radio micro ondas
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microTRANSCRIPT
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Comunicaciones en la
Banda de Microondas
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SUMARIO
1. Banda de Microondas, Parmetros ySub bandas de microondas.
2. Caractersticas de la microondas.
3. Diagrama de Bloques de un sistema demicroondas.
4. Repetidores de microondas.
5. Diversidad y Trayectoria.
6. Ecuaciones de Balance de Energa.
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LA BANDA DE MICROONDAS
La banda SHF (Super AltasFrecuencias), tiene su banda desde 3GHz a 30 GHz
BandaLongitud de
Onda Inferior
Longitud de
Onda Superior
SHF m10,010*3
10*39
8
m01,010*30
10*39
8
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LA BANDA DE MICROONDAS
De donde proviene el nombre deMICROONDAS?
ESTAN EN EL RANGO
DE 10 mm A 100 mm
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LAS SUB-BANDAS DE
MICROONDASBanda
GHz
Nombre Anterior
Nombre Actual
1 a 2 L D
2 A 3 S E
3 a 4 S F
4 a 6 C G
6 a 8 C H
8 a 10 X I
10 a 12,4 X J
12,4 a 18 Ku J
18 a 20 K J
20 a 26,5 K K
26,5 a 40 Ka K
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SUB-BANDAS DE MICROONDAS
DE USO MILITAR
Nombre de Banda
Banda de Frecuencias
P 225 a 390 MHz
L 390 a 1550 MHz
S 1,5 a 5,2 GHz
X 5,2 a 10,9 GHz
K 10,9 a 36 GHz
Q 36 a 46 GHz
V 46 a 56 GHz
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La banda SHF tiene comocaractersticas ms relevantes:
Haces muy directivos
Se requiere muy poca potencia de Tx
Se afectan mucho por la atmsfera
Las antenas utilizadas son parablicas
Poseen gran ancho de banda
CARACTERISTICAS DE LA
BANDA DE MICROONDAS
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DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE UN
SISTEMA RADIO DE MICROONDAS FM
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DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE RADIO
DE MICROONDAS FM
La banda base es la seal compuesta que modula la
portadora de FM y puede incluir uno o ms de los
siguientes:
a) Canales de banda de voz con multicanalizacin por
divisin de frecuencia: FDM.
b) Canales de banda de voz con multicanalizacin por
divisin de tiempo: TDM.
c) Telfono de imgenes o video compuesto con
calidad de radiodifusin.
d) Datos de banda ancha.
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LIMITACIONES QUE PRESENTA
LAS MICROONDAS DE FM
La distancia permisible entre TX y RX
depende de:
a) Potencia de salida del transmisor.
b) Umbral de ruido del receptor.
c) Terreno.
d) Condiciones atmosfricas.
e) Capacidad del sistema.
f) Objetivos de confiabilidad.
g) Expectativas de funcionamiento.
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REPETIDORES DE
RADIOMICROONDAS DE FM
Cuando la distancia entre Tx y Rx es tan grande
que no permite que la seal de RF sea de los
niveles adecuados para ser demodulada
eficientemente y no es posible incrementar los
niveles de potencia, se hace uso de los
repetidores, etapas de relevo de la seal
ubicados entre Tx y Rx originales
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REPETIDORES DE
RADIOMICROONDAS DE FM
Un repetidor de microondas es un receptor y un
transmisor colocados espalda con espalda o
en tndem con el sistema.
Tpicamente, la distancia est entre 15 y 40 millas
(24 y 64 Km)
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TIPOS DE REPETIDORES DE
MICROONDAS
Hay dos tipos de repetidores de
microondas:
a) Repetidores de banda base
b) Repetidores de IF
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REPETIDOR DE BANDA BASE
En este caso la portadora de RF recibida:
i) Se convierte a una frecuencia de IF
ii) Se amplifica
iii) Se filtra
iv) Se demodula a banda base
La seal de banda base es demodulada
permitiendo que ella (la seal de banda base) se
vuelva a configurar para cumplir con las
necesidades de ruteo de la red general de
comunicaciones.
