Fundamentos de radiocomunicaciones

RADIOPROPAGACIÓN
Prof. Ing. César F. Huamaní Ayala
chuamani@uch.edu.pe

Ing. César F. Huamaní Ayala 3
UNIDAD N° 01
FUNDAMENTOS DE RADIOCOMUNICACIONES

Ing. César F. Huamaní Ayala
Contenido
1. Radiocomunicación: términos y definiciones fundamentales.
2. Enlace de radiocomunicaciones.
3. Banda de frecuencias para radiocomunicaciones.
4. Aplicaciones de las bandas de frecuencia.
5. Atribución de frecuencias.
6. Capas de la atmósfera.
7. Designación de emisiones.
4

1. RADIOCOMUNICACIÓN: TÉRMINOS Y DEFINICIONES FUNDAMENTALES
5

Radiocomunicación: términos y definiciones
fundamentales
La radiocomunicación puede definirse como Telecomunicación
realizada por medio de ondas radioeléctricas. La Unión Internacional de
Telecomunicaciones (UIT), define las ondas radioeléctricas como las
ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio sin guía
artificial y cuyo límite superior de frecuencia se fija,
convencionalmente, en 3 000 GHz.
La radiocomunicación que hace uso de elementos situados en el
espacio, se denomina radiocomunicación espacial.
Toda radiocomunicación distinta de la espacial y de la radioastronomía,
se llama radiocomunicación terrenal.
6

fundamentales
La técnica de la radiocomunicación consiste en la superposición de la
información que se desea transmitir en una onda electromagnética
soporte, que se denomina portadora.
La inserción de esa información constituye el proceso denominado
modulación. Como consecuencia del mismo, se genera una onda
modulada, cuyo espectro contiene un conjunto de frecuencias en torno
a la portadora. La onda modulada se envía al medio de propagación a
través de un dispositivo de acoplamiento con el medio denominado
antena.
7

fundamentales
El conjunto de equipos para el tratamiento de la información:
moduladores, filtros, antenas, en un sistema de radiocomunicación, se
denomina estación transmisora, o abreviadamente, transmisor.
La onda modulada generada en la estación transmisora y emitida al
medio de propagación, alcanza el punto o puntos de destino donde
accede al sistema receptor por medio de una antena de recepción, la
cual recoge una fracción de la energía radioeléctrica transmitida.
El conjunto de equipos para el tratamiento de la señal recibida:
antena, amplificadores, demodulador, filtros, constituye la estación
receptora de un sistema de radiocomunicación.
8

fundamentales
Los órganos de transmisión, recepción y antenas, contribuyen
positivamente a la radiocomunicación. El medio de transmisión
introduce, en cambio, pérdidas y diversos tipos de perturbaciones,
tales como distorsión, ruido e interferencias.
Debido a las características de propagación de las ondas
radioeléctricas, es muy frecuente que en el receptor estén presentes
no solo la señal procedente del transmisor con el que se efectúa la
radiocomunicación (señal deseada), sino también diversas señales
emitidas para otros destinos. Se denomina, a cada una de estas
últimas, señal interferente o no deseada.
9

fundamentales
Una perturbación inducida por la propagación de la onda radioeléctrica
es la distorsión generada por anomalías en dicha propagación, por
ejemplo el fenómeno de multitrayecto. Esta distorsión puede degradar
sustancialmente la señal e imposibilitar la recuperación de la
información, por lo que debe compensarse mediante técnicas
adecuadas como son la recepción por diversidad y la ecualización.
La figura 1, se representa un modelo básico que puede utilizarse para el
estudio y análisis de un sistema de radiocomunicación.
Se indican el enlace útil, así como las actuaciones del ruido y de la señal
interferente, reseñándose dentro de cada bloque conceptual, los
factores y parámetros técnicos que es necesario tener en cuenta en los
proyectos y estudios de los sistemas de radiocomunicación.
10

fundamentales
En el esquema básico de la figura 1 deben resaltarse los siguientes
interfaces:
1. Entrada de la señal de información al modulador.
2. Salida de la señal modulada.
3. Salida de la señal amplificada y filtrada del transmisor con destino a la
antena o sistema radiante de transmisión.
4. Emisión de la portadora modulada.
5. Llegada de las señales (deseada, interferentes y ruido) a la antena de
recepción.
6. Entrada al modulador del receptor.
7. Recuperación de la información
8. Actuación del ruido sobre el receptor.
11

