Kitabı oku: «Recepción y distribución de señales de radiodifusión. ELES0108», sayfa 3
8. Modulación. Tipos y características
Por modulación se entiende el conjunto de técnicas para transportar información sobre una onda portadora. Estas técnicas permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación, lo que posibilita transmitir más información en forma simultánea, además de mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias.
Nota
Básicamente, la modulación consiste en hacer que un parámetro de la onda portadora cambie de valor de acuerdo con las variaciones de la señal moduladora, que es la información que se quiere transmitir.
8.1. Tipos
Dependiendo del parámetro sobre el que se actúe, existen distintos tipos de modulación. Los tipos de modulación que más interesan en radiodifusión son las modulaciones analógicas (AM y FM) y las modulaciones digitales (QPSK, QAM, COFDM)
Modulaciones analógicas
Las dos modulaciones analógicas utilizadas en la transmisión de TV y radio son AM y FM.
Modulación en amplitud (AM)
En un sistema de modulación en amplitud, la señal senoidal portadora producida por un oscilador ve variada su amplitud de forma proporcional a la amplitud de la señal moduladora o información a transmitir.
Modulación AM
En AM, se producen dos bandas laterales, una superior y otra inferior, respecto a la portadora y con un ancho de banda igual al del mensaje. En función de cómo se trate este espectro, se obtendrá AM en doble banda lateral (radio AM) o AM en banda lateral vestigial (TV).
Modulación en frecuencia (FM)
En un sistema de modulación en frecuencia, la señal senoidal portadora producida por un oscilador ve variada su frecuencia de forma proporcional a la amplitud de la señal moduladora o información a transmitir. La modulación en frecuencia se utiliza en la transmisión de TV analógica por satélite y en la radio denominada FM.
Modulación FM
Modulación digital
Las señales digitales codificadas necesitan de una modulación para adecuarse al medio de difusión. En televisión digital, se utilizan tres tipos de modulaciones, dependiendo de si el sistema de transmisión es vía satélite, por cable o terrestre. Se tienen así las modulaciones xPSK, las modulaciones combinadas de amplitud y fase xQAM y la modulación multiportadora COFDM.
xPSK (BPSK, QPSK)
Es la modulación que se emplea en la transmisión por satélite. Requiere un ancho de banda relativamente alto. Dentro de esta, se encuentran:
Modulación digital BPSK
La modulación BPSK no se utiliza en los servicios de radiodifusión. En este tipo de modulación digital, la fase de la portadora adopta dos valores y, por lo tanto, un símbolo por cada bit.
Modulación digital QPSK
Normalmente, se emplea en sistemas de TV digital por satélite. Este sistema de modulación digital consiste en desfasar la portadora 90°, generando dos portadoras, una en fase (0°) y otra en cuadratura (90°), que se multiplican cada una de ellas por dos señales digitales. Sumando estos dos productos, se obtiene la señal modulada en QPSK.
Sabía que...
La modulación digital QPSK tiene como virtud su robustez frente al ruido.
Modulación digital xQAM (64QAM)
Normalmente, se emplea en sistemas de TV digital por cable. La modulación QAM (Quadrature Amplitude Modulation) utiliza tanto la modulación o variación de amplitud como la de fase. Por tanto, puede considerarse como una combinación de ambos tipos de modulación (amplitud y fase). Esto permite codificar muchos estados distintos en cada símbolo, lo que permite codificar muchos bits, incluso con muy baja frecuencia de símbolos.
Modulación digital COFDM
Normalmente, se emplea en sistemas de TV digital terrestre. El principio básico de este sistema de modulación consiste en utilizar un número grande de portadoras, equiespaciadas en frecuencia y moduladas cada una de ellas en QPSK o QAM, de forma que toda la información a transmitir se reparte entre ellas.
Todas las portadoras utilizadas ocuparán el ancho de banda del canal de transmisión (8 MHz) y cada una de ellas formará un subcanal, de forma que la suma de las informaciones contenidas en cada uno de estos subcanales será igual a toda la información que se desea transmitir.
Sabía que...
En el año 1998, se publica en España la Ley de la TV digital terrenal, en la que se establece el año 2012 como una posible fecha para el apagón de la televisión analógica terrenal.
