ITU-R INFORME M 2026 SPANISH-2001 Adaptability of real zero single sideband technology to hf data communications《真零单边带技术在短波数据通信中的适应性》.pdf

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1、 I. UIT-R M.2026 1 INFORME UIT-R M.2026 Adaptabilidad de la tecnologa de banda lateral nica con cero real para las comunicaciones de datos en ondas decamtricas (2001) 1 Introduccin Las comunicaciones automatizadas en las bandas de ondas decamtricas aportaron una serie de soluciones innovadoras a los

2、 perennes problemas de los enlaces radioelctricos en banda lateral nica con cero real (BLU RZ), tales como los de seleccin de canal, funcionamiento autnomo e interoperabilidad. Estos sistemas exploran rpida y automticamente un conjunto de frecuencias asignadas, escuchando tonos de mdem que llevan su

3、s distintivos de llamada. Los posteriores sistemas de establecimiento automtico del enlace (ALE, automatic link stablishment) se desarrollaron despus de intentar diversas soluciones en la industria y ms tarde se ensayaron y confirmaron en el mercado Johnson y otros, 1997. El UIT-R est examinando la

4、tecnologa ALE que se registr en las normas MIL-STD-188-141A y FED-STD-1045. Una estacin radioelctrica con esta tecnologa consta de un controlador ALE, un equipo radioelctrico de banda lateral nica (BLU) controlable y diversos dispositivos de transmisin tales como antenas, etc. Las estaciones automat

5、izadas ms modernas incluyen tambin mdems de datos de gran velocidad en alta frecuencia, controladores de interconexin de red, etc. El sistema BLU, desarrollado originalmente en el ao 1910, se utiliza an ampliamente en las radio-comunicaciones en ondas decamtricas Maslin, 1987. La BLU presenta la ven

6、taja singular de que ocupa una banda estrecha, aunque es difcil mantener la transparencia de las seales recibidas al atravesar entornos con desvanecimiento. Para contrarrestar dicho desvanecimiento, la British Post Office desarroll en los aos sesenta el sistema Lincompex. En el proceso de demodulaci

7、n, la BLU convencional, incluyendo el sistema Lincompex, requiere un circuito de control automtico de ganancia (CAG) para restituir la degradacin de amplitud y un oscilador variable para la sintona fina de frecuencia. Sin estos dos circuitos, la seal detectada resulta muy degradada. A fin de superar

8、 los inconvenientes de la BLU convencional, se introdujo con xito en Japn Daikoku y Suwa, 1988 el concepto de cero real, estableciendo la tecnologa BLU con cero real (BLU RZ) para las bandas de ondas mtricas y decimtricas. Se aprovecha que la BLU es uno de los mtodos de modulacin ms ventajosos para

9、utilizar el limitado espectro radioelctrico de la forma ms eficaz posible. Previendo que la tecnologa BLU RZ resultar eficaz para las comunicaciones de datos por enlaces radioelctricos en ondas decamtricas, este Informe presenta con detalle dicha tecnologa. 2 Tecnologa BLU RZ La tecnologa BLU RZ es

10、una combinacin de dos tcnicas de tratamiento digital de seales; la modulacin BLU y la recepcin de modulacin de fase (MP). 2.1 Diseo del transmisor Como la portadora tiene un papel fundamental en el proceso de deteccin de la seal BLU RZ, se adopta como seal de transmisin una seal BLU con portadora re

11、ducida. 2 I. UIT-R M.2026 2.1.1 Generacin de la seal BLU Para generar seales BLU hay tres mtodos, el mtodo del filtro, el mtodo del desfase (deriva de fase) y el mtodo Weaver Sabin y Schoenike, 1987. Entre ellos se selecciona el mtodo del desfase, porque as puede generarse una seal BLU sin utilizar