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REPETIDOR DE BANDA BASE
Se recibe la seal de RF,se lleva a IF y sedemodula hasta bandabase. La banda base sepuede volver aconfigurar con otrasseales.
El repetidordemodula la RF abanda base, laamplifica y le danueva forma. Luegose modula laportadora de FM
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REPETIDOR DE IF
La portadora de RF recibida se convierte
en forma descendente a una frecuencia
de IF, se amplifica y, con nueva forma,
se convierte ascendentemente a una
frecuencia de RF, y luego se retransmite.
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DIVERSIDAD
Diversidad sugiere que hay ms deuna ruta de transmisin, o mtodo detrasmisin disponibles entre untransmisor y un receptor. En unsistema de microondas, el objetivode usar diversidad es aumentar laconfiabilidad del sistema,aumentando su disponibilidad.
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DIVERSIDAD
Confiabilidad
(%)
Tiempo de
interrupcion (%)
Tiempo de Interrupcin
Ao
(horas)
Por mes (horas) Da
(horas)
0 100 8760 720 24
50 50 4380 360 12
80 20 1752 144 4,8
90 10 876 72 2,4
95 5 438 36 1,2
98 2 175 14 29 min
99 1 88 7 14,4 min
99,9 0,1 8.8 43 min 1,44 min
99,99 0,01 53 min 4,3 min 8,6 seg
99,999 0,001 5,3 min 26 seg 0,86 seg
99,9999 0,0001 32 seg 2,6 seg 0,086 seg
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DIVERSIDAD
Si el sistema dispone de ms de una rutapara la seal de RF, podr seleccionar laque produzca la mxima calidad en laseal recibida.
La mxima calidad se determina evaluandola relacin de portadora a ruido (C/N) enla entrada del receptor, o tan solomidiendo la potencia de la portadorarecibida.
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DIVERSIDAD
Los tipos de diversidad que se utilizan son:
FrecuenciaEspacialPolarizacinHbridoCudruplo
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ARREGLOS DE
CONMUTACION
Para evitar la interrupcin del servicio
en un sistema de microondas por
desvanecimiento o fallas, se recurre a
los arreglos de conmutacin.
Esta es una ruta alternativa que puede
seguir la seal de IF desde el emisor
hasta el receptor.
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ARREGLOS DE
CONMUTACION
Arreglo: Reserva Continua
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Arreglo: Uso de Diversidad
ARREGLOS DE
CONMUTACION
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CARACTERSTICAS DE
TRAYECTORIA
LA TRAYECTORIA de un sistema de
radiocomunicaciones es el recorrido
que sigue la seal a travs del medio
de transmisin para llegar desde el
emisor hasta el receptor.
Este recorrido puede seguir varios
caminos diferentes y algunas veces
simultneos
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CARACTERSTICAS DE
TRAYECTORIA
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CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA
La trayectoria de espacio libre: es la
trayectoria de lnea de vista
directamente entre las antenas
transmisora y receptora.
La onda reflejada a tierra: es la porcin
de la seal transmisora que se refleja de
la superficie de la tierra y es capturada
por la antena receptora.
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CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA
La onda de superficie consiste de campos
elctricos y magnticos asociados con las
corrientes inducidas por la superficie de la
tierra, depende de las caractersticas de la
superficie de la tierra y de la polarizacin
electromagntica de la onda.
La suma de estas tres trayectorias anteriores
se llama la onda de tierra.
La onda de cielo es la porcin de la seal
transmisora que se regresa reflejada por las
capas ionizadas de la atmsfera de la tierra.
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CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA
Para el estudio en microondas,
son de inters solo las seales
de ondas directas y las
reflejadas.
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GANANCIA DEL SISTEMAa) La ganancia del sistema es la diferencia entre la
potencia nominal de salida de un transmisor y la
potencia mnima de entrada requerida por un receptor.
b) La ganancia del sistema debe ser mayor que o igual a
la suma de todas las ganancias y prdidas incurridas
por una seal, conforme se propaga de un transmisor a
un receptor.
La ganancia del sistema se utiliza para
predecir la confiabilidad de un sistema
para determinados parmetros del
sistema.
