operación de micrófonos inalámbricos y coordinacion de...

Gerente de Desarrollo de Mercado

Gabriel Benitez

Operación de micrófonos inalámbricos y coordinación

de radio frecuencias

Agenda Información básica sobre la radio frecuencia

  Propiedades de una onda de radio   Dentro de un sistema inalámbrico

1.  Cambios en el ruido de piso de RF   Fuentes de interferencia de RF   Compatibilidad   Coordinación de frecuencias

2.  Interferencia multivía   Antenas diversificadas y no diversificadas

3.  Ubicación correcta de antena   Tipo de antenas   Sistemas de antenas distribuidas

4.  Squelch   Tipos de circuitos squelch

5.  Baterías   Alcalinas vs recargables

Información básica sobre la radio frecuencia Propiedades de una onda de radio

Transmisión de la radio frecuencia

•  Ondas de radio: –  Variaciones de un campo

electro magnético en el espacio –  Pueden viajar por grandes

distancias desde su fuente

•  Señales de radio: –  Ondas de radio son

“moduladas” para llevar información

–  Pueden ser manipuladas en amplitud, frecuencia o fase

Eje y

Eje x

Dirección de propagación

Campo magnético

Campo eléctrico

Propiedades de la radio frecuencia

•  Velocidad: –  3x108 metros por segundo en el vacio, igual a la velocidad de la luz –  La velocidad es constante en un medio

•  Medio: –  Una onda de radio no requiere materia física para propagarse –  Una onda de radio se mueve más eficientemente en el vacio

•  Polarización: –  Componente eléctrico es perpendicular al componente magnético –  Una onda de radio es polarizada en el sentido de su componente

eléctrico –  Generalmente es paralelo al eje de la antena transmisora

104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 1019 1020 1021 1022 1023 1024

Luz visible

Ultra violeta

Rayos X

Rayos gama, rayos

cosmicos

LF M

F

HF

VHF U

HF SH

F EHF

VLF

Infraroja Televisión e

sistemas inalámbrico

s

Radar, micro-ondas

Frecuencia en Hz

Longitud de onda en metros

104 103 102 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 10-15 10-16

AM radi

o

FM radio

El espectro de radio

Tiempo

Am

plitu

d

Amplitud modulada (AM)

Am

plitu

d

Frecuencia modulada (FM)

Tiempo

f0 Frecuencia

Am

plitu

d

Espectro de FM: señal no modulada

(f0 + desviación) f0

(f0 - desviación)

Espectro de FM: señal modulada

Frecuencia

Am

plitu

d

C = 3 X 108 metros / segundo

L = 300 / F en metros, donde F = frecuencia en MHz

C = L x F C = velocidad de la luz, L = longitud de onda, F =

frecuencia

UHF

3.0 1.5 1.0 0.75 0.6 0.5 0.43 0.375 0.333 Metros

100 200 300 400 500 600 700 800 900 MHz VHF

Ecuación de una onda de radio

Propagación: Longitud de onda vs obstáculo

Longitud de onda

Longitud de onda > obstáculo:

LA ONDA SIGUE DE LARGO

Obstáculo de metal


Metal Obstacle Longitud de onda

Longitud de onda < obstáculo:

LA ONDA ES REFLEJADA

Obstáculo de metal

Longitud de onda > apertura:

LA ONDA ES REFLEJADA

Obstáculo de metal

Apertura


Longitud de onda


Longitud de onda

Longitud de onda < apertura:

LA ONDA PASA

Obstáculo de metal

Apertura

Información básica sobre la radio frecuencia

Adentro de un sistema inalámbrico

Procesamiento a la señal de audio

•  Reducción de ruido –  Pre-énfasis y de-énfasis

•  Mejoramiento al rango dinámico –  Sistemas de companding

•  Posible procesamiento análogo o digital

CODIFICAR TRANSMITIR RECIBIR DESCODIFICAR

RF

Audio Audio

Transmisor: controlado por cristal

Preamp Pre-énfasis Compresor Oscilador controlado por voltage

(VCO)

