ITU-R F 1821 SPANISH-2007 Characteristics of advanced digital high frequency (HF) radiocommunication systems《高级数字高频(HF)无线通信系统的特性》.pdf

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1、 Rec. UIT-R F.1821 1 RECOMENDACIN UIT-R F.1821 Caractersticas de los sistemas de radiocomunicaciones digitales avanzados en ondas decamtricas (Cuestin UIT-R 147/9) (2007) Alcance En esta Recomendacin se especifican las caractersticas de frecuencias radioelctricas tpicas de los sistemas digitales ava

2、nzados en ondas decamtricas que habrn de utilizarse en los estudios de comparticin de dos nuevos tipos de sistemas digitales avanzados en ondas decamtricas, protocolos de paso de testigo y mdems de banda extensa. Los mdems de banda extensa se subdividen a su vez en dos sistemas principales, multican

3、al y Digital Radio Mondiale. En el Anexo se recoge un cuadro de caractersticas donde se resumen los valores necesarios para los estudios de comparticin. Acrnimos DRM Digital Radio Mondiale HFTP Paso de testigo en ondas decamtricas (HF token passing) HFWAN WAN en ondas decamtricas (high frequency WAN

4、) BLI Banda lateral independiente LSB Banda lateral inferior (lower sideband) NVIS Onda ionosfrica de incidencia casi vertical (near vertical incidence skywave) OFDM Multiplexacin por divisin de frecuencia ortogonal (orthogonal frequency division multiplex) MDP Modulacin por desplazamiento de fase M

5、AQ Modulacin de amplitud en cuadratura USB Banda lateral superior (upper sideband) WAN Red de rea extensa (wide area network) WTRP Protocolo token ring inalmbrico (wireless token ring protocol) La Asamblea de Radiocomunicaciones de la UIT, considerando a) que los sistemas digitales avanzados utiliza

6、n cada vez ms el espectro de las bandas de ondas decamtricas; b) que dichos sistemas avanzados no estn normalizados y pueden tener caractersticas tcnicas operativas distintas; c) que la falta de uniformidad, en la configuracin y designacin de canales en los transmisores multicanal para circuitos de

7、largo alcance que utilizan frecuencias por debajo de 30 MHz, puede causar ciertos problemas cuando una estacin transmisora ha de trabajar con varias estaciones receptoras, 2 Rec. UIT-R F.1821 recomienda 1 que, para efectuar los estudios de comparticin, las caractersticas tcnicas y operativas de los

8、sistemas digitales en ondas decamtricas avanzados que se describen en el Anexo 1 se consideren representativas de los sistemas que utilizan las bandas de ondas decamtricas hasta 30 MHz. Anexo 1 1 Introduccin Los sistemas en ondas decamtricas tienen atributos especficos que los convierten en una solu

9、cin viable para colmar muchas necesidades de radiocomunicacin. Son un medio muy verstil de radiocomunicacin para un gran nmero de usuarios y los equipos pueden transportarse fcilmente hasta zonas distantes y con poca densidad de poblacin. Hay dos tecnologas representativas de los sistemas digitales

10、en ondas decamtricas avanzados. En esta Recomendacin se especifican las caractersticas de estos tipos de sistemas. A los efectos de esta Recomendacin, la eficacia del espectro se define como un objetivo formado por dos elementos. El primero es lograr un caudal mximo (bits/Hertz/s), y el segundo es m

11、aximizar el nmero de usuarios por grupo de frecuencias. Estos objetivos maximizan la capacidad de las comunicaciones fijas para lograr las metas de misin y calidad de funcionamiento. 2 Protocolos de paso de testigo Los esquemas de gestin de testigos robustos son convenientes para la comparticin de c

12、anales de datos en redes de ondas decamtricas, donde la tasa de prdida de paquetes puede ser extrema a causa de variaciones imprevistas de la propagacin. La calidad de funcionamiento de la red puede verse seriamente degradada si los nodos quedan desconectados. En estos casos se degrada la velocidad