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GANANCIA DEL SISTEMA
Potencia Maxima de Salida del Transmisor
Potencia Minima de la Entrada del Receptor
Ganancia
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GANANCIA DEL SISTEMA
Matemticamente, la ganancia del sistema es:
donde:
Gs = ganancia del sistema (dB)
Pt = potencia de salida del transmisor (dBm)
Cmnima = potencia mnima de entrada del receptor para
un objetivo de calidad determinado (dBm)
minimaCPG ts
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GANANCIA DEL SISTEMA
En la ecuacin se debe cumplir:
Las ganancias estn dadas por:
At = ganancia de la antena transmisora (dB) relativa a un radiador isotrpico.
Ar = ganancia de la antena receptora (dB) relativa a un radiador isotrpico
Las Prdidas estn dadas por:
Lp = prdida de la trayectoria de espacio libre entre antenas (dB)
Lf = prdida del alimentador de guas de ondas (dB) entre la red de
distribucin (vase tabla I).
Lb = prdida total de acoplamiento o ramificacin (dB) en los circuladores,
filtros y red de distribucin entre la salida de un transmisor o la entrada de un
receptor y su alimentador de guas de ondas respectivo (vase tabla I).
Fm = margen de desvanecimiento para un determinado objetivo de
confiabilidad.
Ganancias Prdidasmnima CPt
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GANANCIA DEL SISTEMA
Matemticamente, la ganancia del sistema es:
en donde todos los valores estn expresados en dB o
dBm.
rtbfpmts AALLLFCPG mnima
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GANANCIA DEL SISTEMA
Nota:
Debido a que la ganancia del sistema indica una
prdida neta, las prdidas estn representadas
con valores dB positivos y las ganancias estn
representadas con valores dB negativos.
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TABLA 1: PARMETROS PARA LA GANANCIA
DEL SISTEMA
Frecuencia
(GHz)
Perdida del alimentador,
Lf
Perdida por
Ramificacin (dB) Ganancia de la antena,
At o ArDiversidad
TipoPerdida
(dB/100m)Frecuencia Espacio
Tamao
(m)
Ganancia
(dB)
1.8
Cable
coaxial
lleno de
aire
5.4 5 2
1.2 25.2
2.4 31.2
3.0 33.2
3.7 34.7
7.4
Gua de
onda
elptica
4.7 3 2
1.5 38.8
2.4 43.1
3.0 44.8
3.7 46.5
8.0
Gua de
ondas
elpticas
EWP 69
6.5 3 2
2.4 43.8
3.0 45.6
3.7 47.3
4.8 49.8
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REPRESENTACIN GANANCIAS Y
PRDIDAS DEL SISTEMA
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PRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO
LIBRE
La prdida de trayectoria de espacio
libre se define como la prdida
incurrida por una onda
electromagntica conforme se propaga
en una lnea recta a travs de un vaco
sin ninguna absorcin o reflexin de
energa de los objetos cercanos.
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PRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO
LIBRESe determina por la ecuacin:
2244
c
DfDLp
en donde:
Lp = prdida de trayectoria de espacio libre
D = distancia
f = frecuencia
= longitud de ondac = velocidad de la luz en el espacio libre
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PRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO
LIBREConvirtiendo a dB da
Cuando la frecuencia se da en MHz y la distancia en km,
Cuando la frecuencia se da en GHz y la distancia en km,
Dfcc
DfdBLp log20log20
4log20
4log20)(
)(log20)(log20
103
10104log20)(
8
36
kmDMHzfx
dBLp
)(log20)(log204.32)( kmDMHzfdBLp
)(log20)(log204.92)( kmDGHzfdBLp
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MARGEN DE DESVANECIMIENTO
El margen de desvanecimiento es un "factor de
acolchonamiento" incluido en la ecuacin de ganancia del
sistema que considera las caractersticas no ideales y menos
predecibles de la propagacin de ondas de radio, como la
propagacin de mltiples trayectorias (prdida de mltiples
trayectorias) y sensibilidad a superficie rocosa.
El margen de desvanecimiento tambin considera los objetivos
de confiabilidad del sistema.