Multiplicadores RF Amp

AF RF

Cristal de cuarzo

Transmisor: síntesis de frecuencia

AF RF

Preamp Pre-énfasis Compresor VCO

sintetizado RF Amp

Divisor de frecuencia

Programable – controlador PLL

Frecuencia

Am

plitu

d

10 Hz 1 KHz 10 KHz 100 Hz 3 KHz 300 Hz 30 Hz 30 KHz

0dB

8dB

4dB

12dB

-4dB

20dB

24dB

16dB

Ecualización pre-énfasis

Frecuencia

Am

plitu

d

10 Hz 1 KHz 10 KHz 100 Hz 3 KHz 300 Hz 30 Hz 30 KHz

-20dB

-12dB

-16dB

-8dB

-24dB

0dB

+4dB

-4dB

Ecualización de-énfasis

Receptor: 100 dB rango

dinámico

Transmisor:100 dB rango

dinámico

Link de radio: 50 dB rango

dinámico

(Audio: ruido) (Audio: ruido)

-40 dB (Radio: ruido)

+10 dB (sobre modulado)

(Audio: clipping) (Audio: clipping)

+10 dB

+20 dB

-10 dB

0 dB

-20 dB

-30 dB

-50 dB

-60 dB

-40 dB

-70 dB

-80 dB

+10 dB

+20 dB

-10 dB

0 dB

-20 dB

-30 dB

-50 dB

-60 dB

-40 dB

-70 dB

-80 dB

Compander (2:1, relación fija)

•  Existen relaciones de compresión más alta •  Existen relaciones de compresión variables

Receptor: 100 dB rango

dinámico

Transmisor:100 dB rango

dinámico

Link de radio: 50 dB rango

dinámico

(Audio: ruido) (Audio: ruido)

-40 dB (Radio: ruido)

+10 dB (sobre modulado)

(Audio clipping) (Audio clipping)

+10 dB

+20 dB

-10 dB

0 dB

-20 dB

-30 dB

-50 dB

-60 dB

-40 dB

-70 dB

-80 dB

+10 dB

+20 dB

-10 dB

0 dB

-20 dB

-30 dB

-50 dB

-60 dB

-40 dB

-70 dB

-80 dB

Compander (relación variable)

•  Relación de compresión variable, umbral variable •  Relación de expansión variable, umbral variable

Audio Reference Companding •  No afecta las señales bajas de audio •  Relación de compresión varía con el nivel del audio •  Mejora la relación de señal / ruido y el rango dinámico

-40 -30 -20 -10 0 10 20

-40 -30 -20 -10 0 10 20 Entrada Compresor

Salida Compresor

-50

-50

-60

-60

Ruido de piso de RF

Audio Reference Companding •  Una señal de audio

inalámbrica suena casi idéntico a una señal de audio con cable

Beta 87A inalámbrico con companding 2:1

Beta 87A con cable

Beta 87A inalámbrico con Audio Reference Companding

Receptor: controlado por cristal

Receptor de una conversión

Front End Expansor De-énfasis Audio

Amp

RF IF AF (10.7 MHz typical)

Cristal Cuarzo

Filtro de frecuencia intermedia

(IF) IF

Amp

oscilador

local

Mixer FM

Desmodulador

Receptor: síntesis de frecuencia

IF Amp

Front End

Filtro de frecuencia intermedia

(IF) FM

Desmodulador Expansor De-énfasis Audio

Amp

Divisor de frecuencia

Programable – controlador PLL

oscilador

local

Receptor de una conversión

RF IF AF (10.7 MHz typical)

Mixer

60 MHz

Frecuencia seleccionada

Filtro Ancho de banda

efectivo ~ 20MHz

Front End: filtro Track Tuning

•  Tecnología de filtros de RF avanzada •  Filtro se mueve junto a la frecuencia seleccionada

maximizando la aislación de la señal al ruido

Front End: filtro Track Tuning

60 MHz

Frecuencia seleccionada

Filtro Ancho de banda

efectivo ~ 20MHz

•  Mejora la selectividad y recepción •  Complementa el uso de antenas y accesorios de banda

ancha •  Elimina las limitaciones de ancho de banda

1. Cambios en el ruido de piso de RF Identificar fuentes de interferencia

Fuentes de interferencia

•  Canales de televisión –  Transmisiones análogas –  Transmisiones digitales

•  Equipos digitales –  Pantallas LED –  Pantallas LCD –  Fuentes de luces (dimmers)

