Tecnologia

Radio enlace Digital Introduccion

Hoy en dia los Sistemas de Radiocomunicaciones nos rodean por todas partes, entre ellos se encuentran los ya habituales sistemas de telefonia movil, se unen las Redes de datos inalambricas, la television digital terrestre o los Radio enlaces punto a punto, ahora para el correcto funcionamiento de estos sistemas resulta crucial un diseno adecuado del interfaz radioelectrico y el diseno de Radio enlaces es una disciplina que involucra toda una serie de cuestiones tales como la eleccion de la banda de frecuencias, el tipo de antenas y los equipos de radiocomunicacion, el calculo del balance de potencias, la estimacion de los niveles de ruido e interferencia o el conocimiento de las distintas modalidades y fenomenos de propagacion radioelectrica, entre otras.

En el diseno de los Sistemas de Radiocomunicaciones es preciso manejar informaciones detallada del entorno geografico y por otra parte existe informacion que es necesaria para calcular la propagacion radioelectrica, como es el relieve del terreno, el tipo de suelo, ubicacion de los picos montanosos, etc y por otra parte, tambien resultan interesantes otros tipos de informacion que aunque no son necesarios para realizar calculos tienen interes a la hora de obtener una representacion o realizar analisis de los

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resultados obtenidos, ademas se trata de informacion sobre los limites nacionales, provinciales y municipales, carreteras, rios, nucleos de poblacion, etc. En el diseno de Reveladores Radioelectricos con visibilidad irecta deben tenerse en cuenta varios efectos vinculados con la propagacion, estos incluyen: Desvanecimiento por difraccion debida a la obstruccion del trayecto por obstaculos en condiciones de propagacion adversas, atenuacion debido a los gases atmosfericos, desvanecimiento debido a la propagacion atmosferica por trayectos multiples o a la dispersion del haz (conocida generalmente como desenfoque) asociadas con la existencia de capas refractivas anormales, desvanecimientos debido a la propagacion por los trayectos multiples que se originan por reflexiones en superficies , atenuacion debida a las precipitaciones o a otras particulas solidas presentes en la atmosfera, variacion del angulo de llegada debido al terminal de Receptor y del angulo de salida en el terminal Transmisor debida a la Refraccion y distorsion de la senal debida a los desvanecimientos selectivos en frecuencia y a retardos durante la propagacion por trayectos multiples. Se han adoptados metodos de prediccion sencillos para los efectos de propagacion, que se deben tener en cuenta en la mayoria de los enlaces fijos con visibilidad directa. Con el presente trabajo nosotros pretendemos a traves del mismo exponer algunos de los aspectos a tener en cuenta en el analisis de los diferentes tipos de trayectos, primeramente calcularemos la potencia del Receptor a partir del diseno del perfil del terreno utilizando el papel del factor de curvatura estandar (K=4/3) de la tierra, con la representacion de nuestro perfil determinaremos las alturas e las antenas a usar en nuestro Radio enlace tomando algunas consideraciones a la hora de decidir que por ciento y cual sera la Zona de Fresnel a liberar, asi como el factor economico entre otros. En una segunda parte se realizara un estudio de investigacion sobre diferentes tecnicas de medicion existentes. Nuestro trabajo tiene como Objetivo: Disenar un Radio enlace Digital de alta estabilidad que permita una transmision con optima calidad entre Guanajay estacion Tx y Quivican estacion Rx, para ello haremos uso de una relacion de datos teoricos como son: Confeccionar perfil del terreno, calcular los diferentes parametros que intervienen en la medicion y comprobar si se libera la Zona de Fresnel, calculando luego la potencia en el Rx y con ello obtener una mejora en la calidad de la transmision.

