Conceptos Fundamentales de Radiocomunicaciones y Sistemas de TV
1. Explica en qué consiste la radiación electromagnética.
Es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio, transportando energía de un lugar a otro. A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío.
2. ¿Qué es el espectro electromagnético?
Es el conjunto de longitudes de onda de todas las radiaciones electromagnéticas. Incluye:
- Los rayos gamma
- Los rayos X
- La radiación ultravioleta (UV)
- La luz visible
- La radiación infrarroja (IR) —también conocida como radiación térmica—
- Las microondas
- Las ondas de radio
3. ¿Qué es la luz visible?
También conocido como espectro visible, es la parte del espectro electromagnético que los ojos humanos son capaces de detectar. Cubre todos los colores, desde el azul a 400 nm hasta el rojo a 700 nm. La luz azul contiene más energía que la roja.
4. ¿Qué se desprende de las Ecuaciones de Maxwell?
Se desprende que un campo eléctrico variable en el tiempo genera un campo magnético y, recíprocamente, la variación temporal del campo magnético genera un campo eléctrico.
5. ¿Qué son las ondas electromagnéticas?
Es la forma de representar la propagación de la radiación electromagnética a través del espacio.
6. ¿Qué es la longitud de onda de una señal? Relación con c y f.
Longitud de onda: Es el espacio que recorre la onda en cada uno de los ciclos de la señal.
Observamos que los conceptos de frecuencia y longitud de onda resultan inversamente proporcionales. También existe una relación inversa entre frecuencia y periodo, puesto que a mayor número de ciclos por segundo (frecuencia), menos tiempo tardará la onda en completar cada uno de estos ciclos.
7. ¿Qué es un diagrama de radiación?
Es un diagrama polar que representa la intensidad relativa de la señal electromagnética en función del azimut alrededor de la antena.
8. El espectro radioeléctrico.
Se refiere a la porción del espectro electromagnético en el cual las ondas electromagnéticas pueden generarse alimentando una antena con corriente alterna.
9. Características de la propagación de las ondas electromagnéticas
- La velocidad de una onda electromagnética es constante mientras no cambie de medio de propagación.
- La velocidad de una onda electromagnética en el vacío es siempre c = 299.792.458 m/s.
- Las ondas electromagnéticas tienden a reflejarse en objetos de tamaño similar a su longitud de onda (l).
- Las ondas electromagnéticas se propagan en línea recta mientras no sufran influencias externas ni cambien de medio de propagación.
10. Según su forma predominante de propagación, ¿las ondas electromagnéticas pueden ser?
- Ondas de tierra.
- Ondas ionosféricas.
- Ondas de línea vista.
11. Define la modulación.
Definimos entonces la modulación como el proceso de alterar las características de una onda (llamada portadora o carrier) para que transporte información.
12. Indica las señales que intervienen en una modulación.
En todo proceso de modulación intervienen tres señales:
- Señal moduladora o señal de información.
- Señal portadora, sobre la que se lleva la información de la señal moduladora.
- Señal modulada, que es la señal resultante del proceso de modulación.
13. ¿Cuál es el ancho de banda del espectro de radiofrecuencia (Bw) resultante de una modulación AM?
El ancho de banda del espectro de radiofrecuencia (Bw) resultante de una modulación AM es el doble del ancho de banda de la señal original (B): Bw = 2B = 2fmáx.
14. ¿En qué consiste la modulación de banda lateral vestigial?
Es la alternativa a la modulación en banda lateral única. Se utiliza la modulación de banda lateral vestigial, también denominada residual, donde no se elimina completamente una de las bandas, transmitiéndose parte de ella.
15. ¿Cuál es el ancho de banda necesario (Bw) para la transmisión de la señal en FM?
El ancho de banda resultante de una modulación en FM (Bw) se puede aproximar como: Bw = 2(fD + B) donde fD es la desviación de frecuencia y B el ancho de banda de la señal moduladora original.
16. ¿Cuál es el ancho de banda necesario (Bw) para la transmisión de la señal en FM si el ancho de banda de la señal de audio monofónico que se transmite en radio FM comercial es de 15 kHz, si se utiliza una desviación de frecuencia de 75 kHz?
El ancho de banda necesario (Bw) para la transmisión de la señal en FM es de aproximadamente 180 kHz:
Bw = 2(fD + B) = 2 * (75 kHz + 15 kHz) = 180 kHz
17. ¿Cuáles son las siglas de las modulaciones digitales básicas (amplitud, frecuencia y fase)?