Por lo tanto, se incluye como prdida el margen de
desvanecimiento en la ecuacin de ganancia del sistema.
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MARGEN DE DESVANECIMIENTO
en donde:
Fm = margen de desvanecimiento (dB)
D = distancia (km)
f = frecuencia (GHz)
R = confiabilidad expresada como decimal
1-R = objetivo de confiabilidad para una trayectoria de 400 km en un solo sentido o
direccin.
A = factor de rugosidad
= 4 sobre agua o en un terreno muy parejo
= 1 sobre un terreno normal
= 0.25 sobre un terreno montaoso muy disparejo
B = factor para convertir una prob. del peor mes a una prob. anual
= 1 para convertir una disponibilidad anual a una base para el peor mes.
= 0.5 para reas calientes y hmedas.
= 0.25 para reas normales tierra adentro.
= 0.125 para reas montaosas o muy secas
70)1log(10)6log(10log30 RABfDFm
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UMBRAL DEL RECEPTOR
Un parmetro muy importante cuando se evala el
rendimiento de un sistema de comunicaciones de
microondas es la portadora a ruido.
La potencia de la portadora de banda ancha mnima
en la entrada de un receptor que proporcionar una
salida de banda base que pueda utilizarse se llama
Umbral del Receptor o, a veces, Sensibilidad del
Receptor.
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UMBRAL DEL RECEPTOR
El umbral del receptor depende de la potencia de
ruido de banda ancha que est presente en la entrada
de un receptor, el ruido que se introduce en el
receptor, y la sensibilidad al ruido del detector de
banda base.
Antes de que se pueda calcular Cmnima, tiene que
determinarse la potencia del ruido de entrada.
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UMBRAL DEL RECEPTOR
La potencia del ruido de entrada se expresa
matemticamente como:
KTBN
en donde:
N = potencia de ruido (watts).
K = constante de Boltzmann ( 1.38 x 10-23 J/K).
T = temperatura de ruido equivalente del receptor (Kelvin)
(temperatura ambiente = 290 K).
B = ancho de banda de ruido (Hertz).
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UMBRAL DEL RECEPTOR
Expresado en dBm
BKTKTB
dBmN log10001.0
log10001.0
log10)(
El umbral del receptor es directamente proporcional al ancho
de banda y la temperatura.
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RELACIN PORTADORA A RUIDO
VERSUS RELACIN SEAL A RUIDO
Portadora a ruido (C/N) es la relacin de la "portadora" de
banda ancha a la potencia de ruido de banda ancha (el ancho
de banda de ruido del receptor).
El C/N se puede determinar a un punto de RF o de IF en el
receptor. Esencialmente, el C/N es una relacin seal-a-ruido
de predeteccin (antes de la demodulacin de FM).
La seal a ruido (S/N) es una relacin de posdeteccin
(despus de la demodulacin de FM). En un punto de banda
base del receptor, se puede separar un solo canal de banda de
voz del resto de la banda base y puede medirse
independientemente.
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FIGURA DE RUIDO: (NF)
En su forma ms sencilla, la figura de ruido (NF) es la relacin
seal-a-ruido de un dispositivo ideal, sin ruido dividido por la
relacin de S/N, en la salida de un amplificador o de un
receptor.
En un sentido ms prctico, la figura de ruido se define como
la relacin de S/N en la entrada de un dispositivo dividido por
la relacin de S/N a la salida.
Sistema oDispositivo
ENTRADAN
S SALIDAN
S
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FIGURA DE RUIDO: (NF)
Por lo tanto, la figura de ruido es una relacin de relaciones.
La figura de ruido de un dispositivo totalmente sin ruido es la
unidad o 0 dB.
La figura de ruido se puede determinar entonces por la
ecuacin:
Salida
Entrada
NSN
S
dBNF log10)(
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ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Existen dos tipos de estaciones de radiomicroondas de
FM:
Estaciones terminales: son puntos, dentro del sistema,
donde las seales de banda base se originan o
terminan.
Estaciones repetidoras: son puntos, dentro del
sistema, donde las seales de banda base se pueden
volver a configurar o donde las portadoras de RF
simplemente se "repiten" o se amplifican.