Fig. 1 – Interfaces de un sistema de radiocomunicación
Fuente: Transmisión por Radio, José M. Hernando Rábanos

2. ENLACE DE RADIOCOMUNICACIONES
13

Enlace de radiocomunicaciones
Los diferentes enlaces de comunicación de radio (tierra, tierra-aire,
aire-a-aire) que cubre las condiciones atmosféricas y la ionosfera,
incluyen varios componentes que tienen una gran cantidad de
principios y procesos físicos, con sus propias características de trabajo
independientes o correlacionados y elementos de mando. Un esquema
simple de tal enlace de comunicación por radio consiste en un
transmisor (T), un receptor (R), y un canal de propagación. Las
principales características de salida de un enlace tal dependen de las
condiciones de propagación de radio en diferentes tipos de entornos,
como se muestra en la Figura 2.
14

Fig. 2 Esquema de enlace de comunicación inalámbrica
Fuente: Radio Propagation and Adaptive Antennas for Wireless Communication Links - Nathan Blaunstein and Christos Christodoulou

Enlace de radiocomunicaciones
El canal de propagación está influenciado por los diversos obstáculos
que rodean las antenas y las condiciones ambientales existentes. Otra
cuestión importante para una antena de receptor personal (o de mano)
es también la influencia del cuerpo humano en las características de
funcionamiento de la antena de trabajo. Los diversos bloques que
comprenden un canal de propagación se muestran en la Figura 2.
Sus principales características de salida depende de las condiciones de
propagación de las ondas de radio en los diferentes entornos
operativos que se utilicen esos enlaces de comunicación inalámbrica.
16

3. BANDAS DE FRECUENCIAS PARA RADIOCOMUNICACIONES
17

Rol de la frecuencia en las radiocomunicaciones
La frecuencia, como un recurso natural, tiene un papel clave en las
radiocomunicaciones. En este sentido, algunos de los principales
hechos para aclarar su papel crucial en las redes de radio son:
• La mayoría de los fenómenos de propagación de ondas de radio
dependen de la frecuencia en formas lineales o no lineales.
• La dependencia de las características técnicas de los equipos de radio
y sus aplicaciones y servicio de calidad a la frecuencia de operación.
• Las solicitudes de algunas bandas de frecuencia se asignan
exclusivamente a los servicios específicos.
• Limitación de los recursos de frecuencia.
18

Rol de la frecuencia en las radiocomunicaciones
Debido a los nuevos servicios y la explotación de tecnologías avanzadas, la
demanda de más bandas de frecuencia está aumentando. Para cumplir los
nuevos requisitos, centros de I + D e institutos profesionales a nivel nacional
e internacional han llevado a cabo extensos estudios e investigación que
entre ellos se encuentran:
✓El empleo de nuevas tecnologías para mejorar la eficiencia de utilización
de frecuencia tales como niveles más altos de modulación digital, TDMA,
CDMA, y técnicas de compresión.
✓El uso de otros medios de transmisión tales como televisión por cable, SDH
a través de fibra óptica por cable, WDM y DWDM.
✓Fabricación de componentes de RF en bandas de frecuencias superiores.
✓El uso de sistemas de gestión de red y ancho de banda.
✓El uso del control de potencia del transmisor automático (ATPC) y las
técnicas de reutilización de frecuencias.
19

Clasificación de las bandas de frecuencia
Las principales bandas de frecuencia en base a reglamentos de la UIT
se enumeran en la Tabla 1 los extremos inferior y superior de las
bandas de frecuencia clásicos de la UIT se definen por la relación que
figura a continuación:
Τ𝐹 𝐵 = 3 × 10 𝑛 − 3 × 10 𝑛−1, 4 ≤ 𝑛 ≤ 11
Τ𝐹 𝐵 es la banda de frecuencia en Hertz y “n” es el número de banda
correspondiente según la Tabla 1.
Como se indica en las Tablas 2 y 3, hay otras clasificaciones conocidos
como modelos iniciales y nuevos, respectivamente. Estas bandas de
frecuencia se emplean habitualmente por radio.
20