- Modulación de amplitud (ASK).
- Modulación de frecuencia (FSK).
- Modulación de fase (PSK).
18. ¿Qué es la modulación QPSK?
La modulación QPSK utiliza dos portadoras que están en cuadratura, es decir, dos portadoras que tienen la misma frecuencia pero están desfasadas 90°. El número de símbolos diferentes del código utilizado es de 4, ya que se utilizan dos bits por símbolo (22).
19. ¿Qué es la modulación QAM?
La modulación QAM es una modulación combinada de amplitud y fase.
20. En una modulación QAM-64, ¿cuántos bits se agrupan en cada símbolo para su modulación?
QAM-64: 6 bits por símbolo.
21. Diferencias entre una modulación QPSK y una QAM-4.
Del análisis de la constelación de una modulación QAM-4 y una modulación QPSK se concluye que ambas son idénticas. En efecto, la información de estas dos modulaciones se encuentra en la fase de la señal transmitida.
22. ¿Qué es la modulación COFDM?
El principio básico de la modulación COFDM 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.
23. ¿Qué es el intervalo de guarda en una modulación COFDM y cuál es su función?
Es la introducción de un tiempo entre cada dos símbolos COFDM consecutivos. Durante el intervalo de guarda, la señal no es evaluada por el receptor.
24. Indica las modulaciones utilizadas (y en qué, luminancia, sonido,…) dentro del medio televisivo (analógico y digital).
Analógicas:
- Modulación en banda lateral vestigial (BLV). Se utiliza para modular la información de imagen (luminancia).
- Modulación en doble banda lateral (DBL). Se utiliza para transmitir la señal de color (crominancia).
- Modulación en frecuencia (FM). Se utiliza para transmitir el sonido convencional en los sistemas de televisión analógicos, así como para la portadora de audio añadida en el sistema estéreo dual ZWEITON.
Digitales:
- Modulación por desplazamiento de fase (PSK). Este método de modulación se emplea para señales moduladoras digitales.
- La modulación QAM. La modulación en fase se realiza de forma similar a una modulación QPSK, utilizando dos portadoras en cuadratura que modulan los datos de entrada (DVB-C).
- DVB-T establece para los sistemas de transmisión terrestre una técnica de modulación que se denomina COFDM.
- En la modulación COFDM se modulan los datos con un gran número de portadoras, a baja velocidad, empleando técnicas de multiplexación en frecuencia (FDM).
25. ¿Qué indica C/N?
Establece la relación entre el nivel de señal de la portadora (señal modulada) y el nivel de ruido en un punto del sistema, definida como la relación entre la potencia de la señal útil recibida sin demodular (Si) y la potencia de ruido (Ni): C/N = Si / Ni o bien, expresado en dB: C/N = 10 log (Si / Ni) = Si (dB) – Ni (dB).
26. ¿Qué indica el BER?
BER. Permite definir la calidad de la señal digital. Cuantifica el número de errores de bit de una trama. Por ejemplo, un BER de 1 × 10-10 indica que se produce un error en un bit cada 1010 bits. Cuantifica el número de errores de bit de una trama.
27. Características del ojo humano que determinan las propiedades de los sistemas de transmisión utilizados en TV.
- Sensibilidad relativa.
- Integración de un espectro policromático.
- Resolución espacial.
- Persistencia.
28. ¿En qué consiste la obtención de colores denominada mezcla por yuxtaposición utilizada en TVC?
Consiste en aproximar puntos de colores diferentes, de forma que el ojo humano a cierta distancia los confunde, causando la sensación de un nuevo color no presente en la imagen.
29. Importancia del ancho de banda de un canal de TV.
La importancia de disminuir el ancho de banda durante la transmisión de la señal de TV radica en que, cuanto menor sea este, mayor es el número de canales que pueden ser asignados en la banda de TV comercial.
30. ¿Cuál es el ancho de banda utilizado en UHF (TDT) para un canal de TV?
El ancho de banda total para un canal de TV es de 7 MHz (VHF) u 8 MHz (UHF; TDT), dependiendo de las bandas.
31. Indica las ventajas de la tecnología digital.
- Se permite la utilización del mismo sistema de recepción de la televisión analógica.
- Permite la recepción portátil y en movimiento.
- Se pueden emplear redes de frecuencia única para todo el territorio.
- Requiere menor potencia de transmisión.
- Se incrementa el número de programas por canal con respecto a la televisión analógica.
