Capitulo 3 Tecnologa de radio wireless Este capitulo

Capitulo 3: Tecnología de radio wireless Este capitulo explorará la tecnología y los aspectos matemáticos de RF, para que comprendamos cómo funcionan las invisibles ondas de radio para hacer posibles tantas cosas, incluyendo las WLANs.

Usos importantes de la comunicación por RF: Emisiones de radio AM y FM Teléfonos inalámbricos Puertas de garage automáticas Redes inalámbricas Juegos controlados por radio Emisiones de televisión Comunicaciones satelitales en un solo sentido y en dos sentidos • Unidades de control remoto de televisión • Teléfonos celulares • •

3. 1 Ondas

• En muchos eventos deportivos, los entusiastas llevan a cabo una actividad denominada "la ola". "La ola“ está formada por un grupo de personas que saltan y vuelven a sentarse. Algunas personas que se encuentran cerca las ven y saltan, otras que se encuentran más lejos hacen lo mismo y muy pronto hay una onda ("la ola") viajando por el estadio. La ola, o la acción de saltar y volver a sentarse, es la perturbación, y viaja por el estadio. No obstante, ninguna de las personas individuales del estadio es arrastrada por la ola a medida que viaja. Todos permanecen en sus asientos. Veamos algunos ejemplos…

Ondas sinusoidales • Una forma de onda es una representación de cómo la corriente alterna (AC) varía con el tiempo. La forma de onda AC familiar es la onda sinusoidal, que deriva su nombre del hecho de que la corriente o voltaje varía según la función sinusoidal matemática del tiempo transcurrido.

• Una señal inalámbrica ideal asume una forma de onda sinusoidal, con una frecuencia usualmente medida en ciclos por segundo o Hertz (Hz). Un millón de ciclos por segundo está representado por un Megahertz (MHz). Un billón de ciclos por segundo está representado por un Gigahertz (GHz).

Propiedades básicas de una onda. • Amplitud — La distancia de cero al valor máximo de cada ciclo se denomina amplitud. La amplitud positiva del ciclo y la amplitud negativa del ciclo son las mismas. • Periodo — El tiempo que le lleva a una onda sinusoidal completar un ciclo se define como periodo de la forma de onda. La distancia que viaja el seno durante este periodo se denomina longitud de onda. • Longitud de onda — La longitud de onda, indicada por el símbolo griego lambda ( λ ), es la distancia a través de la forma de onda desde un punto al mismo punto del siguiente ciclo. • Frecuencia — La cantidad de repeticiones o ciclos por unidad de tiempo es la frecuencia, expresada en general en ciclos por segundo, o Hz.

T = 1/f F = 1/t

MODULACION… • la modulación involucra imprimir las características de una forma de onda en una segunda forma de onda variando la amplitud, frecuencia, fase u otra característica de la segunda forma de onda, o portadora.

Conversión analógica a digital • • 1 - Muestreo 2 - Cuantificación 3 - Codificación 4 - Decodificación

3. 2 Matemática para el Estudio de la Radio • Watts: Un watt es la unidad básica de potencia, y la potencia está relacionada con la energía. No obstante, potencia es un índice, y energía una cantidad. La fórmula para la potencia es • P = DE / Dt DE es la cantidad de energía transferida. Dt es el intervalo temporal durante el cual se transfiere la energía.

• Si un Joule de energía se transfiere en un segundo, esto representa un watt (W) de potencia. La Figura muestra la cantidad de potencia asociada con algunas funciones comunes. Un watt se define como un ampère (A) de corriente por un volt (V).

Decibeles • Un d. B es un décimo de un Bel, que es una unidad de sonido más grande así denominada en homenaje a Alexander Graham Bell. El d. B se mide en una escala logarítmica base 10. La base se incrementa en diez veces diez por cada diez d. B medidos. Esta escala permite a las personas trabajar más fácilmente con grandes números. Una escala similar (la escala de Richter) se utiliza para medir terremotos. Por ejemplo, un terremoto de magnitud 6. 3 es diez veces más fuerte que un terremoto de 5. 3.

d. B = 10 log (Pfinal/Pref)

Referencias a los decibeles d. Bd: + 2, 14

3. 3 Ondas Electromagnéticas (EM) • Espectro EM es simplemente un nombre que los científicos han otorgado al conjunto de todos los tipos de radiación, cuando se los trata como grupo. La radiación es energía que viaja en ondas y se dispersa a lo largo de la distancia. La luz visible que proviene de una lámpara que se encuentra en una casa y las ondas de radio que provienen de una estación de radio son dos tipos de ondas electromagnéticas. Otros ejemplos son las microondas, la luz infrarroja, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma.

