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La diversidad combina

La combinación por diversidad es la técnica que se aplica para combinar las múltiples señales recibidas por un dispositivo receptor de diversidad en una única señal mejorada. Di...

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La combinación por diversidad es la técnica que se aplica para combinar las múltiples señales recibidas por un dispositivo receptor de diversidad en una única señal mejorada.

Diversas técnicas

Se pueden distinguir diversas técnicas de combinación de diversidad:

  • Combinación de ganancia igual: Todas las señales recibidas se suman de forma coherente.
  • La combinación de relación máxima [ 1 ] se usa a menudo en grandes sistemas de arreglo de fase : las señales recibidas se ponderan con respecto a su SNR y luego se suman. La SNR resultante produce∑k=1norteSnorteRk{\displaystyle \sum _{k=1}^{N}SNR_{k}}dóndeSnorteRk{\displaystyle SNR_{k}}es la relación señal/ruido (SNR) de la señal recibidak{\displaystyle k}.
  • Combinación conmutada: El receptor cambia a otra señal cuando la señal seleccionada actualmente cae por debajo de un umbral predefinido. Esto también se conoce como "combinación por escaneo".
  • Combinación por selección : De las N señales recibidas, se selecciona la señal más fuerte. Cuando las N señales son independientes y tienen distribución de Rayleigh , se ha demostrado que la ganancia de diversidad esperada es∑k=1norte1k{\displaystyle \sum _{k=1}^{N}{\frac {1}{k}}}, expresado como una relación de potencia. [ 2 ] Por lo tanto, cualquier ganancia adicional disminuye rápidamente con el aumento del número de canales. Esta es una técnica más eficiente que la combinación conmutada.

En ocasiones se utiliza más de una técnica de combinación; por ejemplo, la técnica de imagen por selección utiliza la combinación por selección para elegir (normalmente) el 10 % de las mejores imágenes, seguida de una combinación de igual ganancia de las imágenes seleccionadas.

Se han diseñado otras técnicas de combinación de señales para la reducción de ruido y se han encontrado aplicaciones en biofísica de moléculas individuales , quimiometría, entre otras disciplinas. [ 3 ]

Combinación de tiempos

Cuando el enfoque se centra en la transmisión inalámbrica de secuencias de señal más largas, como por ejemplo paquetes Ethernet, se pueden observar características de rendimiento específicas con respecto a la ganancia de diversidad en un sistema de transmisión inalámbrica redundante paralelo. Para la "combinación por temporización", los paquetes de datos se envían de forma redundante y simultánea a través de rutas paralelas. En el lado del receptor, de entre las ramas, se selecciona el primer paquete que llega y se procesa inmediatamente para la aplicación final. Las copias adicionales del paquete, si llegan, se descartan. Este tipo de combinador posterior a la detección se denomina "combinador por temporización", ya que se obtiene una mejora significativa del rendimiento mediante el procesamiento inmediato del primer paquete que llega. [ 4 ]

Ejemplo de radio bidireccional conmutada

En la radio móvil terrestre , donde las radios montadas en vehículos y las portátiles se comunican con una estación base a través de una sola frecuencia, la diversidad espacial se logra mediante la presencia de varios receptores en diferentes ubicaciones. La combinación de diversidad, o votación , en sistemas de radio bidireccionales es un método para mejorar el alcance de la comunicación bidireccional desde radios portátiles y móviles vehiculares. [ 5 ]

Diagrama del sistema para un sistema de radio bidireccional con votación de una empresa de suministro de agua.
emplazamientos de equipos de servicios de agua.

Los receptores están conectados a un dispositivo denominado comparador de votación o votante.

El comparador de votación realiza una evaluación de todas las señales recibidas y selecciona la más útil. [ 6 ] En sistemas repetidores , la señal votada se retransmite. En sistemas simplex, se envía al altavoz de la consola en la estación base. El audio de un receptor que no ha sido votado se ignora. Los comparadores de votación en sistemas FM analógicos pueden conmutar entre receptores en décimas o centésimas de segundo (más rápido que una sílaba). Siempre que una señal inteligible llegue a un solo receptor del sistema, el audio repetido, o el audio enviado al altavoz de la consola, será inteligible.

En esta configuración, los receptores en sitios remotos se conectan al comparador de votación mediante líneas telefónicas privadas, un canal en un banco de canales D4 en un DS1 o un canal de banda base de microondas analógico .

Cómo se evalúan las señales

Los primeros comparadores de votación se basaban en un tono codificado en una ruta de audio independiente, lo que requería que cada receptor tuviera un circuito de cuatro hilos o dos rutas de audio. El tono variaba para representar el nivel de la señal recibida , o la tensión del limitador del receptor de FM, en el receptor remoto. Esto funcionaba mal porque no tenía en cuenta el ruido de banda base de microondas ni el ruido en los circuitos de las compañías telefónicas.

Los comparadores de votación más modernos comparan la relación señal-ruido en el propio comparador, teniendo en cuenta el ruido de extremo a extremo, las malas líneas telefónicas, la disciplina de nivel deficiente, así como la mejor ruta de recepción de diversidad.

