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Gerente de Desarrollo de Mercado
Gabriel Benitez
Operación de micrófonos inalámbricos y coordinación
de radio frecuencias
Agenda Información básica sobre la radio frecuencia
Propiedades de una onda de radio Dentro de un sistema inalámbrico
1. Cambios en el ruido de piso de RF Fuentes de interferencia de RF Compatibilidad Coordinación de frecuencias
2. Interferencia multivía Antenas diversificadas y no diversificadas
3. Ubicación correcta de antena Tipo de antenas Sistemas de antenas distribuidas
4. Squelch Tipos de circuitos squelch
5. Baterías Alcalinas 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 o fase
Eje y
Eje x
Dirección de propagación
Campo magnético
Campo eléctrico
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
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 M
F
HF
VHF U
HF SH
F EHF
VLF
Infraroja Televisión e
sistemas inalámbrico
s
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 radi
o
FM radio
El espectro de radio
Tiempo
Am
plitu
d
Amplitud modulada (AM)
Am
plitu
d
Frecuencia modulada (FM)
Tiempo
f0 Frecuencia
Am
plitu
d
Espectro de FM: señal no modulada
(f0 + desviación) f0
(f0 - desviación)
Espectro de FM: señal modulada
Frecuencia
Am
plitu
d
C = 3 X 108 metros / segundo
L = 300 / F en metros, donde F = frecuencia en MHz
C = L x F C = 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
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 Obstacle Longitud 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 frecuencia
Adentro de un sistema inalámbrico
Procesamiento a la señal de audio
• Reducción de ruido – Pre-énfasis y de-énfasis
• Mejoramiento al rango dinámico – Sistemas de companding
• Posible procesamiento análogo o digital
CODIFICAR TRANSMITIR RECIBIR DESCODIFICAR
RF
Audio Audio
Transmisor: controlado por cristal
Preamp Pre-énfasis Compresor Oscilador controlado por voltage
(VCO)
Multiplicadores RF Amp
AF RF
Cristal de cuarzo
Transmisor: síntesis de frecuencia
AF RF
Preamp Pre-énfasis Compresor VCO
sintetizado RF Amp
Divisor de frecuencia
Programable – controlador PLL
Frecuencia
Am
plitu
d
10 Hz 1 KHz 10 KHz 100 Hz 3 KHz 300 Hz 30 Hz 30 KHz
0dB
8dB
4dB
12dB
-4dB
20dB
24dB
16dB
Ecualización pre-énfasis
Frecuencia
Am
plitu
d
10 Hz 1 KHz 10 KHz 100 Hz 3 KHz 300 Hz 30 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 compresión más alta • Existen relaciones de compresión 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 señales bajas de audio • Relación de compresión varía con el nivel del audio • Mejora la relación de señal / ruido y el rango dinámico
-40 -30 -20 -10 0 10 20
-40 -30 -20 -10 0 10 20 Entrada Compresor
Salida Compresor
-50
-50
-60
-60
Ruido de piso de RF
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
Receptor: controlado por cristal
Receptor de una conversión
Front End Expansor De-énfasis Audio
Amp
RF IF AF (10.7 MHz typical)
Cristal Cuarzo
Filtro de frecuencia intermedia
(IF) IF
Amp
oscilador
local
Mixer FM
Desmodulador
Receptor: síntesis de frecuencia
IF Amp
Front End
Filtro de frecuencia intermedia
(IF) FM
Desmodulador 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
Filtro Ancho 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
Filtro Ancho 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 RF Identificar fuentes de interferencia
Fuentes de interferencia
• Canales de televisión – Transmisiones análogas – Transmisiones digitales
• Equipos digitales – Pantallas LED – Pantallas LCD – Fuentes de luces (dimmers)
• Sistemas inalámbricos – Micrófonos inalámbricos – Transmisores de monitoreo inalámbrico (in-ear monitors) – Sistemas de intercomunicadores inalámbricos (intercom)
Video (imagen)
Croma (color)
Audio (sonido
)
Frecuencia
Am
plitu
d
6 MHz fv fa
3.58 MHz
fc
1.25 MHz .25 MHz
Espectro - canal de televisión análoga (NTSC)
Video (imagen)
Croma (color)
Audio (sonido
)
Frecuencia
Am
plitu
d
8 MHz fv fa
4.43 MHz
fc
1.25 MHz .25 MHz
Espectro - canal de televisión análoga (PAL)
Espectro - canal de televisión digital (DTV)
Frecuencia 6 MHz
Am
plitu
d
Evitar canales de televisión ocupados
• Transmisoras de televisión – Al aire libre 70-80 km – Recinto 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 de interferencia secundarias
• Transmisiones de radio desconocidas – Transmisores de monitoreo inalámbrico (in-ear monitors) – Sistemas de intercomunicación inalámbrica – Enlaces de micro ondas (STL - studio transmitter link) – Celulares GSM (generalmente interfieren en audio) – Bandas de seguridad pública (taxi, policía, etc.)