9. Utilización del medidor de campo en las señales de televisión analógica y digital
En transmisiones vía radio, habitualmente va a interesar el nivel de campo eléctrico, que normalmente viene dado por dBμV. Para efectuar las medidas de este tipo de señal, se emplean los analizadores o medidores de campo, que, según el modelo, pueden efectuar medidas de señales de varios tipos, entre otras:
1 Medir la potencia de la señal digital en dBμV o dBm.
2 Medir el nivel de la señal analógica en dBμV o dBm.
3 Medir la relación digital portadora/ruido.
4 Funcionar como demodulador A/V SAT.
5 Ajustar la polarización cruzada del LNB.
6 Medir la BER (bit error ratio).
7 Medir el margen de ruido de la señal en dB.
Los tradicionales medidores de campo representan la constelación de una portadora de datos configurada por defecto. Los nuevos modelos se asemejan a los equipos profesionales de laboratorio, ya que permiten al instalador seleccionar la constelación de cualquier portadora de datos del canal. Se trata de una función de gran importancia para los operadores.
Medidor de Campo MULTIMETTER FSM-650 DVB-S2 (Televés)
Definición
Constelación
Representación gráfica de los símbolos digitales recibidos en un periodo de tiempo.
10. Resumen
Las ondas de radio y TV son ondas electromagnéticas que se transmiten a la velocidad de la luz. Este campo electromagnético va disminuyendo su intensidad a medida que se aleja del foco emisor.
Las ondas electromagnéticas se pueden clasificar según su frecuencia, cubriendo una amplia gama de frecuencias o de longitudes de onda. La clasificación no tiene límites precisos. Dicha clasificación puede verse en el conocido espectro electromagnético.
El espectro de frecuencias radioeléctricas es el conjunto de ondas radioeléctricas cuya frecuencia está comprendida entre 3 kHz y 3.000 GHz.
La modulación nace de la necesidad de transportar una información a través del espacio. Este es un proceso mediante el cual dicha información, onda moduladora, se inserta a un soporte de transmisión, la onda portadora.
En la conversión de señales analógicas a digitales, pueden diferenciarse 3 pasos principales:
1 Muestreo.
2 Codificación.
3 Transmisión de la señal.
La TV terrestre digital utiliza el estándar DVB-T, basado en una señal COFDM 8K con modulación de portadoras en 64 QAM. La información es transmitida en MPEG-2 en la banda de UHF con 4 programas de TV digitalizados y comprimidos por canal.
El sistema de modulación que se emplea en satélite digital es QPSK, que tiene una virtud: su robustez frente al ruido.
Ejercicios de repaso y autoevaluación
1. Las ondas electromagnéticas tienen una característica fundamental y es que se propagan a lo largo del espacio con dos niveles energéticos perpendiculares entre sí, que son:
1 El vector campo retroactivo y el feedback.
2 El vector campo eléctrico y el vector campo magnético.
3 El vector campo eléctrico y el campo sonoro.
4 Todas las opciones anteriores son correctas.
2. Las ondas usadas en radiodifusión para transmitir información son:
1 Ondas de audio.
2 Ondas tectónicas.
3 Ondas electromagnéticas.
4 Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
3. El espectro de frecuencias radioeléctricas es el conjunto de ondas radioeléctricas cuya frecuencia está comprendida entre...
1 ... 3 kHz y 100 GHz.
2 ... 3 kHz y 3.000 GHz.
3 ... 6.000 GHz y 6.500 GHz.
4 Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
4. Una señal analógica es una magnitud física variable en el tiempo según una función continua y...
1 ... puede tomar valores infinitos de amplitud dentro de un mismo rango.
2 ... puede tomar valores finitos de amplitud dentro de un mismo rango.
3 ... no puede tomar ningún valor dentro de un mismo rango.
4 Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
5. La modulación nace de la necesidad de transportar una información a través del espacio. Este es un proceso mediante el cual dicha información, onda moduladora...
1 ... se inserta a un soporte de transmisión, la onda portadora.
2 ... se inserta a un soporte de transmisión, la frecuencia intermedia.
3 ... se disipa en el aire.
4 Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
6. El sistema PAL surge como consecuencia de la corrección del error de fase diferencial (error de tinte en la pantalla del receptor) del sistema NTSC. Salvo pequeños detalles circuitales...
1 ... es análogo al COFDM.
2 ... es análogo al CATV.
3 ... es análogo al NTSC.
4 ... no es análogo a ninguno de los sistemas anteriores.
7. La modulación COFDM, normalmente, se emplea en sistemas de TV digital terrestre. El principio básico de este sistema de modulación consiste en utilizar un número grande de portadoras, equiespaciadas en frecuencia y moduladas cada una de ellas...
1 ... en QPSK o QAM, de forma que toda la información a transmitir se reparte entre ellas.