Las ondas EM gozan de las siguientes propiedades: - reflexión, o rebote - refracción, o quiebre en ángulo - difracción, o dispersión en torno a los obstáculos - dispersión, o redireccionamiento de parte de las partículas

Gráfica del espectro EM

. Ondas de potencia — Ésta es la radiación EM más lenta y por lo tanto también tiene la menor energía y la mayor longitud de onda. 2. Ondas de radio — Ésta es la misma clase de energía que emiten las estaciones de radio al aire para que un aparato de radio la capture y la reproduzca. Muchas funciones de comunicación utilizan ondas de radio. 3. Microondas — Las microondas cocinan maíz inflado en pocos minutos. En el espacio, los astrónomos utilizan las microondas para aprender acerca de la estructura de las galaxias cercanas. 4. Luz infrarroja (IR) — El infrarrojo a menudo se considera igual que el calor, porque hace que sintamos tibia nuestra pie l. En el espacio, la luz IR sirve para rastrear el polvo interestelar. 5. Luz visible — Éste es el rango visible para el ojo humano. La radiación visible es emitida por todo, desde luciérnagas hasta lámparas y estrellas. También es emitida por partículas en rápido movimiento que golpean a otras partículas. 1

6. Luz ultravioleta (UV) — Es bien conocido que el sol es una fuente de radiación ultravioleta (UV). Son los rayos UV los que hacen que la piel se queme. Las estrellas y otros objetos calientes del espacio emiten radiación UV. 7. Rayos X — Un doctor utiliza rayos X para observar los huesos y un dentista los utiliza para observar los dientes. Los gases calientes del universo también emiten rayos X. 8. Rayos gamma — Los materiales radioactivos naturales y fabricados por el hombre pueden emitir rayos gamma. Los grandes aceleradores de partículas que los científicos utilizan para ayudarlos a comprender de qué está hecha la materia pueden irradiar en ocasiones rayos gamma. No obstante, el mayor generador de rayos gamma de todos es el universo, que crea radiación gamma de muchas formas.

Síntesis de Fourier

3. 4 Señales • Visualización de las señales en el tiempo.

Visualización de las señales en la frecuencia

Las señales en tiempo y frecuencia

Señales digitales

Ruido en tiempo y frecuencia • Un concepto muy importante en los sistemas de comunicaciones, incluyendo las WLANs, es el ruido. La palabra ruido tiene el significado general de sonidos indeseables. No obstante, en el contexto de las telecomunicaciones, el ruido puede definirse mejor como voltajes indeseables provenientes de fuentes naturales y tecnológicas. Puesto que el ruido es sólo otra señal que produce ondas, puede agregarse a otras señales, como se trató anteriormente. Si la señal afectada representa información en un sistema de comunicaciones, el ruido puede cambiar la información. Es claro que esto no es aceptable. !!!!

• Interferencia de frecuencia de radio (RFI) • Interferencia electromagnética (EMI) • Ruido de Gauss, o ruido blanco

3. 5 Técnicas de Modulación • Técnicas básicas de modulación • AM, FM, PM • ASK, PSK, FSK, QAM • FHSS • DSSS

FHSSS • Frequency Hopping Spread Spectrum • FHSS es una técnica de espectro expandido que utiliza la agilidad de la frecuencia para distribuir los datos. 1 - Las señales en espectro ensanchado son altamente resistentes al ruido y a la interferencia. 2 - Las señales en espectro ensanchado son difíciles de interceptar. 3 - Transmisiones en espectro ensanchado pueden compartir una banda de frecuencia con muchos tipos de transmisiones convencionales con mínima interferencia.

DSSS • Espectro Expandido de Secuencia Directa (DSSS)