12、un filtro paso banda con caracte-rsticas de atenuacin aguda, lo que introducira una degradacin importante de la seal de informacin. No obstante, el mtodo del desfase exige, para lograr una seal de informacin con precisin razonable, utilizar un transformador Hilbert que resulta algo difcil de fabrica

13、r en la prctica. Con el fin de evitar este inconveniente, conviene fabricar un transformador Hilbert de integracin a gran escala utilizando la tecnologa de tratamiento digital de seales. 2.1.2 Amplificador lineal de potencia El mtodo ms sencillo para aumentar la intensidad de la seal recibida es aum

14、entar la potencia del transmisor. Como resultado de ello pueden introducirse efectos espurios en el terminal de transmisin, lo que dar lugar a una polucin adicional del espectro radioelctrico. La realimentacin en radiofrecuencia (RF) puede ser eficaz para reducir la distorsin de amplitud y de fase.

15、No obstante, hay ciertas limitaciones en las tcnicas de realimentacin convencional en RF en las que una parte de la seal de salida de RF, representada en forma de cantidad escalar, se devuelve simplemente a la entrada. Recientemente, se ha desarrollado con xito una tcnica de bucle de realimentacin c

16、artesiano en el que el nivel de realimentacin se trata en el eje cartesiano ortogonal, como si fuese una cantidad vectorial, a fin de lograr un amplificador lineal para la seal radioelctrica de banda estrecha en ondas mtricas y decimtricas Nagata, 1989. Como el par Hilbert es inherentemente ortogona

17、l entre s Hahn, 1996, la tcnica de bucle de realimentacin cartesiano se adapta fcilmente para la obtencin del amplificador lineal de los sistemas BLU. 2.1.3 Anchura de banda de la seal de informacin La anchura de banda de informacin en la BLU convencional va de 350 Hz a 2,7 kHz con una separacin de

18、canales de 3,0 kHz. A diferencia de la BLU convencional, la anchura de banda de informacin en la BLU RZ puede ampliarse hasta 3,4 kHz. 2.2 Diseo del receptor para evitar degradaciones de la de sintona de portadora y mejorar la inmunidad contra los desvanecimientos Como la BLU es sensible al sincroni

19、smo de la portadora y puede experimentar desvanecimientos intensos en entornos mviles, el proceso de demodulacin de la BLU RZ introduce dos tecnologas nuevas para contrarrestar estos problemas. 2.2.1 Nuevo mtodo de demodulacin La primera tcnica consiste en un nuevo mtodo de demodulacin que utiliza l

20、os pasos por cero de las seales recibidas. El receptor BLU convencional emplea un circuito CAG y un oscilador variable (de gran estabilidad). Como estos circuitos limitan la calidad de la BLU convencional, la BLU RZ responde a un enfoque totalmente distinto para lograr una calidad de transmisin supe

21、rior sin utilizar en el receptor estos circuitos perturbadores. En 1977, el Dr. Benjamin F. Logan de los Laboratorios Bell, demostr, utilizando la teora de funciones, que la informacin puede recuperarse, sin prdida alguna, a partir de los pasos por cero de seales paso banda, tales como la BLU RZ Log

22、an, 1977. Esto significa que no es necesario, I. UIT-R M.2026 3 como en el receptor BLU convencional, recuperar la seal de informacin a partir de la envolvente y la fase de la seal BLU recibida; una seal de informacin puede recuperarse independientemente de la amplitud de la seal, como en la modulac

23、in de frecuencia (MF). No obstante, el Dr. Logan no demostr nunca cmo recuperar la seal de informacin a partir de los pasos por cero e indic en su contribucin que sera difcil y no prctico hacerlo. El mtodo de demodulacin BLU RZ ofrece una solucin fcil y prctica para este problema. Los pasos por cero

24、 se expresan matemticamente por ceros reales y no como ceros complejos; por esta razn la tecnologa que aqu se describe se denomin BLU RZ, en honor a los logros acadmicos del Dr. Logan. El nuevo mtodo de demodulacin de la seal BLU RZ hace que el receptor correspondiente sea drsticamente distinto de u