2 ... en MATV y SCATV, de forma que toda la información a transmitir se reparte entre ellas.
3 ... en RTT y PAL, de forma que toda la información a transmitir se reparte entre ellas.
4 Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
8. En la conversión de señales analógicas a digitales, pueden diferenciarse 3 pasos principales, que son:
1 Redondeo, filtrado y transporte.
2 Redondeo, empaquetado y filtrado.
3 Muestreo, codificación y transmisión de la señal.
4 Filtrado, muestreo y redondeo.
9. En un sistema de modulación en amplitud (AM)...
1 ... la señal senoidal portadora producida por un oscilador ve variada su amplitud de forma proporcional a la amplitud de la señal moduladora o información a transmitir.
2 ... la señal senoidal portadora producida por un oscilador ve variada su frecuencia de forma proporcional a la amplitud de la señal moduladora o información a transmitir.
3 ... la señal senoidal portadora producida por un oscilador ve variada su frecuencia de forma proporcional a la frecuencia de la señal moduladora o información a transmitir.
4 Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
10. Las modulaciones digitales usadas en radiodifusión son:
1 PAL, NTSC, DVB.
2 CATV, MATV, SCATV.
3 xPSK, COFDM, xQAM.
4 Todas las opciones anteriores son correctas.
11. En transmisiones vía radio, habitualmente va a interesar el nivel de campo eléctrico, que, normalmente, viene dado por...
1 ... dBμ.
2 ... dBV.
3 ... dBμV.
4 Ninguna de las respuestas anteriores es correcta.
Capítulo 2
Selección de los equipos de captación
1. Introducción
En este capítulo, se abordarán los diferentes equipos de captación, tanto terrestre como satélite.
Tras una introducción comentando los sistemas de captación, se comenzará por explicar los elementos que componen una antena. A continuación, se verán los diferentes tipos y sus principales características y, para finalizar, se explicarán los sistemas de sujeción.
Según la definición dada en el R.D. 346/2011, anexo I, en la ICT (Infraestructuras Comunes de Telecomunicaciones), el equipo de captación de señales es: “el conjunto de elementos encargados de recibir las señales de radiodifusión sonora y televisión procedentes de emisiones terrenales y de satélite”.
Los conjuntos captadores de señales estarán compuestos por las antenas, mástiles, torretas y demás sistemas de sujeción necesarios, en su caso, para la recepción de las señales de radiodifusión sonora y de televisión procedentes de emisiones terrenales y, en otros, para las procedentes de satélite. Asimismo, formarán parte del conjunto captador de señales todos aquellos elementos activos o pasivos encargados de adecuar las señales para ser entregadas al equipamiento de cabecera.
2. Antenas
De forma general, una antena receptora es el elemento encargado de convertir la energía electromagnética procedente del transmisor en una señal eléctrica que sea entendible por el receptor de televisión. Básicamente, una antena receptora se puede representar por un generador con una impedancia interna.
Las características que debe cumplir una antena son:
1 Poseer una buena captación de señal, en particular, en las zonas alejadas del transmisor, donde la ganancia debe ser la mayor posible.
2 Evitar reflexiones de señal en el propio sistema, dimensionando la antena convenientemente.
3 Evitar la captación de señales reflejadas en edificios, montes, etc., que son causa de imágenes fantasma o múltiples, característica denominada directividad.
4 Captar el mínimo posible de interferencias y señales no deseadas.
5 Ser útil para captar el mayor número de canales, siempre y cuando no sea un inconveniente para el normal funcionamiento de todo el sistema.
Las antenas tienen que ser capaces de captar la señal procedente del emisor a unas frecuencias específicas:
1 Para la TV terrenal, las bandas a las que se emite son las bandas B IV y B V (470 MHz-862 MHz).
2 Para las bandas utilizadas por los satélites para la distribución de señales de TV sobre Europa, se usa la banda KU (10,9 GHz-12,75 GHz):Banda DBS (SRS): de 11,7 GHz a 12,5 GHz.Banda FSS:Semibanda alta: de 12,5 GHz a 12,75 GHz.Semibanda baja: 10,9 GHz a 11,7 GHz.
3. Elementos de una antena
Dependiendo del tipo de antena de radio, televisión terrestre o satélite, se encontrarán diferentes elementos dentro de ella.
Nota
Existen diferentes tipos de antenas: antena dipolo, dipolo plegado, Yagi, cónica, etc.