• Equipos digitales – Pantallas LCD y LED – Procesadores digitales de audio (DSP) – Reproductores de CD – Computadoras – Controladores de luces y dimmers
1. Cambios en el ruido de piso de RF Coordinación de frecuencias y compatibilidad
Interacción entre sistemas inalámbricos
• Puntos primarios de compatibilidad: – Una frecuencia por sistema inalámbrico – Minimizar separación entre frecuencias (selectividad) – Productos de intermodulación entre transmisores (IMD)
• Puntos secundarios de compatibilidad: – Armónicos de cristal (frecuencia fija) – Receptor (oscilador local, frecuencia imagen, 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
Amplitud
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
590 MHz 595
590 MHz 595
MHz
590 595 600 605 610 585 580 575
Circuito lineal
Circuito no lineal
Circuitos lineales vs. No lineales
• 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
Intermodulación: 2 transmisores - 3er orden
190 195 200 185
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
190 195 200 185
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
582 608 598 603
603
590
590
595
595
600
585 611 616 577
590
Intermodulación: 2 & 3 transmisores - 3er orden
? ? ?
?
? ?
?
? ?
12 frecuencias ocupadas
Escaneo con transmisores apagados
Escaneo usando receptores UHF-R y 8 transmisores encendidos
8 transmisores encendidos
9 transmisores encendidos
• Picos rojos representan transmisores • Picos y portadoras blancas representan IMD • Todas estas frecuencias son compatibles
Escaneo usando WINRADIO
• Son generados por los circuitos multiplicadores en transmisores de cristal
• No se producen en circuitos de frecuencia sintetizada
Armónicos de cristal
160 180 220 140 200 240 120
Transmisores de frecuencia sintetizada: no existen multiplicadores
– no existen armónicos
Transmisor controlado por cristal: x multiplicadores =
armónicos de cristal
f0+f0/x f0-f0/x f0+2f0/x f0-2f0/x
f0 f0
Armónicos de cristal
Sintonizado a: f1 (LO1=f1-IF)
Sintonizado a: 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
Receptor 1
Receptor 2
Interferencia del oscilador local
fLO=f0-IF f0
fimage=f0-2xIF
IF IF
Frecuencia de imagen de baja injección
fLO=f0+IF
f0
fimage=f0+2xIF
IF IF
Frecuencia de imagen de 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 grupo compatible de frecuencias:
– Considerar distancia mínima entre frecuencias – Considerar distancia entre frecuencias e IMD – Debe ser calculado por programa de computadora – WWB o equivalente
Los 9 puntos de compatibilidad
1. Una frecuencia diferente por transmisor 2. Distancia mínima entre frecuencias = 400kHz* 3. IMD de 2 transmisores de 3er orden 4. IMD de 2 transmisores de 5to orden 5. IMD de 3 transmisores de 3er orden 6. IMD de 3 transmisores de 5to orden 7. Interferencia del oscilador local 8. Frecuencia de imagen 9. Armónicos de cristal * - depende de la selectivdad del sistema
Grupos compatibles pre-seleccionados
No hay garantía de compatibilidad mezclando grupos diferentes
Grupo pre-seleccionado
Todos los canales de este grupo son compatibles
2. Interferencia multivía
Receptor Transmisor
Señal directa Señal indirecta (multivía)
Superficie reflectiva de metal (tamaño físico mayor a longitud de onda)
Interferencia multivía
Sistema no diversificado
Sistema diversificado
Interferencia multivía
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) – Polarzación circular (banda corta) – Excelente para incrementar distancia o para
ambientes cargado de RF
Log periodic (con amplificador) Helicoidal pasiva
Antenas direccionales
Ubicación de antenas
• Posición para recibir el mejor ángulo de polarización
Antena no diversificada: vertical
Antenas diversificadas: 90° separación
90°
Ubicación de antenas
• Distancias entre antenas – Mínima: > ¼ de onda – Mejor distancia: > 1 de onda completa
VHF: 37cm UHF: 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
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
¿Ubicación de antenas?
Antenas montadas adentro del rack
¿Ubicación de antenas?
