DIVERSIDAD DE ESPACIO Diversidad de espacio es la más comúnmente usada opción de diversidad para contrar contrarres restar tar del desvanec desvanecimien imiento to multitray multitrayecto ectoria. ria. Es típicame típicamente nte usada en trayectorias cortas y largas en áreas de propagación pobre, y trayecto trayectorias rias sobre sobre agua para proteger proteger y contrar contrarre restar star las refex refexiones iones de supercie. En la diversidad de espacio se transmite la misma señal sobre un canal de radio usando para la recepción o transmisión dos o más antenas. uando se usa la diversidad de espacio, el me!oramiento obtenido depende de la extensión para el cual la señal en las dos rutas de diversidad del sistema sistema no corre correlacio lacionada nadas. s. "as antenas antenas por lo tanto tanto están están #ísicamen #ísicamente te separadas en una torre o mástil, y la distancia entre las antenas en el rece ecepto ptor o tra transm nsmiso isor se asume ume $ue $ue son señale ñales s indiv ndivid idua uale les s no correlacionadas.
Diversidad de Espacio
El apropiado espaciado de las antenas en los sistemas de diversidad de espacio es determinado por tres #actores% &. 'antener 'antener despe!a despe!ada da la antena antena más ba!a lo más ba!o ba!o posible posible (dentro (dentro de la vía libre a n de minimi)ar la aparición del desvanecimiento multitrayectoria* +. "ograr el grado de me!oramiento de diversida idad de espacio especicado sobre trayectorias terrestres. . -educir educir al mínimo mínimo la posibili posibilidad dad de $ue la señal en una antena antena de diversidad se atenu por una supercie multitrayectoria cuando la señal en la otra antena es atenuada. El grado de me!ora de diversidad de espacio (
I sd
* para la componente de
desvanecimeinto plano del margen de desvanecimiento es proporcional al cuadra cuadrado do de la separ separaci ación ón de la anten antena. a. /l mismo mismo tiempo tiempo,,
I sd
para la
componente dispersiva del margen de desvanecimiento es independiente de una mayor separación vertical de la antena $ue .m. En situaciones extremas (por e!emplo muy largas trayectorias sobre el agua*, esto es muy
necesario si se emplean conguraciones de diversidad de tres antenas. El ángulo de diversidad puede ser combinado con la diversidad de espacio para grandes distancias incrementar el desempeño si es deseado, en cuyo caso las antenas de diversidad de espacio son apiladas para proveer un incremento adicional de diversidad de ángulo.
lasicación de Diversidad de Espacio
Separación de antenas En la transmisión por 0 12) se puede obtener una excelente protección por diversidad con una separación de antenas en el orden de 3 a &+ m. /nteriormente existían opiniones contradictorias respecto a la manera correcta de calcular la separación. "os ingenieros $ue pre#erían la diversidad de espacio desarrollaron teorías para calcular la 4separación optima4. Estas teorías se basaban en la suposición de $ue el único #actor importante $ue contribuía al desvanecimiento selectivo de las señales por e#ecto de trayectos múltiples, era una sola refexión discreta desde un punto del trayecto, punto $ue se determinaba con cálculos de los parámetros del trayecto. 5tros ingenieros opinaban $ue la mayoría de los trayectos de transmisión por microondas $uedaban su!etos a numerosos #actores atmos#ricos y geográcos causantes de desvanecimiento, por lo cual consideraban $ue no 6abía #orma de calcular la separación óptima.