La Situacion Problemica que nos planteamos: La inexistencia de un RED que ademas de ampliar las vias de comunicacion nos permita la transmision de informacion telefonica y de datos de diversas indoles, el incremento de los canales para la poblacion y el envio de senales de medio entre los puestos de mandos para situaciones de contingencias. Podemos plantear que como Problema Cientifico sera: Hacer un analisis de la factibilidad del empleo de un RED, asi como el calculo de dicho enlace determinando los parametros energeticos de los Transmisores y Receptores, teniendo en cuenta las influencias que el medio de propagacion ejerce sobre la onda de radio en el trayecto. Como Objeto de Estudio nos referiremos a:

Analizar la factibilidad del empleo de un RED, frecuencias de trabajo a utilizar de acuerdo a las necesidades, determinacion del perfil del terreno, sus caracteristicas y la influencia de los mismos en el trayecto de radioenlace, despeje de la zona de Fresnel, asi como el calculo de los parametros dados en particular los del Receptor a utilizar. Nuestro Campo de Accion se centrara en la investigacion y desarrollo matematico para poder desarrollar todos los calculos referentes a un RED. Las Tareas Cientificas a desarrollar son las siguientes: Estudio y analisis de la factibilidad de establecimiento de un RED entre dos localidades. Valoraciones de las caracteristicas del terreno y las condiciones de propagacion, asi como la determinacion de las zonas de Fresnel a partir del trazado del perfil del terreno. Calculo de los parametros energeticos de la estacion de RED para las condiciones de propagacion. Diseno y proposicion del enlace por un RED.

Como Hipotesis nos plantearemos: Con el diseno del enlace por un sistema de RED la determinacion de la factibilidad de su empleo y su realizacion practica posibilita el aumento de las vias y los canales de comunicacion disponibles y por consiguiente el aumento de la estabilidad del servicio, ademas con el objetivo de preservar para tiempos de contingencia los medios tecnicos tales como: el cable coaxial, la fibra optica y el cable multipar con el equipamiento que estos tienen asociados. De acuerdo a lo expuesto anteriormente podemos plantear que los resultados que se esperan. Economicos: Ademas de la ampliacion de las vias de procesamiento de la informacion y la rapidez de su Transmision mediante los soportes digitales, el ahorro de tiempo, fuerza laboral y divisa libremente convertible por concepto de importacion, reparacion y mantenimiento de los sistemas empleados por cable una vez preservados. Sociales: El aumento de los canales e comunicacion destinados a la poblacion.

Militares: La preservacion de los medios de comunicaciones por cable de diferentes tipos y su estado de conservacion tecnica para su empleo en tiempos de contingencias, mayor operatividad al disponer de varios vias de comunicacion incluyendo reservas de mayor fiabilidad en cuanto a poder utilizar soportes digitales de alto nivel de codificacion. Tema General Realizar el calculo de la Potencia en el Receptor realizando el Perfil del Terreno. Para realizar este nos auxiliaremos de desglosar en varios pasos el tema hasta llegar finalmente a determinar la Potencia en el Receptor que es nuestro objetivo. 1er Paso: Breve descripcion del terreno en el cual se trabajara.

El enlace entre los puntos seleccionados Guanajay y Quivican cubre una distancia de 35Km, por este enlace se podran transmitir senales de audio, video y datos si fuera necesario, escogimos ese trayecto puesto que las caracteristicas del relieve en esta zona el cual es predominantemente de baja altura sobre el nivel del mar ayudando a este un diseno del enlace menos costoso. Datos: * Frecuencia para la cual trabajaremos el diseno es de 13Ghz. * Velocidad de transferencia sera de 34Mbits/s. * Utilizaremos antenas de tipo parabolicas y con una ganancia de 35dBi. * Contara con una Potencia en el Transmisor de 800mW. * Sensibilidad de los equipos Receptores sera de -80dBm. * Longitud del enlace sera 35Km. * Puntos a conectar: * Guanajay=100m. (Altura sobre el nivel del mar) * Quivican=40m. (Altura sobre el nivel del mar) 2do Paso: Realizacion del perfil para el terreno. Distancia. (Km) | Alturas. (m) | 0 | 100 | 2,2 | 50 | | 100 | 14,6 | 40 | 16,1 | 50 | 18,5 | 50 | 19,3 | 50 | 19,6 | 40 | 20 | 40 | 21,2 | 50 | 24,2 | 50 | 35 | 40 | 3er Paso: Determinacion del Radio de la 1ra Zona de Fresnel. 3er Paso: Determinemos H para un 70% de liberacion de la Zona de Fresnel. H>0,577R1 para trayecto abierto y para tener margen de seguridad se liberara el 71% de la 1ra Zona de Fresnel. Para que sea liberado el 71% de la 1ra Zona de Fresnel la altura de las antenas quedaria: Altura antena Tx=40m. (Guanajay) Altura antena Rx=35m. (Quivican) 4to Paso: Determinacion de las diferentes atenuaciones. * Atenuacion en el Espacio Libre mediante la determinacion del Balance Energetico.

