Mejorando el rendimiento de los sistemas de radio digital.

Las pruebas y verificaciones adecuadas de los parámetros de modulación de RF aseguran un rendimiento óptimo de la red digital.

Como en gran parte de las empresas se están realizando migraciones de sistemas de radios analógicas a digitales, es importante entender que las redes digitales requieren una alineación más precisa que la analógica para lograr un rendimiento óptimo. Es necesario probar y verificar los parámetros de alineación de radiofrecuencia (RF) para maximizar y lograr el alto rendimiento que proporciona la tecnología digital. La alineación inadecuada provoca una precisión de modulación digital degradada, lo que tiene un impacto significativo en la capacidad del radio receptor para recuperar los datos digitales.

Introducción

La mayoría de los profesionales de RF están conscientes que los estudios de cobertura están relacionados principalmente con las variaciones de potencia de transmisión. Suponiendo que todas las otras variables son iguales, excepto el nivel de potencia, el área de cobertura se vuelve más pequeña a medida que se disminuye el nivel de potencia del transmisor. Esto es esperado y es cierto tanto para sistemas analógicos como digitales. Sin embargo, con los sistemas digitales, la calidad de la señal digital transmitida tiene un efecto significativo en el área de cobertura. Las pruebas de laboratorio muestran que las alineaciones de modulación inadecuadas de los parámetros del transmisor de una radio digital afectan negativamente el rendimiento del receptor de otra radio digital. Por ejemplo, un error de calibración del 20% puede afectar el rango en la misma medida que una reducción del 75% en la potencia.

La comprensión del funcionamiento y calibración o alineación de una radio digital, la configuración adecuada de los parámetros del filtro de audio y el uso de instrumentos de medición de desviación precisos mejorarán significativamente el rendimiento de las radios digitales. Por el contrario, el uso de medidores de desviación inexactos, configuraciones de filtro inadecuadas y la falta de conocimiento de las especificaciones y operación del instrumento afectarán dramática y negativamente el rendimiento de la radio digital.

Diferencias analógicas y digitales

Los transmisores digitales de RF tienen parámetros que deben medirse para verificar la calidad de la señal digital. En muchas radios digitales, la calidad de la señal está directamente relacionada con la desviación de la modulación de frecuencia (FM). El receptor debe ver una señal digital de buena calidad para decodificar los unos y ceros. Esto requiere mediciones precisas y exactas para garantizar que la radio esté alineada con las especificaciones del fabricante.
Muchas tecnologías de radio digital utilizan la modulación basada en técnica de desplazamiento de frecuencia de cuatro niveles (4FSK) para representar los digitales unos y ceros utilizados para transmitir información por el aire. La modulación 4FSK significa que hay cuatro estados de desviación de frecuencia permitidos de la portadora de RF (también llamados símbolos) que representan los datos digitales. Estos símbolos se denominan “dibits” y representan dos bits de datos por símbolo: 00, 01, 10 y 11. Los estados de desviación deben sincronizarse con precisión con el reloj de símbolos. Por ejemplo, para el protocolo P25 (Proyect 25), estos puntos de desviación son -1800 Hz, -600 Hz, +600 Hz y +1800 Hz y se refieren a un reloj de símbolos de 4.800 símbolos por segundo. Debido a que hay dos bits por símbolo, la velocidad de bits es de 9.600 bits por segundo (bit/s).

El rendimiento del receptor de radio digital se prueba utilizando mediciones de tasa de error de bit (BER) para determinar la sensibilidad del receptor en comparación con la relación señal-ruido-distorsión (SINAD). Los problemas en el receptor aumentarán los BER y afectarán negativamente el rendimiento del sistema. En un sistema digital de comunicaciones de dos vías, la calidad del transmisor de la radio emisora también impacta los BER del receptor.
Debido a que el transmisor debe modular la portadora con 4FSK a la desviación precisa en el tiempo del reloj del símbolo, la proximidad de estos símbolos a los puntos ideales de desviación de frecuencia afecta la operación de la radio receptora. La medida de la precisión del transmisor se establece como fidelidad de modulación (en sistemas P25) o error 4FSK. La transmisión de una señal 4FSK mal modulada puede funcionar durante una verificación de radio en distancias cortas; sin embargo, para distancias significativa, la interfaz aérea de RF entre el transmisor de radio y el receptor causa un deterioro adicional de la señal de RF. Efectos tales como ruido, interferencia, trayectoria múltiple e interferencia entre símbolos (ISI) degradan la calidad de la señal recibida.

Todas las señales de RF, tanto analógicas como digitales, pierden amplitud y son más susceptibles al ruido a medida que la onda de radio se propaga a través de una distancia dada. Con señales analógicas, el ruido se demodula directamente y está presente en el altavoz. Sin embargo, con señales digitales 4FSK, el ruido degrada la calidad del símbolo, lo que dificulta la recuperación de los datos. Las alineaciones incorrectas de desviaciones de FM causan el mismo problema, reduciendo el alcance efectivo y disminuyendo la calidad de voz.

Debido a que la relación con el estado de desviación especificado en el tiempo del reloj del símbolo es crítica para que el receptor decodifique el símbolo correcto, los sistemas digitales deben mantenerse y ajustarse correctamente para garantizar el mejor rendimiento. La precisión de los ajustes se ve significativamente afectada por la precisión del medidor de desviación utilizado para los ajustes digitales. Tanto la precisión absoluta como la relativa del instrumento sobre el rango de frecuencia de modulación son factores importantes para las medidas correctas de desviación de FM. Después de completar un ajuste en una radio, se debe verificar el rendimiento de la modulación digital (desviación de símbolo y fidelidad de modulación o error FSK), esto asegura que el ajuste analógico produzca una buena señal digital.

La imagen 1 que se muestra, un receptor tendrá dificultades para decodificar la señal mal modulada una vez que la calidad de la señal se vea afectada aún más a lo largo de su distancia propagada. En la imagen 2 se observa las señal 4FSK de un transmisor bien alineado, lo que asegura al receptor una adecuada decodificación de la señal.

Al comprender cómo los errores del medidor de desviación de FM pueden afectar el rendimiento de FSK digital de una radio, podemos determinar el impacto que tiene la calidad de la señal transmitida en la capacidad de un receptor para decodificar la modulación. La siguiente tabla muestra el impacto en un receptor P25. Debido a la similitud en los tipos de modulación, estos resultados son típicos para las radios digitales actuales.

Conclusión

Con una comprensión adecuada de las operaciones de radio digital y el instrumental adecuado, el rendimiento del sistema de radio digital se puede mejorar significativamente.

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