- Mejora de la calidad de la imagen y del sonido como consecuencia de la robustez de la señal digital frente al ruido, las interferencias y la propagación (intervalo de guarda).
- Permite el aumento de la relación de aspecto. El formato convencional es de 4:3, mientras que con la televisión digital se permite el formato panorámico de 16:9.
- Se puede ofrecer un sonido multicanal, con calidad de disco compacto. Además, la multiplicidad de canales de audio puede emplearse para transmitir diferentes idiomas con el mismo programa de video.
- Permite el desarrollo de los servicios de pago.
32. ¿De dónde vienen las siglas DVB-S, DVB-T y DVB-C?
- DVB-Satélite (DVB-S).
- DVB-Terrestre (DVB-T).
- DVB-Cable (DVB-C).
33. ¿A qué servicios de radiodifusión corresponden las siguientes frecuencias asignadas por el CNAF?
- Banda de frecuencias 87,5-108 MHz (FM) (40-70 dBμV)
- Banda de frecuencias 195-223 MHz (DAB) (30-70 dBμV)
- Banda de frecuencias 470-606 MHz (UHF-IV) (47-70 dBμV)
- Banda de frecuencias 606-862 MHz (UHF-V) (47-70 dBμV)
- Banda de frecuencias 950-2150 MHz (FI) satélite (47-77 dBμV)
Banda de frecuencias 10,7-12,75 GHz. Servicio de radiodifusión satélite, tanto de TV como de radio.
34. Indica la relación entre dBmV y dBw.
La relación entre dBw, dBm y dBmV es:
- dBm = dBw + 30 dB
- dBmV = dBm + 108,8 dB
- dBmV = dBw + 138,8 dB
35. Definición de antena receptora.
Podemos definir la antena receptora como el elemento que convierte energía electromagnética en energía eléctrica.
36. En el siguiente diagrama de radiación indica:
- La apertura de haz.
- Relación delante-atrás.
- Ganancia a 45° y 90°.
El ancho de haz es de aproximadamente 40°, ya que en la dirección de 20° la atenuación es de 3 dB: L(20°) = 3 dB. El ancho de haz, por lo tanto, será el doble (40°).
La relación delante/atrás es mayor de 20 dB, ya que la atenuación del lóbulo secundario trasero es de 20 dB: L(180°) = 20 dB.
La dirección de 90° coincide con un nulo de radiación, por lo que cualquier señal que provenga de esa dirección será atenuada completamente.
La ganancia para una dirección de 45° es de -10 dB, ya que en esa dirección la atenuación respecto del máximo es de aproximadamente 21 dB: G(45°) = D – L(45°) = 11 dB – 21 dB = -10 dB.
37. ¿De qué depende el ancho de banda de un dipolo simple?
El ancho de banda depende de la relación entre la longitud del dipolo y el diámetro de la varilla utilizada.
38. ¿Cuál es la impedancia de un dipolo simple?
Su impedancia característica es de 75 ohmios.
39. ¿Cuál es la impedancia de un dipolo plegado?
La impedancia se ve incrementada hasta 300 ohmios.
40. ¿Cómo se llama el adaptador de impedancias de una antena (Yagi, 300Ω → cable, 75Ω)?
Para adaptar impedancias se utiliza un elemento llamado Balun o adaptador de antena.
41. ¿Qué tipo de antena, empleando varios dipolos, no emplea directores?
Antenas de dipolos enfasados.
42. El ruido de entrada de un sistema de distribución de la señal de TV digital, Ni, es:
Señal de TV digital: Ni = 4 dBmV.
43. ¿En qué partes se pueden dividir las instalaciones de antena colectiva?
Las instalaciones de antena colectiva se pueden dividir en tres partes:
- Sistema captador de señales
- Equipo de cabecera.
- Sistema de distribución.
44. ¿A qué llamamos “momento flector”, hablando de antenas?
Momento flector, M: fuerza que actúa sobre el extremo superior del anclaje del mástil, debido a la Q (carga del viento) de todas las antenas. M ≤ 1.619 Nxm. El momento flector es el momento en el extremo superior del empotramiento o anclaje del mástil, debido a las fuerzas de todas las antenas y del propio mástil a causa de la acción del viento.
45. ¿Qué es un amplificador de línea?
Se utilizan en las redes de distribución de gran tamaño cuando es necesario restituir el nivel de señal en los puntos alejados, debido a que la atenuación de la señal es considerable. Permiten el control de pendiente de la ganancia, con lo que es posible compensar las pérdidas de la línea de distribución, que dependen de la frecuencia. También incluyen una fuente de alimentación para red alterna.