Esta es la perdida en el espacio libre, la atenuacion de la linea sera 0,02dB/m y por lo tanto asumiendo un largo de las lineas a utilizar entre Receptor y Transmisor de 105m se tiene que habra una atenuacion de 2,1dB. * Atenuacion por Vapores y Gases. * Atenuacion debido a la lluvia. Con Polarizacion Vertical calculando para el 0,01% del tiempo y asumiendo una zona H se obtiene R=32mm/h, determinemos los coeficientes KH y donde se obtiene: La atenuacion seria entonces: Longitud Efectiva. * Perdidas Totales. 5to Paso: Determinacion de la Potencia en el Rx. Asumiendo que la Sensibilidad del Rx es (-80dBm), pues entonces el enlace se establecera bajo las condiciones impuestas y con una Potencia del Tx incluso menor que la supuesta.

Ademas teniendo en cuenta que -80dBm es un valor tipico de Sensibilidad: Analicemos la flecha para dos valores diferentes de K, y mediante la siguiente expresion: Se obtiene este valor paras la flecha teniendo el punto critico a 9Km del Tx, como resultado de la anterior consideracion para el valor de , la altura del punto mas critico se afecta por un desplazamiento , obstruyendo de esta forma mas del 57,75% de la 1ra Zona de Fresnel. Esto conlleva a tener que variar la altura de la antena Receptora, manteniendo constante la altura de la antena Transmisora, lo cual se muestra en el papel de para que se libere el 71% de la 1ra Zona de Fresnel, para se necesitara una altura de 60m. Tema Especifico

Analisis de la factibilidad de un Radio enlace Digital a partir de un conjunto de datos. En la actualidad se han desarrollado ampliamente los sistemas de radioenlaces digitales debido a las siguientes razones: * La relativa simplicidad del diseno de los circuitos digitales y la facilidad de aplicacion de la tecnica de circuitos integrados tales como microprocesadores a la circuiteria digital. * El incremento en el uso y disponibilidad de las tecnicas de procesamiento digital como la conmutacion digital. * La amplia difusion del uso de las computadoras digitales para manejar todo tipo de datos. * La posibilidad de las senales digitales de su codificador para minimizar los efectos de ruido y la interferencia.

Muchos desarrollos en el campo de las comunicaciones han contribuido al reciente crecimiento de las aplicaciones de los sistemas de microondas digitales, dichos desarrollos se basan en la rapidez de incremento de la cantidad de trafico telefonico que puede ser transportado de manera eficientemente y de forma economica por metodos digitales, la demanda de nuevos servicios tales como facsimil, television digitalizada, datos de alta velocidad, mayor eficiencia espectral de alta frecuencia mediante la mezcla de datos, trafico de voz digitalizada y la apertura de nuevas bandas por encima de los 10Ghz los cuales son mas apropiados para metodos digitales que por procedimientos analogicos. (Por regeneracion) En dependencia de la configuracion del sistema la capacidad y la longitud, los sistemas de radioenlace digitales son frecuentemente mas economicos que las nuevas facilidades de Transmision por Fibra Optica o Satelites. La factibilidad del empleo delos radioenlaces digitales entre otros esta dada por un grupo de ventajas: * La transmision es casi independiente del numero de Repetidores, es decir, de la longitud del sistema. * Facilidades de acoplamiento del radioenlace digital con la fibra optica, satelites digitales, sistemas de cables con las centrales digitales entre otros. La posibilidad de transmision eficiente y simultanea de fuentes de informacion digitales, voz digitalizada, television digitalizada y otras fuentes analogicas, las cuales han sido convertidas a un formato de transmision digital. * Sobre los 10Ghz se requieren muchos Repetidores. Las tecnicas de modulacion digital tienen Repetidores regenerativos y son mas apropiados que su contraparte analogica, es decir, que usando Repetidores regenerativos de radio el ruido no se acumula y entonces aun cuando exista un gran numero de Repetidores de Radio la calidad de la transmision es muy buena, no siendo asi en un sistema analogico donde el ruido acumulativo se incrementa debido al gran numero de Repetidores.