En la actualidad la mayoría de los ingenieros e investigadores concuerdan en $ue la separación entre antenas no es un #actor crítico y no necesita calcularse. 7or lo menos en los trayectos convencionales sobre tierra (sin pasar por mar u otra supercie acuática*. 8e 6a determinado $ue el e#ecto de la diversidad tiende a me!orar a medida $ue aumenta la separación entre antenas, pero para este ob!eto tambin puede ser necesario aumentar la altura de las torres, lo $ue infuiría en el costo del sistema. 9na separación de 3 a &+ m resulta adecuada para transmisión en la banda de 0 12) Durante muc6os años se estimo empíricamente $ue con una separación de &+ m en un sistema de 0 12) con un margen de ganancia de :; d< para contrarrestar el desvanecimiento, se podía obtener una me!ora de por lo menos &;; a & en el e#ecto de la diversidad o en la conabilidad del sistema. En base a la experiencia lograda 6asta a6ora, se 6a comprobado $ue este cálculo empírico era sumamente moderado. De acuerdo con los datos teóricos y experimentales suministrados por los laboratorios del en el orden de = ;;; a &? 7or lo tanto, los mtodos de cálculo del
Ares disposiciones de diversidad de #recuencia% a* on la mayor separación entre la antena in#erior existente y la nueva antena superior en ambos extremos, en cuyo caso se obtiene una altura libre adecuada en todos los trayectos de propagación> b* cuando se instala una nueva antena arriba y otra aba!o de la antena existente en cada extremo, tres de losB cuatro trayectos resultan satis#actorios% c* cuando la nueva antena $ueda deba!o de la antena existente en cada extremo, el único trayecto bueno $ueda entre las antenas superiores.
Torres y antenas En la gura anterior se ilustra un mtodo ultra moderado de calcular la altura de las torres para la diversidad de espacio, $ue consiste en tomar la altura para transmisión sin diversidad y aumentarla en la proporción
necesaria para #uncionamiento en diversidad. En realidad, esto signica aplicar el mtodo de cálculo de altura libre del trayecto más ba!o para la antena in#erior. 5tro mtodo, todavía mas ra)onable y moderado, seria aumentar la altura de las torres en proporción a la mitad de la separación de las antenas. Esto e$uivaldría a aplicar el mtodo de libre del trayecto, partiendo de la antena superior en un extremo 6asta la in#erior del otro. 8in embargo, comúnmente se aplica el criterio básico de altura libre al trayecto entre las antenas superiores y un criterio más estricto al trayecto desde la antena superior 6asta la in#erior. En la gura + se muestran tres disposiciones comunes de antenas $ue dan como resultado tres di#erentes alturas de torres. En todo caso es necesario asegurarse $ue no se presentaran problemas de obstáculos cercanos a un extremo trayecto, susceptibles de obstruir la línea visual de la antena más ba!a.
Desventajas "a diversidad de espacio tiene ciertas desventa!as en comparación con la diversidad de #recuencia. 9na de las principales, $ue se presenta por lo menos en los sistemas de tele#onía es la imposibilidad de e#ectuar pruebas entre ambos entremos del trayecto sin retirar el e$uipo del servicio. 5tra desventa!a obvia es el mayor costo del sistema debido al mayor número de antenas y guías de onda necesarias aparte de la consiguiente sobrecarga de las torres. /demás se re$uieren dispositivos de detección y conmutación de señales $ue aumentan la comple!idad del e$uipo. "a diversidad de espacio solo se puede introducir en base a cada salto o sea radioenlace de un sistema. /demás cada canal de radio#recuencia debe tener su propia protección por diversidad. Este re$uisito no es muy importante en los sistemas industriales o comerciales por$ue generalmente emplean un solo canal de servicio por una ruta de microondas. En cambio dic6o re$uisito resulta crítico en los sistemas de telecomunicaciones $ue generalmente #uncionan con numerosos canales de radio#recuencia. En los sistemas tele#ónicos con diversidad de espacio el 4segundo canal4 es inseparable, por lo cual no se puede usar ocasionalmente para otros servicios, como sucede a menudo con el canal de protección por diversidad de #recuencia.