•  Sistemas inalámbricos –  Micrófonos inalámbricos –  Transmisores de monitoreo inalámbrico (in-ear monitors) –  Sistemas de intercomunicadores inalámbricos (intercom)

Video (imagen)

Croma (color)

Audio (sonido

)

Frecuencia

Am

plitu

d

6 MHz fv fa

3.58 MHz

fc

1.25 MHz .25 MHz

Espectro - canal de televisión análoga (NTSC)

Video (imagen)

Croma (color)

Audio (sonido

)

Frecuencia

Am

plitu

d

8 MHz fv fa

4.43 MHz

fc

1.25 MHz .25 MHz

Espectro - canal de televisión análoga (PAL)

Espectro - canal de televisión digital (DTV)

Frecuencia 6 MHz

Am

plitu

d

Evitar canales de televisión ocupados

•  Transmisoras de televisión –  Al aire libre 70-80 km –  Recinto cerrado 40-50 km

•  Existen diferentes canales en diferentes ciudades •  TV análoga y TV digital (DTV) presentan el mismo efecto:

–  Más cortes de señal de RF –  Rango reducido –  TV análoga y digital afecta la calidad de audio por igual

•  Televisión digital puede ser VHF o UHF

Espectro UHF: interferencias de canales de TV

•  ¡Evitar canales de televisión ocupados!

Fuentes de interferencia secundarias

•  Transmisiones de radio desconocidas –  Transmisores de monitoreo inalámbrico (in-ear monitors) –  Sistemas de intercomunicación inalámbrica –  Enlaces de micro ondas (STL - studio transmitter link) –  Celulares GSM (generalmente interfieren en audio) –  Bandas de seguridad pública (taxi, policía, etc.)

•  Equipos digitales –  Pantallas LCD y LED –  Procesadores digitales de audio (DSP) –  Reproductores de CD –  Computadoras –  Controladores de luces y dimmers

1. Cambios en el ruido de piso de RF Coordinación de frecuencias y compatibilidad

Interacción entre sistemas inalámbricos

•  Puntos primarios de compatibilidad: –  Una frecuencia por sistema inalámbrico –  Minimizar separación entre frecuencias (selectividad) –  Productos de intermodulación entre transmisores (IMD)

•  Puntos secundarios de compatibilidad: –  Armónicos de cristal (frecuencia fija) –  Receptor (oscilador local, frecuencia imagen, etc.)

Distancia mínima entre frecuencias

•  Cada sistema debe operar en una frecuencia individual •  La mínima separación entre frecuencias: 0.4 - 1.5 MHz •  La distancia mínima es una función de selectividad del

receptor

Frecuencia

Amplitud

Productos de intermodulación - transmisores

•  Causado por falta de linealidad en los circuitos •  Ocurre entre dos o más transmisores •  Generado en transmisores y o receptores •  Intensidad de productos de IMD

–  Proporcional al cuadrado de la potencia de transmisión –  Inversamente proporcional al cuadrado de la separación de la

transmisión

590 MHz 595

590 MHz 595

MHz

590 595 600 605 610 585 580 575

Circuito lineal

Circuito no lineal

Circuitos lineales vs. No lineales

•  Productos matemáticos de dos frecuencias

–  Segundo orden •  2 x f1 •  2 x f2 •  f1 + f2 •  f1 - f2

–  Tercer orden •  3 x f1 •  3 x f2 •  (2 x f1) + f2 •  (2 x f1) - f2 •  (2 x f2) + f1 •  (2 x f2) - f1

–  Cuarto orden •  (3 x f1) + f2 •  (3 x f1) - f2 •  (3 x f2) + f1 •  (3 x f2) - f1 •  (2 x f1) + (2 x f2) •  (2 x f1) - (2 x f2)

–  Quinto orden •  (3 x f1) + (2 x f2) •  (3 x f1) - (2 x f2) •  (3 x f2) + (2 x f1) •  (3 x f2) - (2 x f1)

–  Etc

Intermodulación

Intermodulación: 2 transmisores - 3er orden

190 195 200 185

590

590

595

595

585

(2 x 590)-595=585

600

(2 x 595)-590=600

IM1 = 2xf1 – f2 IM2 = 2xf2 – f1

? ?