Puede afirmarse de manera general que, en sistemas de TV y radio terrestre, el equipo de captación está constituido por:
1 Antena.
2 Preamplificador.
3 Sistema de sujeción (mástiles, torretas, elementos de sujeción).
En sistemas satélite, el equipo de captación está constituido por:
1 Reflector parabólico (antena).
2 Unidades exteriores (normalmente LBN).
3 Sistema de sujeción (mástiles, torretas, elementos de sujeción).
3.1. Elementos en un equipo de captación terrestre
En este apartado, se explicarán los principales elementos que intervienen en la captación de señal para su posterior envío al equipo de cabecera.
Antena
En la difusión de señales de televisión, el tipo de antena empleado influye en la calidad de la señal recibida. Los elementos más significativos en una antena terrestre son el dipolo, los elementos reflectores y los elementos directores. También hay que tener en cuenta la impedancia y el balun.
Componentes de una antena yagi
El dipolo
La antena debe satisfacer ciertas características que permitan obtener una señal de intensidad suficiente para el canal que sea posible captar en la zona donde esté situada. En particular, será necesario un elemento distinto (llamado dipolo) para captar la señal de cada canal. Un dipolo es simplemente un elemento conductor, pero el dipolo es el elemento esencial (a él se halla conectada la línea de bajada).
Posee la característica de ser directivo, es decir, que para poder captar la máxima intensidad de señal se debe orientar exactamente en dirección al punto de procedencia de la propia señal.
Nota
El dipolo tiene una longitud igual a la mitad de la longitud de onda irradiada para obtener la máxima eficiencia.
Generalmente, se utiliza el dipolo plegado, que tiene mayor anchura de banda, para así poder capturar todos los canales.
Dipolo plegado
La longitud de la antena viene determinada por la frecuencia de emisión que debe captar:
Siendo V la velocidad de propagación y f la frecuencia de recepción en MHz.
Aplicación práctica
Calcule la longitud de un dipolo de media onda que se requiere para recibir una señal de frecuencia de 703 MHz (canal 50).
SOLUCIÓN
Para resolver este ejercicio, hay que fijarse en la fórmula anterior:
λ = 300/f
Siendo f la frecuencia de recepción en MHz, así pues, para una frecuencia de 703 MHz, se tendrá:
λ = 300/f = 300/703 = 0,42 m
Como el dipolo es una antena de media onda, su longitud eléctrica será:
L = l/2 = 0,42/2 = 0,21 m
Elementos reflectores
El reflector se sitúa detrás del elemento activo y es generalmente más largo que media longitud de onda.
Su funcionamiento se basa en la reflexión de las ondas electromagnéticas, por lo cual las ondas que inciden paralelamente al eje principal se reflejan y van a parar al dipolo y, además, bloquean las señales que llegan por detrás.
Elementos directores
Estrechan el haz o lóbulo de recepción a la vez que lo prolongan. De esta forma, se consigue recibir a mayor distancia y, al ser la antena más directiva, se pueden eliminar con mayor facilidad las señales laterales indeseables, aumentando al mismo tiempo la ganancia de la misma. Cuanto mayor sea el número de elementos directores, mayor será la ganancia.
Los elementos directores se colocan delante del elemento activo y son algo más cortos de media longitud de onda. Cuanto mayor sea el número de elementos directores, mayor la longitud de la antena.
Impedancia y balun
La norma de televisión establece que la impedancia de entrada y salida de todos los elementos activos y pasivos simétricos sea de 300 Ω, que es el caso de las antenas utilizadas normalmente para la recepción de televisión. Como el cable coaxial de bajada tiene una impedancia de 75 Ω, se necesita un adaptador de impedancia denominado balun. El balun (balanced-unbalanced) se encuentra alojado en el interior de la caja de conexiones de la antena y permite conectar el dipolo con el cable de bajada en óptimas condiciones.
Nota
El balun es un dispositivo que permite la adaptación entre las impedancias del dipolo de la antena y el cable coaxial.
Preamplificador
El preamplificador es un elemento que recoge la señal que le llega de la antena y aumenta su nivel sin añadir ruido a la señal.
Un parámetro aquí fundamental es el denominado señal/ruido, que expresa la calidad de la señal. Este amplificador es el primero con que se encuentra la señal y va a determinar la relación señal/ruido de toda la instalación.
El preamplificador suele esta colocado dentro de la caja de antena o en un lugar del mástil lo más cercano posible a la toma de la antena, para evitar que un tramo largo de cable baje más el nivel de señal a la entrada de este. Además, dependiendo de los canales a amplificar, puede ser de banda ancha (toda la banda) o canalizado (un solo canal).
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