-
tono super audible se envia con la portadora,
la salida del receptor no se habilita sin el tono presente
LED A-B indica estado del squelch
Ajusta umbral de amplitud
Audio Level
Frequency
RF Noise
Squelch Threshold
Audio Level
Frequency
RF Noise
SquelchThreshold
Audio Level
Frequency
Squelch Threshold
32 KHz Tone
Circuitos de squelch
•
Squelch de amplitud
•
Noise squelch
•
Tone Key squelch
5. Baterías
Baterías recargables
•
UR1 operando con Duracell AA NiMH 2400mAh
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
UR1 UR2
Baterías recargables
•
UR1 operando con Energizer AA NiMH 2500mAh
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
UR1 UR2
Baterías recargables
Life of Different Battery Types
5
6
7
8
9
10
0:00
1:00
2:00
3:00
4:00
5:00
6:00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
Time (Hours)
Volta
ge AlkalineNiMH 8.4VNiCd 7.2V
Wireless Battery Life
4
5
6
7
8
9
10
0:00
0:57
1:54
2:51
3:48
4:45
5:42
6:39
7:36
8:33
9:30
10:2
11:2
Time (Hours)
Volts
FrequencySynthesizedCrystalControlled
•
Baterías 9V
Temas sobre baterías
•
Nuevas químicas–
Lithium Ion–
Alcalinas recargables
•
Tamaño “AA”
es el más popular y más económico
–
Circuitos requieren convertidores de CC–
Exigen circuitos más eficientes
Herramientas onlinewww.shure.com
www.shure.com/frequency
www.shure.com/frequency
Conclusión1.
Controlar ruido de RF (en lo posible)
Coordinar y compatibilizar frecuenciasEvitar fuentes primarias y secundarias de interferencia de RF
2.
Interferencia multivía
Siempre usar y mantener antenas diversificadas
3.
Ubicación correctas de antenas
Respetar distancias mínimasSiempre usar distribuidor de antenas si es necesario
4.
Squelch
Evitar el uso de squelch excepto en casos especiales
5.
Baterías
Preferible usar alcalinasUsar baterías recargables cuando es necesarioSiempre usar baterías nuevas o recién cargadas
¿Preguntas?