46. ¿Cuáles son los parámetros típicos que definen a los amplificadores?
- Ganancia: relación entre el nivel entrante y saliente. Se expresa en dB.
- Margen de regulación.
- Figura de ruido: distorsión que añade en dB.
- Tensión máxima de salida: máxima tensión que puede entregar el amplificador sin distorsión.
47. ¿En qué consiste la técnica Z?
La técnica Z consiste en la autoseparación a la entrada y automezcla a la salida.
48. ¿Cuántos dB se deben reducir sobre la tensión máxima de salida en un amplificador si en vez de un solo canal debe amplificar n canales? (Normativa EN50083-3).
10 log n. (Para un número de canales n).
49. ¿Cuál es la función de un transmodulador?
Un transmodulador permite distribuir los canales de televisión digital en las instalaciones existentes, y también en las de nueva creación, utilizando una modulación diferente a la original.
50. ¿Cuáles son las principales características que definen a los derivadores?
Número de salidas de derivación: valores típicos son dos y cuatro salidas.
- Atenuación de derivación: indica la atenuación que sufre la señal a su paso por él, cuando se dirige a una toma de usuario. Valores típicos de pérdidas son los de 15 a 30 dB.
- Atenuación de paso: atenuación que sufre la señal de la línea de distribución principal cuando atraviesa un derivador. Valores típicos son los de 0,5 dB a 4 dB.
- Aislamiento o rechazo entre salidas: indica la capacidad de rechazo de una interferencia producida en una de las salidas sobre las demás. Un valor típico de aislamiento es de 25 dB.
51. Tipos de conectores del cable coaxial con los elementos que forman una instalación de distribución de la señal de televisión.
Si se requiere una conexión fija, se puede realizar la fijación directa mediante tornillos. Este es el caso, por ejemplo, de la unión de la antena con el cable coaxial de bajada. Cuando la conexión no es fija se pueden utilizar conectores que facilitan la conexión y desconexión con los demás elementos. Los principales conectores que se utilizan son: Conector CEI, Conector F, Conectores F para “crimpar”, Conectores F de montaje rápido y Conector BNC.
52. ¿Cuál es el parámetro que proporciona el fabricante de un amplificador para evaluar el fenómeno de la intermodulación?
Es el nivel máximo de salida del amplificador (So MAX).
53. En la utilización del medidor de campo para el espectro, ¿a qué se llama SPAN?
El margen de frecuencias de barrido (margen de frecuencias representado en la pantalla) se denomina factor de expansión (SPAN) y se selecciona por el usuario.
54. En la siguiente imagen, indica cuál es la C/N tanto para el canal analógico como para el digital.
Canal analógico: 68 – 15 = 53 dB; Canal digital: 45 – 15 = 30 dB.
55. ¿Qué significan las siglas QEF que aparecen bajo la barra de la medida del BER después de Viterbi, en el medidor de campo? ¿A qué tasa de error corresponde?
***Quasi-Error-Free*** (casi libre de errores) y corresponde a una tasa de error después de Viterbi de 2,0 × 10-4 BER (es decir, 2 bits erróneos cada 10.000).
56. ¿Qué es el PIRE?
PIRE (Potencia Isotrópica Radiada Efectiva) y se mide en dBw. El PIRE es el producto de la potencia radiada (PT) por la ganancia de la antena del satélite (GT). PIRE = PT × GT.
57. El módulo de comunicaciones de un satélite está formado básicamente por los transpondedores. ¿Qué son los transpondedores?
Los transpondedores son los elementos de comunicaciones que se encargan de convertir la señal de un canal recibido de la banda de frecuencias de 14 GHz (enlace ascendente) a la banda de 12 GHz (enlace descendente) para enviarlos, previa amplificación, de vuelta a la Tierra.
58. ¿Cuál es el margen de frecuencias que utiliza la banda Ku en su enlace descendente?
Entre 10,7 y 12,75 GHz.
59. ¿De qué depende la ganancia de la antena parabólica?
La ganancia de la antena depende fundamentalmente de la superficie del reflector (A), del rendimiento de la antena (h) y de la longitud de onda de la señal recibida (l).