25、n receptor BLU convencional. El receptor bsico BLU RZ consta de un potente limitador de amplitud, un discriminador de frecuencia, un integrador y un dispositivo de linealizacin. En primer lugar se procesa la seal recibida BLU con portadora reducida a fin de aumentar el nivel de la portadora y crear

26、una seal BLU de portadora completa, es decir, la seal BLU RZ de la que se extraer la informacin de paso por cero, nicamente en la componente de fase. A fin de detectar de forma precisa dicha componente de fase, debe eliminarse la variacin de amplitud utilizando un limitador/recortador de amplitud. S

27、e detecta la fase de la salida de este limitador utilizando un discriminador de frecuencia y un integrador. La seal integrada se procesa a continuacin con un dispositivo de linealizacin que reproduce exactamente la seal de informacin transmitida. El circuito ms importante de un receptor BLU RZ es el

28、 linealizador; este circuito complejo se reduce hasta el tamao de un circuito integrado y se obtiene un funcionamiento preciso utilizando la tecnologa ms reciente de tratamiento de seales digitales. En el proceso de demodulacin BLU RZ recientemente desarrollado, la componente portadora se convierte

29、siempre en una componente continua de las seales de informacin. De esta manera, el receptor BLU RZ se libera completamente de las degradaciones que causa una portadora mal sintonizada, es decir, las derivas de frecuencia y/o fase de la portadora. Dichas degradaciones suelen surgir en un receptor BLU

30、 convencional, por lo que se requiere un oscilador (de gran estabilidad) para reducir esta degradacin. 2.2.2 Tecnologa antidesvanecimiento La segunda innovacin es la introduccin de la tecnologa antidesvanecimiento. Como el efecto del desvanecimiento es multiplicativo, tanto la componente de amplitud

31、 como la de fase de las seales recibidas se degradan por los desvanecimientos intensos. Desafortunadamente, en la BLU conven-cional no se ha hallado ningn medio para compensar dicha degradacin. Por el contrario, en el proceso de demodulacin BLU RZ, se elimina la amplitud degradada utilizando el limi

32、tador/ recortador de amplitud y se introduce un compensador MF aleatorio para eliminar la degradacin de la componente de fase contaminada por los desvanecimientos. Un compensador de ruido aleatorio MF que tiene una fase en la seal de salida totalmente inde-pendiente de la fase de la seal de entrada

33、procedente de la antena resulta eficaz para la recepcin por un sola rama. Cuando en la recepcin BLU RZ se introducen dos ramas de diversidad utilizando una tcnica de combinacin de ganancia igual, la recepcin obtenida es en gran medida inmune al desvanecimiento. No obstante, es difcil obtener la sepa

34、racin suficiente entre las antenas del sistema de recepcin y transmisin en la banda de ondas decamtricas. En dicho caso, la diversidad de polarizacin, ms que la diversidad espacial, puede ayudar a minimizar las configu-raciones de antena y las estructuras correspondientes. 4 I. UIT-R M.2026 3 Ensayo

35、s de la BLU RZ en condiciones reales Hay una gran diferencia entre las caractersticas de propagacin en la banda de ondas decamtricas y en la de ondas mtricas. Como la BLU RZ supone una innovacin notable respecto a la tecnologa BLU convencional en ondas mtricas, es evidente que la BLU RZ puede ser ti

36、l para superar los inconvenientes bsicos y tradicionales de las comunicaciones en ondas decamtricas. Por este motivo, se han efectuado ensayos en el terreno empleando cuatro frecuencias en las bandas de 3, 5, 8 y 11 MHz, con el fin de investigar la adaptabilidad de la tcnica BLU RZ a las bandas de o

