HERMES — Funcionamiento-DominioDigital

Elementos básicos en una instalación de telecomunicaciones

Para poder comunicar en la distancia dos puntos , necesitamos una serie de elementos con mayor o menor complejidad, pero con detalles técnicos que debemos tener muy en cuenta para tener el mejor sistema posible. Veremos cada uno de los elementos, que son:

1 Emisor

Sistema encargado de recibir la señal a transmitir , tratarla y alimentar el elemento encargado de transmitirla ( antena ). En el esquema de la derecha, se ha omitido los bloques de filtros. Debería añadirse uno a la salida del sistema de audio ( filtrar la salida del estudio ) y otro antes de alimentar la antena. Los elementos básicos son

Señal de audio de los estudios. En este caso, hemos tomado una emisora de AM donde se está transmitiendo una tertulia, música, etc. La salida debe ser tratada para que contenga una señal lo mas "limpia " posible. Ello se consigue con sistemas de filtros, y, por supuesto, con elementos traductores adecuados ( buenos micrófonos, sistemas de cables, electrónica de bajo ruido, etc. Oscilador. Se genera una frecuencia senoidal dada por la emisora. No es siempre la misma, ya que cada emisora de AM tiene la suya. Por ejemplo, tenemos que Radio Nacional de España en Madrid tiene una frecuencia de 585 Khz Una vez producida la señal portadora, se pasa a un amplificador. La señal portadora y la señal de audio ( del estudio ) se pasan por el modulador para que, en este caso, se module la señal de la portadora, acorde a la amplitud de la señal del estudio La señal resultante se entra en un amplificador de radio frecuencia y éste alimenta la antena/li>

2º Receptor

Un avance importante en los receptores fue la incorporación del receptor heterodino.

Heterodinar ( obtener una frecuencia a partir de la mezcla de otras dos ) tiene el propósito de mezclar frecuencias y obtener una tercera señal con resultados útiles en las etapas siguientes del receptor

Mostramos el esquema básico de este elemento

Una vez que la señal llega a destino, tenemos que la señal que toma la antena se entrega al receptor, compuesto por una serie de bloque que detallamos.

Bloque de amplificador de la señal. La señal suele llegar con poca potencia, por lo cual es necesario este componente. Oscilador local. Según sea el tipo de modulación, es necesario crear una señal senoidal de una frecuencia determinada. Esta señal la vamos a entrar junto a la señal que procede del amplificador de antena, al mezclador . Mezclador. Este componente nos va a crear una señal de una frecuencia intermedia F3,dando lugar a 2 frecuencias F3, que vienen de sumar y restar F2 y F1 ( ver imagen ). El filtro de frecuencia intermedia tiene una ancho de banda mas angosto ( reducido ), dando lugar a una mayor selectividad del conjunto. La señal sale lista de este bloque para ser demodulada. Es un filtro de alta selectividad en frecuencia. El demodulador aplica la técnica apropiada ( FM, AM, etc ) para obtener la señal que contiene la información Amplificador de banda base. Una vez que tenemos la señal demodulada, hay que amplificarla y filtrarla para la etapa de potencia.

3º Métodos de transmisión

Fiabilidad del cable Facilidad de la instalación Velocidad de transmisión de datos ( Kbit/s) Ancho de banda ( cuantos canales podemos pasar ) Precio del cable Espacio entre repetidores en instalaciones grandes

3.1 Cables de cobre.

3.2 Cable coaxial.

Podemos ampliar con mas detalles en la parte inferior de la página ( Receptor superheterodino En esta apartado nos referimos a qué medio vamos a usar para "conducir la señal" desde el origen al destino. Ese camino puede ser guiado o no guiado. En el primero englobamos a cables de cobre y cables de fibra. En los no guiados, hablamos de las ondas electromagnéticas, que no necesitan de ningún tipo de soporte para transmitirse ( pueden viajar en el vacío ) Dentro de los cables, las propiedades en las que nos fijaremos serán:Dentro de ellos, tenemos principalmente los cables de pares y el coaxial. Para ello, repasamos ya lo visto dentro de la página tipos de cables de datos y fibra óptica ( junto con el material que tenemos en el libro )

Está constituido básicamente por un cable interno de cobre, un material dieléctrico, una malla de cobre y una funda que lo protege. Uno de los aspectos más importantes es la impedancia del cable, que depende de factores como la distancia que existe entre el cable interior y la malla. Por ello es muy importante que no se doble demasiado a fin de no modificar este parámetro.

La impedancia viene como : donde:

Zo es la impedancia del cable, que no depende de la longitud. εr se llama la permeabilidad relativa del dieléctrico y depende del tipo de material ( polietileno sólido, polietileno expandido, etc ) De es el diámetro del cable exterior Di es el diámetro del cable interior

A destacar tenemos que:

En los casos reales donde el cable se carga con generadores o receptores, cuya impedancia es igual a la impedancia característica del cable, la impedancia de ésta permanece constante.