4 frecuencias ocupadas

190 195 200 185

582

595+590-603=582 603+595-590=608

608

603-595+590=598

598 603

603

590

590

595

595

IM1 = f1+ f2 – f3 IM2 = f1 – f2 + f3 IM3 = f2+ f3 – f1

Intermodulación: 3 transmisores - 3er orden

? ? ?

3 frecuencias más ocupadas

582 608 598 603

603

590

590

595

595

600

585 611 616 577

590

Intermodulación: 2 & 3 transmisores - 3er orden

? ? ?

?

? ?

?

? ?

12 frecuencias ocupadas

Escaneo con transmisores apagados

Escaneo usando receptores UHF-R y 8 transmisores encendidos

8 transmisores encendidos

9 transmisores encendidos

•  Picos rojos representan transmisores •  Picos y portadoras blancas representan IMD •  Todas estas frecuencias son compatibles

Escaneo usando WINRADIO

•  Son generados por los circuitos multiplicadores en transmisores de cristal

•  No se producen en circuitos de frecuencia sintetizada

Armónicos de cristal

160 180 220 140 200 240 120

Transmisores de frecuencia sintetizada: no existen multiplicadores

– no existen armónicos

Transmisor controlado por cristal: x multiplicadores =

armónicos de cristal

f0+f0/x f0-f0/x f0+2f0/x f0-2f0/x

f0 f0

Armónicos de cristal

Sintonizado a: f1 (LO1=f1-IF)

Sintonizado a: f2 (LO2=f2-IF)

LO1

LO2

Si f2=LO1, el receptor 1 puede interferir con el receptor 2

Si f1=LO2, el receptor 2 puede interferir con el receptor 1

Receptor 1

Receptor 2

Interferencia del oscilador local

fLO=f0-IF f0

fimage=f0-2xIF

IF IF

Frecuencia de imagen de baja injección

fLO=f0+IF

f0

fimage=f0+2xIF

IF IF

Frecuencia de imagen de alta injección

Asegurando compatibilidad entre sistemas

•  Elegir un grupo compatible pre-seleccionado: –  Un “grupo” es compuesto por frecuencias programadas –  Un “canal” es una frecuencia dentro de ese grupo –  Todos los “canales” en un “grupo” son compatibles

-o- •  Calcular un grupo compatible de frecuencias:

–  Considerar distancia mínima entre frecuencias –  Considerar distancia entre frecuencias e IMD –  Debe ser calculado por programa de computadora – WWB o equivalente

Los 9 puntos de compatibilidad

1.  Una frecuencia diferente por transmisor 2.  Distancia mínima entre frecuencias = 400kHz* 3.  IMD de 2 transmisores de 3er orden 4.  IMD de 2 transmisores de 5to orden 5.  IMD de 3 transmisores de 3er orden 6.  IMD de 3 transmisores de 5to orden 7.  Interferencia del oscilador local 8.  Frecuencia de imagen 9.  Armónicos de cristal * - depende de la selectivdad del sistema

Grupos compatibles pre-seleccionados

No hay garantía de compatibilidad mezclando grupos diferentes

Grupo pre-seleccionado

Todos los canales de este grupo son compatibles

2. Interferencia multivía

Receptor Transmisor

Señal directa Señal indirecta (multivía)

Superficie reflectiva de metal (tamaño físico mayor a longitud de onda)

Interferencia multivía

Sistema no diversificado

Sistema diversificado

Interferencia multivía

Receptor

Switch de antena

Antena A Antena B

Diversificación de antenas predecibles

Comparador predecible

Sistemas de diversificación

Shure Predictive Diversity

Receptor 1

Antena A

Diversificación de antenas - conmutación de repectores

Conmutador Audio switch

Receptor 2

Antena B


True Diversity

Receptor 1

Antena A

Diversificación de antenas - combinación de repectores

Combinador de audio

Receptor 2

Antena B


Shure MARCAD - Maximum Ratio Combining Audio Diversity

3. Ubicación correcta de antenas

Variedades de antenas

•  1/4 de onda –  Debe estar perpendicular a un plano de tierra

•  1/2 de onda –  Telescópica o cable –  Para aplicaciones de montaje remoto

•  Direccional –  Yagi (banda corta) –  Log periodic (banda ancha) –  Helicoidal (banda ancha) –  Polarzación circular (banda corta) –  Excelente para incrementar distancia o para

ambientes cargado de RF

Log periodic (con amplificador) Helicoidal pasiva

Antenas direccionales

Ubicación de antenas

•  Posición para recibir el mejor ángulo de polarización

Antena no diversificada: vertical

Antenas diversificadas: 90° separación

90°


•  Distancias entre antenas –  Mínima: > ¼ de onda –  Mejor distancia: > 1 de onda completa