Por otro lado la tendencia actual es incrementar la eficiencia espectral y la economia utilizando modulaciones de mas niveles, mejorando la informacion del espectro utilizando procesos de ecualizacion y codigos autoconectivos, ademas se presenta la posibilidad de operar estos nuevos sistemas con polarizacion cruzada por radiocanal, con lo cual se obtiene una utilizacion del espectro de radiofrecuencias sensiblemente superiores. El papel de los radioenlaces digitales en las redes de transmision es significativamente positivo, todo lo cual depende del logro de importantes objetivos como son: * La disminucion de los costos en comparacion con la transmision por cable. * Proporcionar la capacidad de transmision requerida con otro aprovechamiento de las bandas tradicionales o explorando las superiores a los 10Ghz.

Si nos remitimos a las Recomendaciones de la UIT-R F-754 sobre los sistemas de radioenlaces destinados a comunicaciones interurbanas del tipo digital se senala: ? La calidad de Transmision de un sistema digital se expresa por la proporcion de bits erroneos ? , la UIT-T no ha fijado aun los valores admisibles de la propagacion de bits erroneos y en la Recomendacion de la UIT-R F-634 se senala la forma en que se especificaria la proporcion de errores de un sistema digital de radioenlaces y cuales son los objetivos de proporcion de errores para los sistemas de larga distancia, de estos objetivos y de las caracteristicas de un sistema digital se desprende que lo mas importante es la proporcion de errores mas alta (Que defina la ? Interpolacion? el sistema) que puede rebasarse en pequenos porcentajes de tiempo. La proporcion de errores admisibles que se puede rebasar durante pequenos porcentajes de tiempo se determina sobre la base de la disponibilidad del sistema requerido, los valores dados para los circuitos de larga distancia en la Recomendacion de la UIT-R F-634 pueden tambien utilizarse como guia para obtener los valores admisibles de la proporcion de bits erroneos y los porcentajes de tiempo correspondientes a circuitos de hasta 250Km. Dadas las condiciones favorables en lo que concierne al desvanecimiento, los sistemas digitales de radioenlace pueden en ciertas regiones ser disenados para una atenuacion ayor por tramo que los sistemas analogicos correspondiente en los que el parametro predominante es la potencia media de ruido y por otro lado, los efectos de las reflexiones laterales que en un sistema analogico pueden producir un ruido de intermodulacion relativamente elevado suelen ser despreciables en los sistemas digitales. En los sistemas digitales con Repetidores que regeneran los sistemas digitales, la degradacion de la calidad de transmision causada por el aumento del numero de vanos se traduce en una acumulacion de bits erroneos y no en una acumulacion de la potencia de ruido, la proporcion de bits erroneo de todo el sistema de radioenlaces regenerativo puede mejorar de forma considerable si se aumenta ligeramente la relacion portadora/ruido.

Los sistemas de Radioenlaces Digitales permiten establecer economicamente circuitos interurbanos de 250Km o mas de longitud que cumplen los objetivos especificados en las Recomendaciones de la UIT-R-F 594 en materia de calidad de funcionamiento, ahora si bien es dificil prever las necesidades a largo plazo respecto a enlaces interurbanos en los paises en desarrollo, la eleccion de la capacidad de un sistema debe asegurar la rentabilidad optima basados en tales premoniciones, una instalacion inicial de un equipo sera antieconomica si su capacidad es mayor que las necesidades futuras y por otra parte la sustitucion de un sistema mas pequeno instalado inicialmente cuando sea inadecuada su capacidad, estaria entonces justificando instalar un sistema de capacidad superior y el equipo inicial se podra destinar a otro enlace de poco trafico. Por todo lo planteado anteriormente conviene entonces utilizar equipos de estado solido para reducir la potencia requerida y simplificar los mantenimientos y los circuitos de estado solido permiten reducir las dimensiones de los aparatos utilizados, sin embargo, esta reduccion no debe efectuarse si va en detrimento de la confiabilidad del servicio y de la facilidad del mantenimiento. Tema Investigativo

Tecnicas de Medicion. Para que y porque medir. Dentro del amplio y extenso espectro de las actividades que de alguna manera tienen que ver con dispositivos de medicion, no es extrano encontrar personas que aun no tienen una idea clara de la importancia de la necesidad de medir. En algunos casos -Pocos por suerte- se llega incluso a pensar que medir es un gasto o un costo innecesario, actitud esta que poco tiene que ver con los tiempos en que vivimos, con el desarrollo social y tecnologico alcanzado y con la necesidad de considerar a nuestros semejantes en cuanto a su proteccion personal, sus bienes y en general con el patrimonio de la comunidad.