Alcance de la función de retroalimentación de walkie-talkie

Al comunicarse con radios portátiles ( walkie-talkies ), las estaciones base generalmente transmiten a mayor distancia de la que pueden recibir. La votación entre varios receptores en diferentes ubicaciones aumenta la probabilidad de que uno de ellos capte una señal útil de las radios bidireccionales en un sistema.

Reducción de interferencias

La combinación de diversidad reduce un posible punto único de fallo: cualquier fallo de un receptor o interferencia local en un receptor no bloqueará la recepción en todo el sistema. Los emplazamientos de equipos pueden albergar numerosos transmisores y receptores de radio. [ 7 ] Un único emplazamiento está sujeto a señales de interferencia locales y específicas del sitio. Estas señales de interferencia pueden aparecer y desaparecer a medida que los transmisores se encienden y apagan.

Un problema potencial con los receptores ubicados en sitios de gran altitud es que pueden captar señales de condados, prefecturas u otras provincias distantes. Estas señales distantes no deseadas pueden ser más fuertes que las señales deseadas de los walkie-talkies locales. [ 8 ] En algunos casos, las señales distantes pueden bloquear las señales locales débiles. Tener varios sitios de recepción aumenta la probabilidad de que uno de ellos reciba la señal local en presencia de una señal distante no deseada. [ 9 ] La llamada selectiva puede evitar que los usuarios tengan que escuchar el audio de señales distantes, incluso cuando estas se encuentran dentro del alcance de recepción de uno o más receptores.

Cobertura

En la literatura se cita una cobertura mínima del 95 % para sistemas de radio bidireccionales de servicio crítico o de emergencia. [ 10 ] Una definición de cobertura del sistema es el estándar TSB-88A de la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA). [ 11 ]

Opción de bloqueo de voto o voto y retención

La mayoría de las instalaciones que utilizan equipos de combinación de diversidad evalúan continuamente la mejor señal recibida frente a todas las demás. A lo largo de una transmisión recibida, el comparador puede cambiar de receptor con una frecuencia de hasta unas décimas de segundo. Si un usuario de walkie-talkie provoca una atenuación de la señal al girar la cabeza, o si un camión con remolque que pasa bloquea su señal en el punto de recepción elegido, la unidad de combinación cambia rápidamente a un receptor diferente. [ 12 ]

En algunas instalaciones, el equipo de combinación de diversidad se configura para fijarse en un receptor. Por ejemplo, en algunos sistemas de cobertura regionales rurales, cada receptor cubre un área geográfica única. No hay mucha superposición. Si el sistema constara de dos sitios, norte y sur, elegiría el mejor de los dos y permanecería fijado en ese receptor hasta que finalizara la transmisión. [ 13 ] Esto funciona mejor con radios móviles porque la intensidad de su señal tiende a ser constante. [ 14 ]

En algunos casos, este sistema de votación y retención se utiliza para dirigir la selección del transmisor. Consideremos el caso de un sistema regional con dos estaciones base: norte y sur. Si el equipo de combinación de diversidad vota por "norte", la próxima vez que el operador presione el botón de transmisión, se activará el transmisor norte. Este sistema, denominado dirección del transmisor , está diseñado para automatizar la selección del transmisor en sistemas con más de un sitio transmisor disponible. En algunos casos, no funciona correctamente. [ 15 ]