VHF: 37cm UHF: 7cm


•  Distancia mínima entre antena transmisora y antena receptora debe ser por lo menos 3 metros

> 3 metros


•  Las antenas deberían estar por encima de la audiencia y otros obstáculos

•  Aproveche la altura

> 2 m

120

Antena direccional activa

•  Permite recibir una señal de RF a una mayor distancia ( >100 m)

•  Amplificador interno (+3dB, +10dB) compensa por pérdidas que ocurren en cables largos

•  Generalmente requiere voltaje CC para operar

¿Ubicación de antenas?

Antenas montadas adentro del rack

¿Ubicación de antenas?

Distribución de antenas

•  Previene la interacción entre antenas receptoras ubicadas en proximidad –  Splitter pasivo divide un par de antenas a dos receptores

diversificados ~3dB de pérdida por división –  Splitter activo divide un par de antenas a 4-5 receptores

diversificados: sin pérdidas –  Se puede conectar múltiples distribuidores para alimentar una gran

cantidad de receptores

•  Más de 3 sistemas Distribuidor de antenas •  Receptores escondidos Antenas remotas •  Captar a larga distancia Antenas direccionales

Splitter pasivo “B”

(-3dB pérdida)

Splitter pasivo “A”

(-3dB pérdida)

Antena “A” Antena “B”

Distribución de antenas pasivas


Distribución de antenas activas – un nivel


Distribución de antenas activas – dos niveles

Antena “B”

Antena “A”

Distribución activa > 2 distribuidores

No se recomienda cascadear más de dos niveles de distribución

Distribuidor primario

Distribuidores secundarios

Combinadores de activos de antenas

Combinadores de activos de alta calidad

Combinadores de activos de baja calidad

Combinaciones correctas de antenas

Especificaciones de cables coaxiales

Pérdidas en cables coaxiales

•  Se debe usar cables coaxiales de 50 Ω •  Se recomienda <5 dB de pérdida a través de un cable •  Cables NO recomendados: RG59, RG6, RG11 (75 Ω)

Pérdida típica para cables de 50 Ohms

Pérdidas en cables coaxiales

•  UA802 – RG58 – 2 pies – 60cm •  UA806 – RG58 – 6 pies – 1.8m •  PA725 – RG58 – 10 pies – 3m •  UA825 – RG8X – 25 pies – 7m •  UA850 – RG8X – 50 pies – 15m •  UA8100 – RG213 – 100 pies – 30m

(Pérdida en cable >5 dB)


Amplificador “A”

Amplificador “B”

Amplificadores de antenas

Salón 2 Salón 1

Antena “A” Antena “A” Antena “B” Antena “B”

Combinador pasivo “B”

Combinador pasivo “A”

Distribución de antenas – múltiples salones


Salón A Salón B Salón C

Rack de equipos

“B” “A”

“A” “A” “A”

“B” “B” “B”

= UA830WB

= UA221


= se requiere fuente bias al usar más de dos amplificadores en línea

Salón A Salón B Salón C

“B” “A”

“A” “A” “A”

“B” “B” “B”