13、de los datos. Las perturbaciones de la propagacin pueden reducir la eficacia con que las redes de ondas decamtricas utilizan el espectro. El paso de testigo es un medio eficaz de controlar el acceso en redes muy cargadas. No obstante, se considera demasiado frgil para las redes con importantes tasas

14、 de prdida de paquetes. En esta Recomendacin se presenta un mtodo de gestin de testigo que ofrece una rpida recuperacin en caso de prdida de testigos comn y de duplicacin de situacin, y que maneja eficientemente los cambios en la conexin y el nmero de usuarios de la red. Los protocolos de paso de te

15、stigo suelen ofrecer mecanismos para que los nodos integren y abandonen la red. Cuando ha de utilizarse el paso de testigo en una red de rea extensa (WAN, wide area network), las caractersticas del medio inalmbrico introducen otros parmetros para la gestin de testigos: el nodo que tiene el testigo p

16、uede perder la conexin con su sucesor y, por tanto, puede perderse el testigo; el nodo que tiene el testigo puede perder la conexin con el resto de la red. La red pierde el testigo; Rec. UIT-R F.1821 3 una red puede partirse y cada subred ha de crear un nuevo testigo; es posible que un nodo slo pued

17、a ser alcanzado por otro nodo, por lo que no es posible crear una topologa en anillo, si ha de incluirse ese nodo; los nodos de dos o ms anillos que utilizan el mismo canal pueden estar al alcance uno del otro, lo que causa interferencia a menos que los anillos se fusionen o se cambie de canal(es);

18、la fusin de los anillos o la recuperacin tras la prdida de testigo pueden hacer que haya mltiples testigos en un anillo. El mtodo para la recuperacin de la conexin pone a los nodos que no forman parte de un anillo de paso de testigo activo en un estado de desconexin o espera, en el que permanecern h

19、asta que se les invite a ingresar en el anillo restante o a partir del cual pueden solicitar peridicamente a otros nodos conectados que los integren. La larga reversin del enlace propia de la tecnologa WAN en ondas decamtricas (HFWAN, high frequency WAN) existente hace que el tiempo de rotacin del t

20、estigo sea del orden de un minuto. Por ejemplo, si la reversin del enlace es de 2 segundos y se permite que cada uno de los nodos N transmita hasta 8 segundos cuando recibe el testigo, se logra una eficacia de caudal del 80% como mximo con un tiempo de rotacin de testigo (latencia) de hasta 10N s. S

21、i se limitan las peticiones de ingreso en el anillo a una por rotacin de testigo y la autorizacin de peticin va pasando de un nodo a otro, cada nodo podr solicitar el ingreso una vez cada N rotaciones de testigo. En un anillo de diez nodos, utilizar el protocolo token ring inalmbrico (WTRP, wireless

22、 token ring protocol) (que no est diseado para las ondas decamtricas) har que los nodos desconectados queden fuera de la red unos 10 minutos (si no hay respuestas contradictorias al mensaje SOLICIT_SUCCESSOR (solicitar sucesor). No es el mejor modo de funcionamiento de una red dinmica del servicio f

23、ijo o mvil. Ese ser el tiempo mnimo que necesita el WTRP para formar un nuevo anillo a partir de los nodos desconectados de dos anillos en conflicto. Podr formarse rpidamente un anillo pequeo, pero los nodos restantes habrn de mantenerse inactivos y esperar a que se les invite a ingresar. Los tiempo

24、s de recuperacin del paso de testigo en ondas decamtricas (HFTP, hf token passing) son ms atractivos. En caso de que se pierda un enlace, el mecanismo requiere N intervalos de tiempo (cuya duracin equivale a la de un paquete ms una reversin) para identificar un relevo. Por consiguiente, se necesita

25、un tiempo de paquete adicional y un tiempo de reversin en cada rotacin de testigo. En el ejemplo de la red de diez nodos, esto equivale a una pausa de menos de 30 s durante la cual se identifica el relevo y al alargamiento por parte de un bit del tiempo de rotacin de testigo en un 2%. En el caso de

26、anillos en conflicto, las redes HFTP experimentarn colisiones de paquetes hasta que uno de los nodos inicie la fusin, mientras que los nodos WTRP quedarn en silencio en cuanto detecten un anillo extrao. No obstante, una vez recibida y aceptada la peticin MERGE_RINGS (fusionar anillos), los anillos f