Quien ha tenido la oportunidad de transitar por el campo de las mediciones, independientemente de la especialidad o disciplina de la ciencia y la tecnica donde se haya desempenado, en su gran mayoria le queda bastante claro que medir es aprender, es seguridad, es eficiencia y es desarrollo. Medir es Aprender: Si establecemos a modo de semejanza que el proceso de medicion y el resultado final, el valor medido, es un medio de ampliar y complementar la capacidad sensorial del hombre y que esta capacidad esta asociada con su actividad cerebral, podemos decir que medir es aprender, continuando con este razonamiento que medir es aprender o adquirir el conocimiento de alguna cosa, llegamos al saber que es conocer dicha cosa y por lo tanto, entramos en una secuencia de acontecimientos vinculados entre si que conducen al mejoramiento y constante crecimiento de nuestro entendimiento o dicho de otra manera inteligencia.

Los parametros basicos necesarios para adoptar la linea de trabajo mas idonea y asi alcanzar el objetivo o fin propuesto en un proyecto, inevitablemente en la mayoria de los casos involucra una o varias mediciones y el conocimiento de la necesidad de medir, de sus aspectos tecnicos, del instrumental utilizado y su estado de conservacion va a depender en gran parte del exito o del mayor o menor contenido de desaciertos que indudablemente van a influir en los costos finales del proyecto y de la calidad del mismo. Como resultado del proyecto vienen las obras, construcciones, procesos, etc. y junto con estas las necesidades de realizar controles y verificaciones a los efectos de comprobar que todo se desarrolla dentro de lo previsto y de acuerdo con las normas y regulaciones vigentes A modo de ejemplo, en el caso del control de voladuras se dan circunstancias en particular donde los trabajos que se realizan mediante el uso de explosivos se desarrollan en zonas alejadas de poblaciones en algunos casos en zonas inhospitas, es real que en este tipo de lugares las perturbaciones, tanto sean del tipo onda aerea o su equivalente a traves del suelo, el margen de error es amplio y salvo consideraciones relacionadas con los aspectos propios de la obra, la ecologia y conservacion del medio ambiente y las relacionadas con la seguridad en el uso de explosivos en todos sus aspectos, podemos decir que practicamente no hay restricciones, por ello en esta situacion podriamos pensar que el uso de instrumental, en este caso sismografico, no seria necesario y de alguna manera un gasto de dificil justificacion pero aun asi, no esta todo dicho.

En estos tiempos, donde las oportunidades de trabajo no son abundantes y sumado a esto, la competencia es cada vez mayor, salvo en casos excepcionales hay que estar en la busqueda de nuevas oportunidades, nuevas obras y estas pueden estar en zonas urbanas o lugares alejados donde se encuentren distintos tipos de instalaciones o bien en lugares apartados en presencia de instalaciones electricas, sanitarias, telefonicas, conductos en general, etc. o lo que es mas complejo aun, un lugar donde existan una combinacion de las situaciones anteriores. En estos casos, el control de la voladura es critico aqui el conocimiento de las tecnicas de medicion y donde medir, el conocimiento del instrumental a usar y el conocimiento previo de los limites de seguridad a cumplir son fundamentales, demas esta decir que un error en estas situaciones puede llevar a consecuencias muy serias con resultados y costos de dificil evaluacion.