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 división – 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
• Más de 3 sistemas Distribuidor de antenas • Receptores escondidos Antenas remotas • Captar a larga distancia Antenas direccionales
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
Combinadores de activos de antenas
Combinadores de activos de alta calidad
Combinadores de activos de baja calidad
Combinaciones correctas de antenas
Especificaciones de cables coaxiales
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 Ohms
Pérdidas en cables coaxiales
• UA802 – RG58 – 2 pies – 60cm • UA806 – RG58 – 6 pies – 1.8m • PA725 – RG58 – 10 pies – 3m • UA825 – RG8X – 25 pies – 7m • UA850 – RG8X – 50 pies – 15m • UA8100 – RG213 – 100 pies – 30m
(Pérdida en cable >5 dB)
Antena “A” Antena “B”
Amplificador “A”
Amplificador “B”
Amplificadores de antenas
Salón 2 Salón 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 A Salón B Salón 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 A Salón B Salón C
“B” “A”
“A” “A” “A”
“B” “B” “B”
Fuente cc
= UA830WB
= UA221
Rack de equipos
Distribución de antenas – múltiples salones
= se requiere fuente bias al usar más de dos amplificadores en línea = UA221
Fuente CC
A B
B A
B A
Salón B
Salón D
Salón A
Salón C
B A
B A
= UA830WB
Rack de equipos
rack
A3
B2
A4
B3
B4
A2 B1 A1
UA830 UA830
UA830
UA830
UA830
UA830
UA830
UA830
UA221
UA220
UA221
UA220
UA220
UA220
Guide: UA802 = 2ft PA725 = 10ft UA825 = 25ft UA850 = 50ft UA8100 = 100ft
Distribución de antenas – múltiples salones
Component Loss @ 600MHz
UA220/221 -3.7 UA802 -0.318 PA725 -1.59 UA825 -2.475 UA850 -4.95 UA8100 -5.8
Run Boost Ant Gain Cable Loss
A1 -0.318 10 -4.95 -3.7 -0.318 -0.318 -3.7 -0.318 -3.622 -13.622 A2 -0.318 10 -4.95 -3.7 -0.318 -0.318 -3.7 -0.318 -3.622 -13.622 A3 -0.318 10 -2.475 -3.7 -5.8 -3.7 -0.318 0 -6.311 -16.311 A4 -0.318 10 -2.475 -3.7 -5.8 -3.7 -0.318 0 -6.311 -16.311
Ant Gain Cable Loss
Boost B1 -1.59 0 -3.7 -0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 -5.59 -5.59 B2 -0.318 10 -5.8 -3.7 -0.318 -3.7 0 -0.318 0 0 0 0 -4.154 -14.154 B3 -0.318 10 -2.475 -3.7 -0.318 -0.318 10 -5.8 -3.7 -0.318 -3.7 -0.318 -0.965 -21.283 B4 -0.318 10 -2.475 -3.7 -0.318 -0.318 10 -5.8 -3.7 -0.318 -3.7 -0.318 -0.965 -21.283
Distribución de antenas – múltiples salones
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 • Máxima pérdida recomendable = 5dB • Máxima ganáncia recomendable = 5dB • La pérdida a veces ayuda a reducir el ruido de piso • La sobreamplificación solo funciona en ambientes con poco
ruido de piso
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
Squelch Threshold
Audio Level
Frequency
Squelch Threshold
32 KHz Tone
Circuitos de squelch • Squelch de amplitud
– Depende de la intensidad de la portadora • Noise squelch
– Analiza la calidad de la señal de audio – busca ruido carácterístico en el audio carácterístico en interferencias de RF
• Tone Key squelch – Tono super audible es enviado junto con la portadora – receptor no habilita salida sin
la presencia del tono
5. Baterías
Baterías recargables
• UR1 operando con Duracell AA NiMH 2400mAh
Baterías recargables
• UR1 operando con Energizer AA NiMH 2500mAh
Baterías recargables
• Baterías 9V
Temas sobre baterías
• Nuevas químicas – Lithium Ion (Li-ion) – Nickel Metal Hydrid recargables de más capacidad (Ni-MH)
• Tamaño “AA” es el más popular y más económico – Circuitos requieren convertidores de CC – Exigen circuitos más eficientes
• Tamaño “AAA” es el más compacto – Aún no alcanza la tecnología química de baterías AA
Herramientas online www.shure.com
www.shure.com/frequency
1. Establecer la relación señal a ruido de RF Evitar fuentes primarias y secundarias de interferencia Coordinar y compatibilizar frecuencias
2. Reducir interferencia multi-vía Mantener la diversificación entre antenas receptoras Usar antenas helicoidales para recibir y o transmitir
3. Ubicar antenas correctamente Respetar distancias mínimas Usar distribuidor de antenas cuando es necesario
4. Squelch Evitar el uso de squelch excepto en casos especiales
5. Baterías Preferible usar alcalinas o litio Usar baterías recargables cuando es aplicable Siempre usar baterías nuevas o recién cargadas
Conclusión
¿Preguntas?