Tabla 1 – ITU classic frequency bands
Wavelength, metric
equivalent
Frequency range Designation Band number
Myriametric waves 3 – 30 kHz VLF 4
Kilometric waves 30 – 300 kHz LF 5
Hectometric waves 300 – 3000 kHz MF 6
Decametric waves 3 – 30 MHz HF 7
Metric waves 30 – 300 MHz VHF 8
Decimetric waves 300 – 3000 MHz UHF 9
Centimetric waves 3 – 30 GHz SHF 10
Millimetric waves 30 – 300 GHz EHF 11
Decimillimetric waves 300 – 3000 GHz - -
Micrometric waves > 300 THz - -
21
Fuente: Propagation Engineering in Wireless Communications, Abdollah Ghasemi

Table 2 – Initial applied frequency bands
Frequency range (GHz) Band designation
0.225 – 0.390 P – Band
0.390 – 1.550 L – Band
1.550 – 3.900 S – Band
3.900 – 6.200 C – Band
6.200 – 10.900 X – Band
10.900 – 36.00 K – Band
36.00 – 46.00 Q – Band
46.00 – 56.00 V – Band
56.00 – 100.00 W – Band
22

Table 3 – New applied frequency bands
Frequency range (GHz) Band designation
0.1 – 0.25 A - Band
0.25 – 0.5 B – Band
0.5 – 1 C – Band
1 – 2 D – Band
2 – 3 E – Band
3 – 4 F – Band
4 – 6 G – Band
6 – 8 H – Band
8 – 10 I – Band
10 – 20 J – Band
20 – 40 K – Band
60 – 80 L – Band
80 - 100 M - Band
23
Fuente: Propagation
Engineering in Wireless
Communications,
Abdollah Ghasemi

4. APLICACIONES DE LAS BANDAS DE FRECUENCIAS
24

Aplicación de bandas de frecuencias
La banda de frecuencias es una característica fundamental para
predecir la eficacia de los enlaces de comunicación de radio. La banda
óptima de frecuencia para cada canal de propagación se determina y
limita por los requisitos técnicos de cada sistema de comunicación y
por las condiciones de propagación de radio a través de cada canal.
A continuación, se considerará el espectro de frecuencias de radio y su
uso práctico en diversos canales de comunicación.
25

Bandas ELF, ULF y VLF
• Uso muy limitado, debido a antenas muy grandes y las características
de propagación pobres.
• Ancho de banda bajo que resulta en muy bajas velocidades de datos.
• Comunicaciones de telegrafía submarina.
• Ruido atmosférico alto.
26

Banda LF (30-300 KHz)
• Ondas de superficie en las comunicaciones de corta distancia.
• Guía de ondas terrestres para comunicaciones de larga distancia.
• Señales de radiodifusión.
• Ayuda a la radionavegación.
• Alto ruido atmosférico y el ancho de banda limitado.
27

Banda MF (300 - 3000 KHz)
• Ondas de superficie en las comunicaciones de corta distancia.
• Saltos de tierra basados en la ionosfera o comunicaciones de larga
distancia, especialmente en períodos nocturnos.
• Servicio de Radio comunicación en banda LW (onda larga).
• Servicios de radio navegación y marítima móvil.
28

Banda HF (3 - 30 MHz)
• Saltos ionosféricos de larga distancia.
• Servicio de Radio comunicación en banda SW (onda corta).
• Comunicaciones móviles aeronáuticas y marítimas
29

Banda VHF (30 - 300 MHz)
• Comunicación línea de vista (LOS) mediante ondas de reflexión.
• Comunicaciones de corta o media distancia utilizando pequeñas
antenas.
• Recepción de larga distancia debido a los efectos del conducto.
• Radiodifusión de audio y vídeo.
• Radiocomunicaciones aeronáuticas y marítimas.
• Servicios de navegación por radar y radio.
• Sistemas de satélites LEO.
30

Banda UHF (300 - 3000 MHz)
• Radiocomunicaciones LOS.
• TV broadcasting.
• Los servicios de radiocomunicaciones móviles celulares para
aplicaciones públicas.
• Redes de radiocomunicaciones móviles privadas.
• Comunicaciones móvil satelital, GPS y astronomía.
• Servicios de acceso P-P, P-MP, y los de radio fijos.
• Servicios de navegación por radar y radio.
• Bucles locales inalámbricos (WL) y WiMAX.
31

Banda SHF (3 - 30 GHz)
• Sistemas de microondas LOS.
• Redes de satélites fijos y móviles.
• Sistemas de radar y aplicaciones militares.
• Servicios de acceso P-P, P-MP, y los de radio fijos.
• Radiodifusión de televisión por satélite,.
• Teledetección de los satélites.
32