Volviendo a lo expresado anteriormente que no todo estaba dicho, donde se podria pensar que el uso de instrumental, en este caso sismografico no seria necesario y un gasto de dificil justificacion, encontramos una gran oportunidad: La de ajustar nuestros metodos y tecnicas, la de estudiar y comprender mas acertadamente el resultado de nuestras mediciones, la de corregir errores, la de optimizar los trabajos que estamos realizando mejorando su desarrollo y perfil de costos, etc. , todo esto en un medio del que podemos disponer, sin mayores consecuencias de limites mas amplios en los desvios que pudieramos cometer e iniciar las acciones para su correspondiente correccion. Medir es Seguridad: Al transcurrir el tiempo, las sucesivas mediciones suministran una valiosa informacion permitiendo desarrollar proyectos mas acertados, mejorar costos y satisfacer mejor las necesidades del cliente.

Detras de cada proyecto y de cada obra lo que se termina ofreciendo es seguridad, seguridad en el cumplimiento de la obra en los plazos establecidos, seguridad que los trabajos se realizan de acuerdo con las mejores reglas del arte y de la tecnica, seguridad de disponer de los correspondientes registros de lo medido que documenten lo realizado durante los trabajos ante requerimientos o necesidades para posteriores proyectosMedir es Eficiencia: Las mediciones acertadas y en el momento oportuno evitan costos innecesarios y conducen hacia direcciones mas correctas en el desarrollo de las tareas facilitando la toma de decisiones, tanto en el proyecto como durante la marcha de las obras o de los procesos involucrados.

Medir es Desarrollo: No es muy desacertado pensar que el desarrollo de la humanidad esta en cierta forma relacionado con los avances en materia de mediciones, muchos fenomenos serian imposibles de analizar y por consiguiente de estudiar, si no existiera algun medio para observarlos o medirlos en el terreno de la investigacion, por ello es permanente la busqueda por encontrar nuevos sistemas o medios que permitan observar, registrar y relacionar con alguna magnitud de medicion el objeto bajo estudio. Por todo lo dicho anteriormente podemos decir que muchas de las decisiones desde las mas sencillas y domesticas, hasta las mas complejas dentro del ambito de la ciencia y la tecnologia han sido y son posibles de tomar debido a la existencia de informacion aportada por quienes tienen presente la importancia de medir. Mediciones de Parametros.

Las mediciones de parametros de los sistemas digitales de radio ya sean en laboratorio, durante la construccion en fabrica o en la instalacion y puesta en operacion, es una de las tareas mas importantes de la ingenieria de transmision digital, dichas mediciones pueden ser ejecutadas sobre prototipos pero tambien son de extrema importancia en los sistemas mas sofisticados como es el caso del monitoreo continuo de la operacion de complejos sistemas de microondas digitales. Aqui describiremos solamente algunas de las tecnicas mas importantes de medicion de la operacion de los sistemas digitales y para este fin se supondra que poseemos familiaridad con las tecnicas de medicion convencionales utilizadas en los sistemas de comunicaciones analogicos.

Desafortunadamente muchos ingenieros practicantes y estudiantes del campo de la transmision digital no estudian cuidadosamente las capacidades y limitaciones de los instrumentos de medicion; como resultado ocurren serios errores frecuentemente en las mediciones. Tecnicas de medicion en laboratorio y mediciones para las pruebas de aceptacion Los bloques principales de tres Transmisores y Receptores de microondas digitales se muestran en la figura 1, donde el canal medido tiene una frecuencia central f0 y las frecuencias centrales de los canales adyacentes son de f0+f y f0-f. Figura 1. Configuracion de prueba de un sistema de microondas digital.

Todos los transmisores de radio son excitados por generadores de secuencia binaria pseudo-aleatoria (PRBS) independientes a la misma velocidad fb, si la longitud de la secuencia binaria de estos generadores es suficientemente larga, ellos simularan satisfactoriamente el trafico real aleatorio (En las mediciones, en el laboratorio o en la fabrica, las antenas Transmisoras y Receptoras no son parte del conjunto de prueba), las condiciones de desvanecimiento que son caracteristicas de un radiocanal, la interferencia y el ruido blanco gaussiano aditivo (AWGN) en los primeros pasos de los Receptores se simulan por niveles externos variables del generador AWGN y eneradores sinusoidales los cuales se agregan al canal medido, los efectos de la interferencia de canal adyacente y la interferencia co-canal (CCI), sobre los parametros de operacion de un sistema digital se evaluan por medio de la insercion de atenuadores variables en los canales adyacentes con el objetivo de evaluar los efectos de senales moduladas y no moduladas (CCI) sobre la BER y el efecto «jitter» en el sistema, para ello se requiere un oscilador sinusoidal en el conjunto de mediciones de la figura 1; ademas tambien se requiere un transmisor de radio que tenga la frecuencia central que caiga dentro del ancho de banda del radiocanal deseado a medir.