60. Diferencias entre antenas parabólicas de foco primario y antena offset.
En la antena offset el alimentador no presenta sombras, al quedar por debajo de la zona de visión el punto focal de la antena original. Esto supone que, al eliminar las zonas de sombra, el rendimiento se sitúa en torno al 80 %, incluso para antenas de pequeño tamaño. Por ello, la ganancia de la antena aumenta casi la mitad si la comparamos con una antena de foco primario, lo que justifica su alto grado de implantación. El único inconveniente es que, a diferencia de las antenas anteriores, la dirección en la que apunta la antena no es tan evidente, habiéndose desplazado hacia abajo respecto del eje aparente de la antena.
61. ¿Por qué no es posible distribuir toda la banda de la señal satélite en FI?
No es posible distribuir toda la banda de la señal satélite en FI, ya que el ancho de banda disponible es prácticamente la mitad.
62. ¿Qué elemento es el encargado de proporcionar la banda y/o polaridad deseada en una instalación satélite?
El LNB o la unidad externa.
63. ¿Qué es un LNB universal?
Si el LNB es conmutable y tiene una única salida, se le denomina LNB universal, ya que permite a un usuario la selección de la banda y la polaridad del satélite.
64. Además del tipo de LNB, que define el número de polaridades que puede captar y las salidas que distribuye, ¿qué otras características importantes definen un LNB?
Además del tipo de LNB, que define el número de polaridades que puede captar y las salidas que distribuye, hay otras características importantes que definen un LNB. Las más importantes son:
- Ganancia (GLNB): capacidad para amplificar la señal presente a la entrada. Un valor típico de ganancia es de 55 dB.
- Figura de ruido (FLNB): cantidad de ruido que el LNB añade a la instalación. Los valores típicos están en torno a 1 dB, pero es común encontrar LNB de muy bajo ruido (FLNB = 0,3-0,6 dB).
- Alimentación: los LNB son componentes activos que deben alimentarse. En los LNB conmutables la tensión de alimentación, además, permite la selección de la polaridad.
65. ¿Qué es una antena isotrópica?
Es una fuente puntual de ondas electromagnéticas que emite con igual intensidad en todas las direcciones.
66. Para una comunicación satélite típica de la banda Ku, ¿LMEDIO está comprendido aproximadamente entre?
Para una comunicación satélite típica de la banda Ku, LMEDIO está comprendido aproximadamente entre 205 dB y 206 dB para el enlace descendente. Podemos considerar este valor constante y de valor aproximado 205,5 dB sin cometer un error excesivo.
67. ¿A qué llamamos densidad de flujo de potencia, DFP?
Será la PIRE dividida por la superficie que presenta una esfera cuyo radio será la distancia desde el satélite hasta el punto considerado. Además se aplica el factor FC, que representa las pérdidas adicionales en el enlace.
DFP = PIRE / (4πd2FC)
68. Indica qué son los términos de esta fórmula: Ne (dB) = 10 log(K × Te × Bw).
- K: constante de Boltzmann = 1,38 × 10-23 J/°K.
- Te: temperatura en grados Kelvin del conversor más antena = Tantena + Tconversor.
- Bw: ancho de banda en Hz del filtro de FI del receptor (36 MHz, para un canal digital).
- Tantena: esta temperatura depende del diagrama de radiación de la antena y de su orientación. Se puede considerar este valor constante y de aproximadamente 70 °K para la banda Ku.
69. ¿Cuáles son los diferentes sistemas de distribución de la señal satélite que se pueden utilizar en una instalación colectiva?
- Sistema de distribución en FI.
- Sistema de distribución por procesado de canales (FI-FI).
- Transmodulación de canales digitales.
- Distribución mixta.
70. ¿Qué hay que hacer para evitar la distorsión de la señal de salida debido a los efectos de intermodulación de los canales cuando empleamos amplificadores FI?
Es necesario reducir el nivel máximo de salida especificado por el fabricante para evitar la distorsión de la señal de salida debido a los efectos de intermodulación de los canales. La reducción que hay que aplicar al nivel de salida especificado por el fabricante es de aproximadamente 11 dB.
71. ¿Qué es un simulador de frecuencia intermedia?
Un simulador de frecuencia intermedia es un dispositivo que genera señales de radiofrecuencia de la banda de FI, de manera que es posible comprobar el buen funcionamiento de una instalación antes de tener operativas las antenas y el equipo de cabecera.
72. ¿De qué frecuencias son los tonos que genera un simulador de FI típico?
Un simulador de FI típico genera tres tonos de frecuencias típicas: 950 MHz, 1.550 MHz y 2.140 MHz, permitiendo comprobar el funcionamiento de la instalación.