Redundancia "os sistemas con diversidad de #recuencia disponen de un canal de protección completo de uno a otro extremo, $ue se puede colocar automáticamente en servicio para reempla)ar un canal averiado. on la diversidad de #recuencia se dispone de e$uipo redundante (doble* completo para proteger el servicio en caso de averías de circuitos o desvanecimiento de las señales. En los sistemas con uno o dos canales de protección para un
número determinado de canales en servicio, no se necesita conmutación en todos los enlaces, sino $ue se establece una sección de conmutación compuesta de varios enlaces en tándem. Cinguna de estas disposiciones puede utili)arse con la diversidad de espacio. on la diversidad de espacio se puede o no introducir redundancia de e$uipos, lo $ue depende de la disposición del sistema. En los sistemas industriales generalmente se emplean dos receptores completos en la sección de recepción de ambos extremos de cada enlace de microondas> un receptor se conecta a la antena más alta y el otro a la más ba!a. /mbos receptores captan la onda completa de in#ormación y en ausencia de desvanecimiento la atenuación de la señal de un receptor no a#ecta la señal combinada de salida, ya $ue el e$uipo está provisto de un conmutador o combinador automático $ue permite de!ar ambas señales de entrada en la línea o elegir la me!or captada por un receptor cuando el otro pierde su serial por desvanecimiento o averías. En la gura se ilustra un sistema de un canal de radio#recuencia simplex (de una vía* para transmisión desde / 6asta < por una sola #recuencia. En la práctica, la mayoría de los sistemas son dúplex (de doble vía*, por lo cual se necesita el doble del e$uipo de la gura . En esta #orma se obtiene una redundancia completa, ya $ue para el #uncionamiento normal solo se necesita un transmisor y un receptor. 7ara la redundancia de e$uipo de transmisión, normalmente se instala un transmisor de reserva $ue se mantiene encendido, listo para entrar a reempla)ar el transmisor en servicio en caso necesario. Este transmisor de reserva se indica con líneas de tra)os en el punto / de la gura . "os transmisores son idnticos y generalmente ambos se modulan con la señal de entrada y generan una potencia de salida, pero normalmente solo uno va conectado a la línea. "a trans#erencia en caso necesario se e#ectúa instantáneamente mediante dispositivos conmutadores de guía de onda. En los sistemas $ue #uncionan en banda de base (por re modulación*, las salidas de la banda de base se pueden combinar o elegir por conmutación de tal manera $ue la trans#erencia se e#ectúa sin la menor perturbación por impulsos de ruido. Es conveniente igualar la longitud elctrica de los dos trayectos 6asta de!arlos dentro de = nanosegundos para tener la seguridad de $ue la in#ormación llegara al combinador en sincroni)ación exacta de #ase y de tiempo. omo en la transmisión de datos la di#erencia de = nanosegundos representa una pe$ueñísima parte de los bits, 6asta de alta velocidad, la trans#erencia de receptores no producirá alteraciones de in#ormación debido a despla)amiento. "a igualación de longitud elctrica de los trayectos es relativamente simple en la recepción por banda de base y solo necesita 6acerse al tiempo de e#ectuar el alineamiento inicial del sistema.
8istema de transmisión simplex con protección por diversidad de espacio, donde solo se usa diversidad en el extremo de recepción.
8i los receptores son de tipo 6eterodino. on una salida en la banda de ; '2) en lugar de la banda de base, la situación es di#erente. / menos $ue se empleen mtodos especiales de sincroni)ación, las salidas de ; '2) de ambos receptores no $uedaran en #ase y pueden llegar 6asta un des#asamiento completo. En estos casos debe usarse conmutación selectiva en lugar de combinación de señales. 8e obtiene una trans#erencia casi exenta de impulsos de ruido utili)ando conmutadores de estado sólido de velocidad ultra elevada. on un sistema por diversidad de espacio provisto de conmutación en FG se obtiene una protección por redundancia de e$uipo para las secciones FG y -F del receptor, pero se re$uiere protección adicional independiente para cual$uier e$uipo demodulador o de% banda de base colocada a continuación del conmutador.