Los efectos del ruido sobre la operacion en la fase del sistema, ademas de las imperfecciones en los parametros de la portadora y en la recuperacion de la temporizacion de los simbolos (CR y STR) se extrapolan de los resultados medidos. Para obtener los resultados de un oscilador como portadora de referencia no modulada y una senal de temporizacion o reloj de referencia a una velocidad de fb, ambas se alimentan directamente al circuito demodulador, estas mediciones «back-to-back» son posibles si el «jitter» y el oscilador de referencia libre de ruido estan disponibles en el extremo Receptor, donde este es el caso de las pruebas de aceptacion en fabrica de los sistemas de radio pero en un sistema instalado, donde el Transmisor esta separado del Receptor en varios km y es dificultoso la generacion de senales de referencia libres de ruido.

Los efectos de las No-Linealidades del amplificador de RF tales como la conversion AM-AM y AM-PM, asi como el efecto de la abertura espectral en frecuencias sobre el parametro BER, se evaluan frecuentemente con un conjunto de mediciones como el de la figura 1, la fuente de datos PRBS y el Detector de BER que se muestran en las figuras 1 y 2 tienen el siguiente principio de operacion: Figura 2. Mediciones de BER con un «SCRAMBLER» y un «DESCRAMBLER». El haz de datos binarios D1 se agrega a una compuerta OR exclusiva del haz binario R1 donde este haz binario se ha obtenido de una combinacion predeterminada de n bits en un registro de desplazamiento y un conjunto de coeficientes C1, C2, …… Cn para los cuales toman los valores de 0 a 1 y entonces cuando el haz de bits pseudo-aleatorios R1 se agrega al haz de datos de entrada D1 se obtiene un haz de datos con «Scrambler» S1 , este haz alimenta al transmisor digital de radio y dicho Receptor digital regenera los datos y los entrega a la entrada del «Descrambler» el cual es auto-sincronizado, como se muestra en la figura 2 teniendo la misma estructura que el «Scrambler», es decir, entrega a su salida el haz de datos D1 igual al transmitido suponiendo que no hay errores en la transmision, ahora si debido al ruido, interferencia o cualquier otra causa ocurren errores en la transmision entonces a la salida ocurriran hasta k+1 errores, donde k es el numero de posiciones de realimentacion del egistro de desplazamiento de longitud maxima de n bits, el contador de errores debe acumularlos en un intervalo lo suficientemente largo del tiempo para que muestre un estimado lo mas real posible del valor verdadero de la probabilidad de error y asi el numero total de errores acumulados se divide por k+1 veces el numero total de bits transmitidos y el resultado se muestra como la probabilidad de error del sistema Pe. Como es sabido ademas de las especificaciones de la BER, Pe, un abonado requiere conocer los segundos libres de errores y los intervalos libres de errores en ambos promedios, estos parametros se obtienen por la inclusion de un contador de eventos y un registrador del tiempo al conjunto de mediciones de la figura 2.

La BER y los segundos libres de errores son parametros finales del sistema, esto es, ellos frecuentemente no dan una vision de los problemas de «Hardware» del sistema o sus degradaciones graduales ya que luego las mediciones efectuadas del diagrama de ojo recibido, pueden brindar una idea de los problemas del sistema y son una ayuda para la deteccion de fallos en la operacion, un monitor de diagrama de ojo sencillo se muestra en la figura 3. Figura 3. Medidor de abertura del Diagrama de Ojo. Este monitor brinda mejor resolucion del diagrama de ojo recibido que el «Display» convencional de un osciloscopio y el amplificador de control automatico de ganancia (AGC), el demodulador, el LPF (filtro pasa bajo) del Receptor, regenerador de datos y el convertidor de datos, representan un diagrama en bloques simplificado de un Receptor coherente, el amplificador AGC entrega un nivel de entrada constante de FI al demodulador y entonces el nivel de senal de banda base es independiente del desvanecimiento u otras variaciones de la portadora.