Banda EHF (30 - 300 GHz)
• Sistemas de microondas de alta frecuencia.
• Acceso inalámbrico de banda ancha fija.
• Aplicaciones de la plataforma de satélite futuro y de gran altitud.
33

Bandas micrométricas y nanométricas
• Espacio de radiocomunicaciones.
• Comunicaciones por satélite especiales.
• Láser e infrarrojos de radiocomunicaciones.
• Las redes de cable de fibra óptica.
34

5. ATRIBUCIÓN DE FRECUENCIAS
35

Atribución de frecuencias
La banda de frecuencias de radio como un recurso natural limitado se
asignará a una variedad de servicios de radio, dicha asignación de la
banda de frecuencia deberá estudiarse con cuidado y coordinarse en
todo el mundo. Consideraciones importantes son:
• Distribución geográfica
• Tipos de servicios de radio
• El volumen de tráfico de comunicaciones
• Las limitaciones técnicas
• Características de propagación de las ondas de radio
36

Registro de Frecuencias
El registro de frecuencia deberá ser realizado por cada administración
competente y autorizado para todas las frecuencias asignadas dentro
de cada país. Esto se hará para la protección de las frecuencias
asignadas y así evitar las interferencias.
Además, sobre la base de todo el mundo los aspectos principales de las
frecuencias asignadas en los servicios seleccionados deberán estar
registrados en la Junta Internacional de Registro de frecuencia (ARB)
para la coordinación global.
37

Regiones de la UIT para la asignación de frecuencias
Una carta ha sido preparada por la UIT para la clasificación regional de
la tierra. Como se muestra en la Fig. 3, toda la tierra se divide por tres
líneas A, B, y C en tres regiones nombradas región 1, 2 y 3. Cada país se
encuentra en una de las regiones.
38

39
Fig. 3 - Gráfica para la asignación de frecuencias por regiones de la UIT

6. CAPAS DE LA ATMÓSFERA
40

Capas de la atmósfera
41
La atmósfera de la Tierra se compone de diferentes gases, vapores,
meteoros, hidrometeoros, y partículas de polvo. Algunos componentes
son permanentes y fijos, pero algunos otros son temporales y variables.
Los componentes permanentes de la atmósfera bajo la influencia del
Sol y otras estrellas forman diferentes capas con características
particulares. Las principales capas de la atmósfera de la Tierra tal como
se representa en la Fig. 4 son:
• Tropósfera
• Estratósfera
• Ionósfera
• Magnetósfera

La Ionosfera tiene tres sub-capas distintas llamadas D, E, y F, en el que
el último se divide en F1 y F2 subcapa en el periodo día.
La altura y la profundidad de cada capa principal se muestra en la Fig. 4
No obstante, hay que señalar que los valores se dan en diferentes
referencias.

43
Fig. 4 - Capas de la atmósfera de la Tierra

44
CAPA DE LA TROPÓSFERA
Esta capa se extiende desde la superficie terrestre hasta unos 20 km por
encima de ella e incluye fenómenos climáticos como la lluvia, la nieve,
nubes, niebla, el viento y la tormenta. Las ondas de radio pasan a través
de la atmósfera de la Tierra están sometidos a los siguientes efectos
principales:
• La absorción y atenuación
• Reflexión
• Refracción
• Los cambios de polarización
• Dispersión y difusión

45
CAPA DE LA ESTRATOSFERA
Esta capa está por encima de la troposfera y se extiende hasta unos
50 km sobre el nivel del mar (AMSL, above mean sea level). Las
características principales de esta capa son los siguientes:
• Contiene una gran parte de los gases atmosféricos
• Variaciones de temperatura baja por altura

46
CAPA DE LA IONOSFERA
Esta capa se encuentra por encima de la estratosfera. La Ionosfera tiene un gran
impacto en la propagación de ondas radioeléctricas y se compone de tres sub-capas
con nombre D, E, y F, con las siguientes características principales:
Sub-Capa D
1. Su altura alcanza hasta 70 kilómetros AMSL durante el día.
2. El contenido de electrones y la densidad está directamente relacionado con las
actividades de sol.
3. Su impacto en la propagación de ondas radioeléctricas durante el día es más eficaz
que el período nocturno, con un máximo al mediodía y al atardecer mínimo.
4. Su impacto durante el verano es más significativo que durante el invierno.
5. La absorción de energía de la sub-capa D es más significativo en las bajas
frecuencias HF