27、usionados volvern a transferir datos normalmente despus de un tiempo equivalente a (N + 1) tiempo de paquete + reversin (es decir, despus del SET_SUCCESSOR (establecer sucesor) y la rotacin rpida de testigo del DOUBLE_TIME_TOKEN (tiempo de testigo doble). Este tiempo es inferior a 30 s en la red de

28、diez nodos ejemplo. 4 Rec. UIT-R F.1821 3 Mdems de banda extensa 3.1 Mtodo multicanal 3.1.1 Funcionamiento en banda lateral independiente (BLI) Hay mdems que transmiten los datos en mltiples bandas laterales independientes simultneamente. Este tipo de mdems contienen moduladores MDP/MAQ para cada ca

29、nal de audio (puede encontrarse informacin sobre la modulacin en la Recomendacin UIT-R F.763-5, Anexo 6), pero emplean un nico codificador de correccin de errores en el sentido de la transmisin, cuyo tren de bits de salida se distribuye por cada uno de los canales para la transmisin. Cuando estos ca

30、nales se encuentran en frecuencias contiguas, la relacin S/N de los canales tiende a ser similar, aunque los errores de canal no estn perfectamente correlacionados. Por tanto, se logra mejorar algo la salida recurriendo a diversos receptores. 3.1.2 Funcionamiento en canales no contiguos Cuando no se

31、 dispone de suficientes canales contiguos para soportar los requisitos de datos, es necesario utilizar canales no contiguos. En este caso, los valores S/N del canal pueden ser muy distintos, por lo que la distribucin de un solo tren de bits codificado entre todos los canales no es la mejor solucin.

32、En su lugar, se generan distintos trenes de bits codificados para cada conjunto de canales. El control de flujo es independiente para cada conjunto de canales de manera que se mantiene el caudal de datos total al mximo posible para las frecuencias utilizadas. 3.1.2.1 Equipos de ondas decamtricas mon

33、ocanal Un canal de anchura nominal de 3 kHz en la banda lateral superior (USB, upper sideband) o la banda lateral inferior (LSB, lower sideband) (seleccionable). 3.1.2.2 Equipos de ondas decamtricas multicanal Como se muestra a continuacin, hay diversas configuraciones de canal posibles: dos canales

34、 de anchura nominal de 3 kHz en la USB o la LSB (dos canales independientes en la misma banda lateral, pudiendo seleccionarse esta ltima); un canal de anchura nominal de 6 kHz en la USB o la LSB (seleccionable); dos canales de anchura nominal de 3 kHz en la USB y dos en la LSB (cuatro canales indepe

35、ndientes de 3 kHz dos en cada banda lateral); un canal de anchura nominal de 6 kHz en la USB y uno en la LSB (dos canales independientes de 6 kHz uno en cada banda lateral); un canal de anchura nominal de 12 kHz en la USB o la LSB (seleccionable); un canal de anchura nominal de 3 kHz en la USB y uno

36、 en la LSB (dos canales independientes de 3 kHz uno en cada banda lateral). Cuando se ha recurrir al funcionamiento en banda lateral con cuatro canales independientes, cada uno de los canales de 3 kHz ha de configurarse como se muestra en la Fig. 1, donde tambin se ve la respuesta de amplitud de los

37、 cuatro canales. Han de invertirse los canales A2 y B2 y desplazarse con respecto a los canales A1 y B1, como se indica en la figura. Esto puede hacerse empleando frecuencias subportadoras de 6 290 Hz por encima y por debajo de la frecuencia portadora central, o con cualquier otra tcnica adaptada qu

38、e logre los desplazamientos e inversiones de los canales necesarios. Rec. UIT-R F.1821 5 Puede suprimirse cualquier subportadora si se encuentra, como mnimo, 40 dB por debajo del nivel del tono nico en el canal A2 o B2 que modula el transmisor al 25% de la potencia de cresta de la envolvente, como s