Zo del cable es independiente de la longitud del mismo. Esto parece curioso porque parece que a mas cable mas impedancia, pero tenemos que tener en cuenta que esta consideración se hace para un cable ideal, con resistencia del cobre nula.

Así mismo, y para una línea sin perdidas, la impedancia es constante independiente de la frecuencia.

En una línea bien adaptada en impedancias, no se producirán reflexiones de señales

Cuando se conecta una cable con una impedancia igual a la impedancia de la carga, la transferencia de energía entre cable y carga es máxima

No, no es un cable, ES EL CABLE . Con esto, queremos resaltar la importancia que tiene este elemento dentro de un conjunto, que aparentemente son mas importantes que el mismo cable. Es muy importante que todos los bloques que están conectados al cable tengan idénticas impedancias a la que tiene el mismo cable para que no existan ondas reflejadas y el rendimiento del conjunto sea máximo.

La mayoría de los cables tienen una impedancia de 50 o de 75 Ohmios. Dejamos una imagen del equivalente eléctrico del coaxial

Si lo comparamos con el par trenzado, tenemos, en general a día de hoy ( en esto siempre tenemos que marcar fechas, finales del 2017 )

Otras características son:

Se puede usar para cubrir mayores distancias.

Como consecuencia de lo anterior, los tramos entre estaciones ( repetidores ) pueden tener mayor distancia.

Gracias a su apantallamiento, es menos susceptible a interferencias.

Ofrece mayor frecuencia de trabajo y mayor velocidad de transmisión.

Por ejemplo, tenemos el cable Coaxial de banda ancha, que normalmente se usa para el envío de la señal de televisión por cable, puede llegar a tener 100km de distancia. Si lo hacemos trabajar a 300 Mhz , llega a tener velocidades de 150 Mbps.

La parte de fibra la vemos en esta página Fibra óptica. Instalaciones, tipos de cable, conectores

Comparativas entre medios

Tipo Velocidad en bits/segundo Distancia a otro repetidor Luz 1 Mb/s 1 Km Infrarrojos 10 Mb/s 200 Km Par trenzado 1 GBPS 2-10 KM Microondas 10 Mb/s 80 Km ondas de radio 1 Mb/S 100-1000 KM cable coaxial 2 Gb/s 10-100 KM Fibra óptica >10 Gb/sS >100 KM

4 Antenas

5 Duplexores y Diplexores

Cuando tenemos que utilizar el espacio como medio de enlace entre emisor y destinatario, haremos uso de un elemento que nos va a traducir una corriente eléctrica en un campo electromagnético y viceversa. Seguiremos esta sección en el enlace

Un duplexor es un componente de radiocomunicaciones que permite utilizar una misma antena tanto para recibir como para emitir, desacoplando la parte emisora y receptora de la estación. En la imagen de la izquierda tenemos este componente representado en verde, produciéndose en el mismo las conmutaciones para permitir que el transmisor envíe la señal a la antena, o bien, que el receptor reciba la señal de la antena.

El Diplexor hace la misma tarea, pero con la diferencia que conecta equipos con frecuencia de trabajo diferente, por ejemplo, cuando tenemos que utilizar frecuencias de satélite y tv terrestre , como mostramos en la siguiente ilustración

6º Distribuidores y mezcladores

La finalidad del distribuidor es repartir la señal en los puntos que son necesarios ( por ejemplo cuando desde el tejado de un adosado, tenemos dos plantas con varios puntos de TV ). En el caso de que ese distribuidor ( o repartidor ) sea pasivo ( sin alimentar ) , se tiene una perdida de 3 dB por cada toma, esto es, para un repartidor de 4 salidas, tenemos una pérdida total de 12 dB. El mezclador hace la función inversa.

No confundir un repartidor con un derivador.

El derivador hace la misma función que el repartidor, pero las salidas tiene pérdidas diferentes, por ejemplo, en uno de tres salidas, podemos tener 3, 6 y 9 db

7º Instalación Eléctrica en estaciones de radiocomunicaciones

Esta sección está contemplada muy bien en otros módulos del ciclo. Haremos una revisión sobre los aspectos más importantes a la hora de poder suministrar la energía eléctrica necesaria para el proceso de radiocomunicaciones.