En los sistemas de datos móviles, se prefiere la opción de bloqueo por voto porque el cambio constante entre receptores provoca la pérdida de paquetes de datos. El equipo de combinación de diversidad conmuta lo suficientemente rápido como para que no se pierdan sílabas, pero no lo suficientemente rápido como para que no se pierdan bits. Los sistemas de datos móviles suelen tener su origen en módems en radios móviles. Las radios móviles suelen generar señales sólidas en más de un sitio receptor, por lo que la intensidad de la señal es lo suficientemente fuerte como para que el bloqueo por voto funcione correctamente. [ 16 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Kulkarni, M; Choudhary, L.; Kumbhani, B; Kshetrimayum, RS (2014). "Análisis comparativo del rendimiento de la selección de antenas de transmisión con combinación de relación máxima y códigos de bloques espaciotemporales ortogonales en canales de entrada múltiple y salida múltiple con desvanecimiento Rayleigh equicorrelacionado" . IET Communications . 8 (10) (publicado el 1 de julio de 2014): 64–70 . doi : 10.1049/iet-com.2013.1087 . S2CID 30676735 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  2. ↑ DG Brennan, "Técnicas de combinación de diversidad lineal", Proc. IRE , vol. 47, n.º 1, págs. 1075-1102, junio de 1959
  3. ↑ "Mashaghi et al. Reducción de ruido mediante combinación de señales en el espacio de Fourier aplicada a la corrección de deriva en pinzas ópticas, Rev. Sci. Instrum. 82, 115103 (2011)" . Archivado del original el 3 de mayo de 2012. Consultado el 8 de noviembre de 2011 .
  4. ↑ Rentschler, M.; Laukemann, P., "Análisis de rendimiento de WLAN redundante paralela", Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA), 17.ª Conferencia IEEE de 2012, vol., n.º, págs. 1, 8, 17-21 de septiembre de 2012
  5. ↑ Para confirmar el uso de la palabra votación para describir este equipo, consulte las patentes con ID 4531235 [ enlace eliminado ] y 5884192 de la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos,"Combinación de diversidad para antenas".
  6. ↑ "Sección V: Conclusiones," Proyecto de investigación sobre tecnología de comunicaciones de la Patrulla de Carreteras de California en 800 MHz , 80-C477, ( Sacramento, California : Departamento de Servicios Generales, División de Tecnología de Comunicaciones, 1982,) pp. V-6.
  7. ↑ Por ejemplo, se describe un emplazamiento de equipos específico con seis estaciones base y numerosos receptores. Véase: "3.1.3 Emplazamiento de radio de Draper Lake", Sistema de radio troncalizado: Solicitud de propuestas , ( Oklahoma City, Oklahoma : Autoridad de Instalaciones Municipales de Oklahoma City, Oficina de Proyectos de Capital de Seguridad Pública, 2000), pág. 56.
  8. ↑ Una regla general es que un transmisor de walkie-talkie produce entre una décima (-10 dB) y una centésima (-20 dB) de los niveles de señal de las radios vehiculares en el receptor de la estación base.
  9. ↑ "Evaluación de alternativas regionales: selección de emplazamientos", Planificación de comunicaciones médicas de emergencia: volumen 2, Guía de planificación a nivel local/regional , (Washington, DC: Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras, Departamento de Transporte de EE. UU., 1995) págs. 52-55.
  10. ↑ "Evaluación de alternativas regionales: selección de emplazamientos", Planificación de comunicaciones médicas de emergencia: volumen 2, Guía de planificación a nivel local/regional , (Washington, DC: Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras, Departamento de Transporte de EE. UU., 1995) págs. 52. Un consultor profesional debería ayudar en las definiciones de cobertura para sistemas de ingeniería porque la "cobertura del 95 %" puede interpretarse de muchas maneras diferentes.
  11. ↑ Las definiciones de cobertura para sistemas de ingeniería se describen en el Plan de Comunicaciones de Servicios Médicos de Emergencia de California: Borrador Final , (Sacramento, California: Autoridad de Servicios Médicos de Emergencia del Estado de California, septiembre de 2000), y, "Glosario", Informe Final de la Fase II de Arizona: Evaluación de las Necesidades de Interoperabilidad de Radio a Nivel Estatal, (Phoenix, Arizona: Macro Corporation y el Estado de Arizona, 2004), págs. 165.
  12. ↑ Para una descripción de un sistema en funcionamiento, véase: "2.1 Sistema de radio móvil", Comité de radio de la policía de San Rafael: Informe al alcalde y al consejo municipal , ( San Rafael, California : Ciudad de San Rafael, 1995), págs. 4.
  13. ↑ Para un análisis del bloqueo de votos frente a la votación convencional, véase: «Sección V: Conclusiones», Proyecto de investigación sobre tecnología de comunicaciones de la Patrulla de Carreteras de California en 800 MHz , 80-C477, ( Sacramento, California : Departamento de Servicios Generales, División de Tecnología de Comunicaciones, 1982), págs. V-6. El informe indica que la Patrulla de Carreteras de California no utiliza el bloqueo de votos en Los Ángeles , un entorno de radio muy congestionado. En ciertas condiciones de interferencia, el bloqueo de votos puede producir malos resultados. El primer sitio votado a veces no es el mejor. Algunos sitios tienen niveles elevados de ruido ambiental, lo que provoca que sean votados continuamente en último lugar, aunque produzcan un audio ligeramente mejor y su capacidad para mantener una ruta hacia el móvil durante una transmisión larga pueda ser mejor.
  14. ↑ Un caso extremo: un estudio de California describe una prueba de campo donde el nivel de señal recibida de una radio móvil de 90 vatios y 42 MHz cayó de 45 microvoltios (una señal sólida) a cero en una milla de carretera. Véase: "Sección II: Estudios de propagación de radio", Proyecto de investigación de tecnología de comunicaciones de la Patrulla de Carreteras de California sobre 800 MHz , 80-C477, (Sacramento, California: Departamento de Servicios Generales, División de Tecnología de Comunicaciones, 1982), págs. V-6.
  15. ↑ La existencia del voto y retención y su uso en la dirección del transmisor se puede confirmar leyendo la "Sección V: Conclusiones", The California Highway Patrol Communications Technology Research Project on 800 MHz , 80-C477, (Sacramento, California: Department of General Services, Communications Technology Division, 1982,) pp. V-6.
  16. ↑ Los manuales de servicio para equipos de combinación de diversidad diseñados para su uso con datos móviles describirán esto en detalle.

Lecturas adicionales

  • L.-C. Lin, M. Guo y KT Wong, “Selección de dos ramas en la recepción inalámbrica de diversidad espacial: un límite superior para su potencia de salida”, IEEE Transactions on Communications, vol. 60, n.º 2, págs. 537-546, febrero de 2012.