39、e muestra en la Fig. 1. La respuesta de amplitud RF con respecto a la frecuencia en cada canal BLI est dentro de 2 dB entre 250 Hz y 3 100 Hz, para cada portadora de canal (real o virtual). Para cada portadora de canal, la atenuacin del canal ha de ser, como mnimo, de 40 dB a 50 Hz y 3 250 Hz, y, co

40、mo mnimo, de 60 dB a 250 Hz y 3 550 Hz. La distorsin de retardo de grupo no deber superar los 1 500 s entre 370 Hz y 750 Hz, y entre 3 000 Hz y 3 100 Hz; ni superar los 1 000 s entre 750 Hz y 3 000 Hz, y los 150 s en cualquier incremento de frecuencia de 100 Hz entre 570 Hz y 3 000 Hz. El retardo ab

41、soluto debe ser inferior a 10 ms en la gama de frecuencias entre 300 Hz y 3 050 Hz. Las mediciones se realizan de extremo a extremo (de la entrada de audio del transmisor a la salida de audio del receptor) disponiendo los equipos de manera que estn adosados y no haya equipos intermedios. FIGURA 1 Fu

42、ncionamiento en banda lateral independiente con cuatro canales 3.2 Digital Radio Mondiale (DRM) Se han efectuado pruebas experimentales de los sistemas DRM (vase la Recomendacin UIT-R BS.1514-1) para su utilizacin por los servicios fijo y mvil. 6 Rec. UIT-R F.1821 El sistema DRM es un sistema de tra

43、nsmisin digital de datos codificados ortogonalmente con poca anchura de banda, que es capaz de adaptar sus caractersticas de transmisin para ajustarse a las necesidades del servicio y los factores de propagacin radioelctrica. Se aplica a cada una de las distintas subportadoras la modulacin de amplit

44、ud en cuadratura (MAQ) para transmitir el contenido de informacin, que tambin comprende elementos de cdigo para la correccin de errores en el sentido de la transmisin. Se utilizan dos constelaciones MAQ primarias: 64-MAQ y 16-MAQ. Adems, para lograr una sealizacin muy robusta, puede utilizarse la mo

45、dulacin por desplazamiento de fase en cuadratura (MDPQ). Asimismo, los datos se intercalan en el tiempo entre las subportadoras para contrarrestar el desvanecimiento temporal y de frecuencia selectivo. El Instituto Europeo de Normas de Telecomunicacin ha publicado la opcin DRM en su Data Application

46、s Directory, que puede consultarse en http:/pda.etsi.org/pda/queryform.asp, introduciendo en la funcin de bsqueda data application directory. 3.3 Caractersticas CUADRO 1 Caractersticas de los sistemas digitales de radiocomunicaciones avanzados en ondas decamtricas Modo de propagacin Onda ionosfrica

47、Parmetro Onda de superficie NVIS Incidencia oblicua Banda de frecuencias (MHz) 2-10 2-10 3-30 Zona de servicio aproximada Hasta 80 km Entre 80 y 200 km Ms de 200 km Polarizacin de la antena Vertical Horizontal Vertical/horizontal Ganancia de la antena transmisora (dBi) 1-3 1-6 6-15 p.i.r.e. mxima (d

48、BW) 1-29 10-32 16-55 S/N (dB)1SSB 17 DRM 18 SSB 25 DRM 26 SSB 26 DRM 26 BLU/BLI: 3, 6, 9 y 12 kHz 3K00J2D, 6K00J2D, 9K00J2D y 12K0J2D Anchura de banda necesaria y tipo de emisin2DRM: 3, 4,5, 5, 9, 10 y 20 kHz 3K00J2D, 4K50J2D, 5K00J2D, 9K0J2D, 10K0J2D, 20K0J2D NOTA 1 Puede encontrarse ms informacin

49、sobre la relacin S/N necesaria en la Recomendacin UIT-R F.339. NOTA 2 En el tipo de emisin, la ltima letra (D) se refiere a la transmisin de datos. De no ser datos (D), habr de sustituirse por (E) para voz, (C) para facsmil, (W) para una combinacin, o (X) para otros casos. Rec. UIT-R F.1821 7 4 Conclusin Con las ondas decamtricas pued