La estación deberá en todo momento tener un flujo constante y de calidad de energía eléctrica que será proporcionada desde diferentes fuentes. Tendremos que tener en cuenta los criterios medioambientales, de acceso a la estación, de las energías renovables que tengamos en el lugar, del tendido eléctrico circundante, etc. En base a esos y otros criterios, tomaremos la mejor decisión. Pondremos varios casos en los que podremos actuar

En la zona tenemos luz eléctrica de alguna compañía. En este caso es la mejor opción de todas , dado que la caída de tensión en las líneas raramente ocurren y los tiempos de respuesta se han incrementado mucho. Esa situación se puede complementar con sistemas SAI para que, en caso de fallo del suministro de electricidad, la radiocomunicación no caiga.. Tendremos que tener en cuenta el cálculo de baterías. Zonas de difícil acceso y sin electricidad. En este caso, optamos por energías renovables si es posible o por grupos electrógenos. En el caso de los grupos tenemos que tener en cuenta que hace falta un depósito para el gasóleo, además de sistemas de climatización, seguridad , vallado completo del recinto, contaminación acústica del entorno, etc. En el caso 2 se puede optar por instalar paneles solares o aerogeneradores, siempre apoyados por SAI

Actividades. Completar esta sección con las referencias que tenemos en el libro

1º Una instalación se dice que es muy disponible cuando tiene servicio el 99,999 % del tiempo con servicio. Hemos encontrado una caída de 20 minutos a lo largo del año. ¿ Han cumplido con lo prometido ?

2º Tenemos una estación solar que, para la noche necesitamos un suministro de 600 Ah. Las baterías tienen una tensión de 12 voltios y 80 Ah. Calcular cuantas y cómo irán conectadas

3º ¿ Qué aporta tener un amplificador de frecuencia intermedia en un receptor superheterodino ?

4º Calcular la impedancia de un cable con permeabilidad 1,8 y cuyo diámetro mayor es tres veces mayor que el diámetro menor

5º Nos piden que montemos una antena parabólica en una casa, pero el tubo ya está ocupado por un cable de antena y no hay mas espacio. Qué solución le puedes dar ?

6º Busca en internet el diagrama de radiación de una antena utilizada para dar cobertura de UMTS en la ciudad

7º Los grupos electrógenos produce corriente alterna y, sin embargo, los equipos de radiocomunicaciones necesitan corriente continua. Que hará falta ?

8º Una antena tiene un rendimiento del 80 %. Si la potencia aportada es de 2 W, calcular la potencia radiada

Aunque dentro del módulo de ICTV se estudia las instalaciones de ICT en viviendas y edificios, vamos a usar una aplicación de Televés para utilizar parte de los componentes de éste tema, así como hacer las oportunas medidas con el medidor de campo y comprobar que coinciden con las generadas en el software ITcalc.

1º Descargamos el programa en caso de no estar instalado en los PCs. la url es

Hay que registrarse. Para ello, utilizar el correo del marenostrum

(los enlaces del cloud tienen un tiempo de uso, descargue el archivo para usar en local)

Con este programa de televés podemos bajar algún ejemplo ( por ejemplo el de 14 viviendas ) y adaptarlo a uno de 4 viviendas ( dos por planta ).

Una vez comprobado que no tenemos errores, pinchar en varita mágica y luego en calculadora, para ir tomando nota de los valores que tenemos desde que sale de la cabecera hasta que llega a una de las tomas

Posteriormente hacemos nuestra instalación con los derivadores y repartidores, e iremos tomando valores en los mismos puntos.

Compararemos resultados

Pd. Hay que tener en cuenta que para 4 viviendas, no es necesario el uso de derivadores, pero los usaremos con finalidad didáctica.

¿Qué tiene que contener la memoria ?

1º Diagrama de la instalación

2º Descripción de los componentes que usamos, con las referencias y datos técnicos básicos

3º Medidas en dos viviendas ( Una por planta ) haciendo un pantallazo de las mismas

4º Montaje de la instalación con los derivadores y repartidores con características técnicas más aproximadas a las ofrecidas por el programa. Alimentamos el circuito con un equipo transmisor de señal generador PAL o toma de antena de aula.

5º Análisis comparativo de medidas teóricas y reales

Mostrar para saber algo más sobre el receptor superheterodino

Proyectos de Diseño de Subsistemas de Telecomunicación I

Objetivos

Los resultados de aprendizaje que deben alcanzar los alumnos que cursan esta asignatura, en función del plan de estudios de su titulación de Máster son:

1. Conocimiento y aplicación de técnicas avanzadas de procesado de la señal

2. Desarrollar sistemas de radiocomunicaciones, radar, radionavegación y posicionamiento; así como el diseño de redes y sistemas de contenidos multimedia

3. Conocimiento de las actuales tendencias tecnológicas con aplicación a la telecomunicación

Los objetivos generales de la asignatura son los siguientes:

1. Diseño de un sistema de comunicaciones digitales completo

2. Aprender a implementar los diferentes bloques de un transceptor digital en un lenguaje de programación

3. Diseño de sistema Software Radio

4. Aprender a implementar transceptores digitales en dispositivos de lógica programable.

5. Diseño de filtros y amplificadores

6. Diseño de radioenlaces

7. Diseño y simulación de antenas

HERMES — Funcionamiento

Principio de Funcionamiento del Sistema Hermes

El funcionamiento del sistema HERMES está basado en una arquitectura de redes autoconfigurables, implementando un protocolo de comunicaciones que consigue que el sistema siempre funcione, incluso cuando se produzcan daños o vulnerabilidades en las instalaciones del puerto.