Fuente cc

= UA830WB

= UA221

Rack de equipos


= se requiere fuente bias al usar más de dos amplificadores en línea = UA221

Fuente CC

A B

B A

B A

Salón B

Salón D

Salón A

Salón C

B A

B A

= UA830WB

Rack de equipos

rack

A3

B2

A4

B3

B4

A2 B1 A1

UA830 UA830

UA830

UA830

UA830

UA830

UA830

UA830

UA221

UA220

UA221

UA220

UA220

UA220

Guide: UA802 = 2ft PA725 = 10ft UA825 = 25ft UA850 = 50ft UA8100 = 100ft


Component Loss @ 600MHz

UA220/221 -3.7 UA802 -0.318 PA725 -1.59 UA825 -2.475 UA850 -4.95 UA8100 -5.8

Run Boost Ant Gain Cable Loss

A1 -0.318 10 -4.95 -3.7 -0.318 -0.318 -3.7 -0.318 -3.622 -13.622 A2 -0.318 10 -4.95 -3.7 -0.318 -0.318 -3.7 -0.318 -3.622 -13.622 A3 -0.318 10 -2.475 -3.7 -5.8 -3.7 -0.318 0 -6.311 -16.311 A4 -0.318 10 -2.475 -3.7 -5.8 -3.7 -0.318 0 -6.311 -16.311

Ant Gain Cable Loss

Boost B1 -1.59 0 -3.7 -0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 -5.59 -5.59 B2 -0.318 10 -5.8 -3.7 -0.318 -3.7 0 -0.318 0 0 0 0 -4.154 -14.154 B3 -0.318 10 -2.475 -3.7 -0.318 -0.318 10 -5.8 -3.7 -0.318 -3.7 -0.318 -0.965 -21.283 B4 -0.318 10 -2.475 -3.7 -0.318 -0.318 10 -5.8 -3.7 -0.318 -3.7 -0.318 -0.965 -21.283


Distribución de antenas – áreas grandes

B

Sugerencias para usar antenas remotas

•  Usar antenas de ½ onda o antenas direccionales •  Ubicarlas para obtener línea de vista •  Separar antenas para mantener diversificación •  Máxima pérdida recomendable = 5dB •  Máxima ganáncia recomendable = 5dB •  La pérdida a veces ayuda a reducir el ruido de piso •  La sobreamplificación solo funciona en ambientes con poco

ruido de piso

4. Squelch

Circuitos de squelch

•  SQUELCH de amplitud - depende de la intensidad de la señal de RF

•  SQUELCH – Noise Sensitive (sensible a ruido) - analiza la calidad de audio, busca ruido en frecuencias altas; característico de una señal de RF

• SQUELCH – Tone Key (llave de tono) - tono super audible se envia con la portadora, la salida del receptor no se habilita sin el tono presente

LED A-B indica estado del squelch

Ajusta umbral de amplitud

Audio Level

Frequency

RF Noise

Squelch Threshold

Audio Level

Frequency

RF Noise

Squelch Threshold

Audio Level

Frequency

Squelch Threshold

32 KHz Tone

Circuitos de squelch •  Squelch de amplitud

–  Depende de la intensidad de la portadora •  Noise squelch

–  Analiza la calidad de la señal de audio – busca ruido carácterístico en el audio carácterístico en interferencias de RF

•  Tone Key squelch –  Tono super audible es enviado junto con la portadora – receptor no habilita salida sin

la presencia del tono

5. Baterías

Baterías recargables

•  UR1 operando con Duracell AA NiMH 2400mAh


•  UR1 operando con Energizer AA NiMH 2500mAh


•  Baterías 9V

Temas sobre baterías

•  Nuevas químicas –  Lithium Ion (Li-ion) –  Nickel Metal Hydrid recargables de más capacidad (Ni-MH)

•  Tamaño “AA” es el más popular y más económico –  Circuitos requieren convertidores de CC –  Exigen circuitos más eficientes

•  Tamaño “AAA” es el más compacto –  Aún no alcanza la tecnología química de baterías AA

Herramientas online www.shure.com

www.shure.com/frequency

1.  Establecer la relación señal a ruido de RF   Evitar fuentes primarias y secundarias de interferencia   Coordinar y compatibilizar frecuencias

2.  Reducir interferencia multi-vía   Mantener la diversificación entre antenas receptoras   Usar antenas helicoidales para recibir y o transmitir

3.  Ubicar antenas correctamente   Respetar distancias mínimas   Usar distribuidor de antenas cuando es necesario

4.  Squelch   Evitar el uso de squelch excepto en casos especiales

5.  Baterías   Preferible usar alcalinas o litio   Usar baterías recargables cuando es aplicable   Siempre usar baterías nuevas o recién cargadas

Conclusión

¿Preguntas?

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