Combinación y conmutación "a conmutación y combinación en -F se 6a empleado para solucionar problemas de trayectos de sistemas en $ue la protección por diversidad de #recuencia resulta inadecuada y se re$uiere protección adicional con diversidad de espacio en un trayecto determinado. Este ob!eto se logra, por e!emplo, combinando en una A 6ibrida las señales -F de las dos antenas verticales (principal y auxiliar* antes de pasarlas al receptor (vase la gura :*. 7ara esta disposición se necesita un control esmerado de la posición relativa de las dos antenas y una igualación muy precisa de la longitud elctrica de las dos guías de onda $ue conectan las antenas a la A 6ibrida,
debido a $ue para un #uncionamiento correcto ambas señales deben $uedar dentro del mayor grado posible de #ase en la #recuencia de microondas.
8istema con diversidad de espacio, sin e$uipo redundante, en $ue se usa una A 6ibrida para la combinación de señales y un variador de #ase para el control automático de #ase.
En la transmisión por 0 12), si 6ay una di#erencia de longitud elctrica de unos +.= cm entre los dos trayectos, las señales se recibirán con un des#asa!e de &@; y pueden anularse totalmente. 7or lo tanto, en estos casos generalHmente se inserta algún dispositivo automático para detectar el grado de des#asa!e y controlar un variador de #ase colocado en una rama del receptor. En esta #orma se mantiene el alineamiento de #ase de las señales, aun$ue se produ)can considerables alteraciones de la longitud elctrica de los trayectos. Esta disposición, es$uemati)ada en la gura :, es sumamente costosa y comple!a y 6asta puede resultar contraproducente.
Aambin se puede obtener diversidad de espacio sin redundancia de e$uipo empleando un circulador de enclavamiento para la conmutación de señales de -F en el receptor.
En cambio en la gura = se muestra una disposición más sencilla, pues se emplea conmutación de -F en lugar de combinación para obtener protección con diversidad de espacio en los trayectos su!etos a desvanecimiento excesivo. En este arreglo, las guías de onda de las dos antenas se unen a los respectivos oricios de entrada de un circulador de enclavamiento. El circulador conecta una de las entradas al receptor y la otra a una terminación de guía de onda. En condiciones normales de #uncionamiento, el receptor va conectado a la antena principal. uando se pierde la recepción por dic6a antena, como sucede cuando la tensión del /1 ba!a 6asta un nivel predeterminado, un dispositivo lógico cambia la posición del circulador y traspasa la antena auxiliar al receptor. "a conmutación se 6ace sin medir la intensidad de la señal, por lo $ue no 6ay certe)a de $ue existirá una señal satis#actoria en la antena auxiliar. 7or esta ra)ón se insertan otros dispositivos lógicos $ue determinan la acción del receptor en ausencia de señal. Este mtodo de conmutación presenta algunos problemas tcnicos, pero se 6a comprobado $ue me!ora considerablemente la conabilidad del sistema y al mismo tiempo reduce los periodos de interrupción del servicio en algunas clases de trayectos de propagación. En muc6as clases de sistemas solo se utili)an antenas espaciadas en un extremo del trayecto. Esto sucede especialmente cuando se agrega diversiH dad de espacio a un sistema ya instalado, cuyas torres no se proyectaron
originalmente para soportar la carga de antenas adicionales. Este mtodo tambin se usa cuando en uno de los extremes del trayecto no se cuenta con suciente altura para instalar una segunda antena vertical, como sucede por e!emplo en )onas urbanas con gran edicación. 7ara obtener diversidad de espacio de tipo convencional en un solo sentido, las antenas espaciadas se disponen de manera $ue se combinen con los receptores correspondientes, mientras $ue para protección en el sentido opuesto las antenas deben relacionarse con los transmisores.
8istema microondas de diversidad sobre el agua, 7uerto Iallarta, 'xico.