El sistema continua funcionando frente a:

Ausencia de electricidad

Cortes de cable en las acometidas

Inundación de canalizaciones

Interferencias

Desacoplamientos

La filosofía de redes ad-hoc implementada en el protocolo de red de HERMES permiten paradójicamente que el sistema sea tanto más fiable cuanto mayor sea la instalación. Esto redunda en una gran tranquilidad para el cliente del sistema HERMES, así como para el responsable de su mantenimiento y control.

En la siguiente figura se muestra el esquema básico del sistema.

Figura 1: Esquema del Sistema Hermes

El sistema de comunicaciones de HERMES está basado en nodos de radiofrecuencia que usan banda libre, por lo que no es necesario pagar por la transmisión de datos. Su protocolo de comunicaciones funciona de manera similar a Internet.

Las torretas o puntos de suministro forman una red de comunicaciones donde cada una constituye un nodo de la red. Cada uno de estos nodos está capacitado para enviar o recibir información a cualquier punto. El nodo central de la red, normalmente instalado en la capitanía del puerto, recibirá todas las lecturas de los contadores de luz y agua y volcará esta información al servidor central del sistema.

El protocolo de comunicación establece que cuando un nodo recoge la lectura de un contador la envía directamente por radiofrecuencia al nodo central. Cada nodo tiene un alcance radioeléctrico de cientos de metros en espacio libre, con lo que la mayor parte del tiempo HERMES funcionará en este modo, actualizando toda la información del sistema en tiempo real.

Generalmente, los sistemas por radiofrecuencia suelen dar más tranquilidad frente a errores, ya que sabemos de antemano que el problema no se encuentra en alguno de los puntos de cableado distribuidos por todo el puerto. El mantenimiento quedará reducido a comprobar el emisor y el receptor. El coste disminuye enormemente.

Por contra, los sistemas por radiofrecuencia se enfrentan al handicap de que los nodos más alejados del nodo central deben ser capaces de llegar con la suficiente potencia de señal. El protocolo de comunicación de HERMES da solución a este planteamiento dotando al sistema de un comportamiento inteligente basado en redes autoconfigurables para la gestión del enrutamiento.

Caso Práctico de Localización

Cuando por cualquier adversidad un nodo cualquiera (Torreta de Suministros 1 en punto de atraque 1) es incapaz de comunicarse con el nodo central (Capitanía), entonces éste comienza su funcionamiento basado en un protocolo de enrutamiento inteligente para conseguir su fin: hacer llegar su lectura de contador al nodo central.

Esto lo hace de la siguiente forma: lo primero que hace es lanzar una señal multicast para que lo escuche cualquier nodo a su alrededor. Cualquier nodo cercano (Torreta de Suministros 2 - Nodo 2) que escuche esta señal multicast entenderá que el Nodo 1 no ha podido enviar su lectura directamente al Nodo Central, y entonces el Nodo 2 actuará como repetidor, recogiendo la lectura del contador del Nodo 1 y enviando la señal directamente hasta el nodo central.

En la siguiente figura se muestra el esquema básico de localización.

Figura 2: Caso práctico de localización con el Sistema Hermes

Una Red de Nodos Inteligentes

Si la situación es adversa en todo el puerto, entonces la secuencia de comunicación anterior se realiza tantas veces como sea necesaria hasta que la información de las lecturas de contador llegue al nodo central. La fortaleza del sistema reside en la capacidad de enrutamiento inteligente integrada en cada uno de los nodos. Se trata de una red que es capaz de responder a las adversidades del entorno y que de forma adaptativa solucionará inteligentemente cualquier problema de comunicación.

En un sistema convencional (por radio o por cable) sin inteligencia de red alguna, si el nodo origen no consigue hacer llegar la información al nodo central se producirá un error en el sistema o bien, simplemente los datos recogidos por el nodo central no serán correctos. Con la arquitectura de red de HERMES todos estos problemas de fiabilidad desaparecen independientemente de la naturaleza de la adversidad.

Figura 3: Red de Nodos Inteligentes

Todas las comunicaciones de HERMES son del tipo confirmado, lo que implica que cuando recibimos en el control una señal de OK a una orden como activar/cortar suministro, tenemos completa seguridad que esta orden se ha ejecutado.