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ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Estacin terminal de radiomicroondas, banda base, enlace de
entrada de lnea de cable e IF de FM
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ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Estacin terminal de radiomicroondas transmisor y receptor.
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ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FM
Configuracin esquemtica de una Estacin repetidora de
radiomicroondas
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ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FMInterferencias entre estaciones repetidoras de
radiomicroondas.
En algunas ocasiones y segn la distribucin de las
estaciones repetidoras, es posible que se presenten
anomalas entre estaciones repetidoras que estn
alineadas o no, lo cual ocasiona perturbaciones o
interferencias entre ambas.
Para resolver esta situacin, es posible utilizar
frecuencias diferentes entre estaciones repetidoras
adyacentes. Se recibe la seal de entrada con una
frecuencia y al retransmitirla se enva con una
frecuencia diferente.
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ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS
DE FMInterferencias entre estaciones repetidoras de
radiomicroondas.
Sistema de microondas para el tratamiento de interferencias
multisaltos. Uso de frecuencias alta/baja
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Actividades de Autodesarrollo
Visite la pgina web
http://www.gmtvaritec.com/?mod=calculo&IDSeccion=3,
http://www.radioptica.com/Radio/calculo_radioenlaces.asp
Familiarcese con la misma y ponga en prctica
los conocimientos adquiridos realizando
clculos con el sistema de proyeccin de esta
pgina web.
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ACTIVIDADES
COMPLEMENTARIAS
Analice los problemas resueltos del
libro Tomasi, Captulo 17.
Resuelva algunos problemas del
captulo 17.
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FIN
Gracias
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DIVERSIDAD en FRECUENCIA
La diversidad de frecuencia solo consiste
en modular dos portadoras de RF distintas
con la misma informacin de FI, y
transmitir entonces ambas seales de RF a
un destino dado.
En el destino, se demodulan ambas
portadoras y la que produzca la seal de
FI de mejor calidad, es la que se
selecciona.
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DIVERSIDAD en FRECUENCIA
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DIVERSIDAD ESPACIAL
La salida de un transmisor se alimenta a
dos o ms antenas, fsicamente separadas
por una cantidad apreciable de longitudes
de onda.
De igual manera, en el receptor, puede
haber ms de una antena que proporcione
la seal de entrada al receptor.
Si se usan varias antenas receptoras,
tambin deben estar separadas por una
cantidad apreciable de longitudes de onda.
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DIVERSIDAD ESPACIAL
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DIVERSIDAD de POLARIZACION
Para este caso, una sola portadora de
RF se propaga con dos polarizaciones
electromagnticas diferentes, vertical
y horizontal, debido a que las ondas
electromagnticas de distintas
polarizaciones no necesariamente
estn sometidas a las mismas
degradaciones de transmisin.
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DIVERSIDAD de POLARIZACION
La diversidad de polarizacin se usa en
general junto con la diversidad espacial.
Un par de antenas de transmisin y
recepcin se polariza en sentido vertical, y
el otro en sentido horizontal.
Tambin es posible usar en forma
simultanea la diversidad de frecuencia,
espacial y de polarizacin.
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DIVERSIDAD de POLARIZACION
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DIVERSIDAD HIBRIDA
Consiste en una trayectoria normal de
diversidad de frecuencia, en la que los
dos pares de transmisor y receptor en
un extremo de la trayectoria estn
separados entre s y conectados a
distintas antenas, separadas
verticalmente como en la diversidad
espacial.
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DIVERSIDAD HIBRIDA
El arreglo proporciona un efecto de
diversidad espacial en ambas
direcciones; en una porque los
receptores estn separados
verticalmente, y en la otra porque
estn separados horizontalmente.
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DIVERSIDAD de CUADRUPLE
Es una combinacin de diversidad de
frecuencia, espacial, de polarizacin y
de recepcin en un solo sistema.
Proporciona la transmisin ms
confiable; sin embargo, tambin es la
ms costosa.
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DIVERSIDAD de CUADRUPLE
Su desventaja obvia es que necesita
equipo electrnico, frecuencias, antenas y
guas de ondas redundantes, que son
cargas econmicas.