37、ndas decamtricas. En un ensayo real en la banda de ondas decamtricas se examinar si la BLU RZ es eficaz para mejorar la calidad de transmisin en entornos de desvanecimiento y si dicha tcnica puede servir para las comunicaciones de datos en las actuales condiciones tcnicas y reglamentarias. Las carac

38、tersticas de transmisin de la BLU RZ se han examinado ampliamente en ensayos reali-zados en laboratorio y en condiciones reales para las bandas de ondas mtricas. Los experimentos en laboratorio tenan como fin evaluar las caractersticas de la BLU RZ utilizando simuladores mviles de propagacin radioel

39、ctrica que pueden reproducir de forma precisa los entornos de desvanecimiento que se presentan en los canales radioelctricos mviles, as como los entornos de ruido trmico. Este sistema permite efectuar ensayos de transmisin y de recepcin utilizando una amplia gama de seales de informacin tales como t

40、onos fijos, seales vocales, msica, seales de mdem a diversas velocidades binarias, facsmil G3, imgenes estticas, etc. En 1992 se efectuaron ensayos en condiciones reales de la BLU RZ en la zona metropolitana de Tokio, en la banda de 150 MHz. Tambin en 1995 se efectuaron demostraciones en condiciones

41、 reales en Washington D.C. y en Denver, Colorado, en canales de la banda de 220 MHz Daikoku y Yamada, 1995. Durante las demostraciones se logr una transmisin excelente de imgenes fotogrficas en entornos de desvanecimiento utilizando un facsmil G3 de 9,6 kbit/s. La resistencia de la tcnica BLU RZ en

42、entornos de desvanecimiento intenso para las bandas de ondas mtricas que se demostr en pruebas de laboratorio y en condiciones reales, permite su utilizacin en una amplia gama de aplicaciones. La BLU RZ es la nica tcnica BLU capaz para la transmisin y recepcin de imgenes de gran calidad, as como de

43、seales musicales de sonido de gran calidad sin degradaciones debidas a variaciones de la portadora, incluso en entornos de desva-necimiento intenso. 4 Anlisis y conclusin 4.1 Lincompex o BLU RZ La dependencia de la onda ionosfrica en las comunicaciones de larga distancia tiene una serie de inconveni

44、entes tales como el de los desvanecimientos profundos, los desvanecimientos de larga duracin y la distorsin del retardo debida a la propagacin multitrayecto, la variacin de la altitud de la capa ionosfrica, el movimiento entre el transmisor y el receptor, etc. A fin de resolver el problema de estos

45、desvanecimientos en la banda de ondas decamtricas se desarroll el sistema Lincompex que fue adoptado como norma del UIT-R (Recomendacin UIT-R F.455 (1998) Sistema perfeccionado de transmisin para circuitos radiotelefnicos en ondas decamtricas). El principio bsico de la tcnica de procesamiento de la

46、seal utilizado en el sistema Lincompex es el de la compresin de las seales vocales de entrada, logrando una amplitud constante para la trans-misin. En la recepcin, las seales se expanden de nuevo hasta los niveles originales mediante la actuacin de una seal de control transmitida por separado. Actua

47、lmente existen modernos sistemas Lincompex basados en las tecnologas recientes de procesamiento de la seal digital que se integran en los enlaces radioelctricos en ondas decamtricas. I. UIT-R M.2026 5 Como el sistema Lincompex se orientaba inherentemente a la mejora de la calidad de las seales vocal

48、es en la transmisin para los servicios telefnicos de radiomviles martimos en ondas hectomtricas y decamtricas, es normal que el sistema Lincompex no sirva para las seales de mdem. El sistema contina sufriendo las degradaciones causadas por factores tales como los de desintona de la portadora, deriva Doppler, retardo de grupo, etc. A diferencia del Lincompex, el sistema BLU RZ puede superar dichas degradaciones hasta un cierto nivel deseado, lo cual se comprob a travs de la calidad de transmisin en las bandas de ondas mtricas lograda en ensayos en laborator