47
Sub-capa E
1. La sub-capa E se encuentra por encima de la sub-capa D con una
altitud de hasta 100 km/snm.
2. Es la capa más baja atmósfera capaz de refractar/reflejar las ondas de
radio
3. Su impacto en la propagación de las ondas de radio durante el día es
más que el periodo nocturno, con un máximo al mediodía y un
mínimo en la puesta del sol.
4. Su impacto durante el verano es mayor que durante el invierno.
5. Teniendo en cuenta la naturaleza de la refractividad de las ondas de
radio, estas pueden cubrir saltos de cerca de 2000 km en la banda de
MF / HF (Ver Fig. 5)

48
Fig. 5 - Saltos individuales de las capas D y E

49
Sub-capa F
1. Sub-capa F se encuentra por encima de la sub-capa E y se
extiende hasta 300 – 1000 km/snm.
2. Proporciona radiocomunicaciones de larga distancia de hasta
4000 km en la banda de HF en la noche por cada solo salto (ver
Fig. 5)
3. Durante el día se divide en capas F1 y F2, que se fusiona en una
sola capa durante la noche.
4. F1 actúa de manera similar a sub-capa E.
5. F2 tiene la mayor densidad de ionización atmosférica.

50
Capa de la magnetosfera
Esta capa está por encima de la ionosfera y se extiende hasta
150000 km por encima de la superficie de la tierra que actúa como
una capa protectora anti magnético para la Tierra.

7. DESIGNACIÓN DE EMISIONES
51

Designación de emisiones
De acuerdo con el Reglamento de Radiocomunicaciones de la UIT, las
emisiones serán clasificadas y simbolizadas en función a su anchura de
banda básica y su clase. Cualquier designación completa consta de
nueve símbolos cuya forma general es:
52

I. Anchura de banda necesaria
1. Anchura de banda necesaria se expresará mediante tres cifras y una
letra. La letra ocupará la posición de la coma decimal,
representando la unidad de la anchura de banda. Esta expresión no
podrá comenzar por cero ni por las letras H, K, M y G las cuales
denotan Hz, kHz, MHz y GHz, respectivamente.
2. La anchura de banda necesaria:
• entre 0,001 y 999 Hz se expresará en Hz (letra H);
• entre 1,00 y 999 kHz se expresará en kHz (letra K);
• entre 1,00 y 999 MHz se expresará en MHz (letra M);
• entre 1,00 y 999 GHz se expresará en GHz (letra G).
53

Ejemplos:
54
0.002 Hz = H002 6 kHz = 6K00 1.25 MHz = 1M25
0.1 Hz = H100 12.5 kHz = 12K5 2 MHz = 2M00
25.3 Hz = 25H3 180.4 kHz = 180K 10 MHz = 10M0
400 Hz = 400H 180.5 kHz = 181K 202 MHz = 202M
2.4 kHz = 2K40 180.7 kHz = 181K 5.65 GHz = 5G65

II. Clases
Las emisiones se clasificarán y simbolizarán de acuerdo con sus características
esenciales, y opcionalmente con cualquier característica adicional.
1. Características esenciales incluyendo tres caracteres X, D y Z
X: tipo de modulación de la portadora principal
D: la naturaleza de la señal (s) que modula la portadora principal
Z: tipo de información que debe transmitirse
2. Características opcionales que incluyen dos caracteres T y R:
T: Detalles de la señal (s)
R: Naturaleza de multiplexación
Para los detalles de X, D, Z, T y R ver:
Reglamento de Radiocomunicaciones, edición de 1998 (Vol. 2 - Apéndices)
55

Ejemplo. Explicar las características de una emisión de radio en el
servicio móvil marítimo designado por 16K0 F3E JN
16K0: ancho de banda de la señal es de 16 KHz.
F: modulación de portadora principal es FM.
3: señal de modulación es solo tipo canal analógico.
E: la información es el tipo de telefonía.
J: calidad de la señal es comercial.
N: no hay multiplexación.
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Bibliografía utilizada
➢José Hernando Rábanos. (2001). Transmisión por radio. Madrid:
Centro de estudios Ramón Areces.
➢Abdollah Ghasemi, Ali Abedi, Farshid Ghasemi. (2012). Propagation
Engineering in Wireless Communications. Springer.
➢UIT. (1994). Denominación de emisiones. En Reglamento de
radiocomunicaciones(212-216).
57

GRACIAS POR SU ATENCIÓN
58

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