Los n Detectores de umbral entregan un estado logico «1» de salida, si en los instantes de muestreo la senal recibida mas las muestras de ruido exceden sus correspondientes niveles de umbral preseleccionados, el procesador de la logica, en dependencia del algoritmo logico adoptado entrega la informacion del valor pico o efectivo de la abertura del ojo. Este monitor digital del diagrama de ojo relativamente simple brinda la capacidad de monitorear el diagrama de ojo y mostrarlo automaticamente en un «Display» de un sistema en servicio, para propositos de monitoreo del estado del sistema, de la diversidad o de la conmutacion, el valor numerico indicado en el «Display» es muy representativo.

En la mayoria de los sistemas digitales de radio es necesario que el Transmisor este en cascada a la salida del regenerador en los repetidores, donde la BER se acumula de salto a salto y entonces la probabilidad de error total del sistema es n veces la probabilidad de error de cada salto y n es el numero de saltos (En realidad la probabilidad de error total del sistema es la suma de las probabilidades de error de cada salto porque no son iguales exactamente cada una), esto es verdadero en un sistema severamente afectado en banda si el efecto «jitter» efectivo y pico a pico estan dentro de un 10% a un 20% de la duracion de los bits. Un conjunto de mediciones para la evaluacion del efecto «jitter», en una cascada de transmisores digitales y repetidores regenerativos se ilustra en la figura 4, donde el contador de frecuencia localizado a la salida del ultimo Receptor cuenta el numero de cruces por cero de la temporizacion recobrada, este proceso se repite para un numero de posiciones diferentes del pulso de temporizacion libre de «jitter». La teoria de operacion del medidor de «jitter» se muestra en la figura 5. Figura 4.

Conjunto de medicion de «jitter» que requiere un reloj de referencia libre de «jitter». Figura 5. Mediciones de «jitter» con el medidor de este efecto esquematizado en la figura 4. Cuando un pulso de reloj muestreado esta en una posicion xj menor que x0 entonces no hay entrada logica simultanea en la compuerta AND de la figura 4 y entonces por este desfasaje no hay respuesta en el contador de frecuencias, de otra forma cuando la muestra esta situada en xj mayor que x1 entonces el reloj muestreado y la senal con «jitter» tienen lugar simultaneamente, de manera que para este desfasaje el contador de frecuencias cuenta todos los pulsos de reloj, lo cual muestra la frecuencia de los pulsos.

El «jitter» pico a pico es igual a (x1–x0), esto corresponde con una diferencia de fase en el tiempo de dos instantes en los cuales el contador de frecuencias empieza a contar y cuando comienza a contar todos los pulsos de reloj, dividiendo el numero acumulado de cruces por cero por la frecuencia de reloj, se obtiene F(xj), es decir, la funcion de distribucion de probabilidades del «jitter», la funcion densidad de probabilidad del «jitter» f(xj) de la figura 5 se obtiene de F(xj) por: Ecuacion 1. En la ecuacion 1, xj es el instante de tiempo del correspondiente cruce por cero, el «jitter» efectivo simbolizado por Jrms se calcula por: Ecuacion 2 Donde el instante medio en la ecuacion 2, esta dado por: Ecuacion 3

En el metodo descrito se ha mostrado como medir y compactar con la ayuda de un medidor simplificado el «jitter» pico a pico, las funciones de distribucion y densidad de probabilidad de una senal con «jitter» y el «jitter» efectivo, este metodo se aplica a una gran variedad de senales variables aleatorias. La dificultad de este metodo solamente consiste en que requiere un reloj de referencia libre de «jitter» en el extremo Receptor. Mediciones de BER y efecto «jitter» para los sistemas en servicio La medicion mas poderosa en servicio de la BER es la tecnica de monitoreo de los pseudo-errores, ahora revisemos el metodo de medicion de la BER para los sistemas fuera de servicio y describiremos la teoria de los Detectores pseudo-errores y su aplicacion en el monitoreo de la operacion en servicio de los sistemas de radio digitales. La evaluacion de la robabilidad de error de un sistema digital de radio que no esta en operacion (Fuera de servicio), se hace con un patron de prueba pseudo-aleatorio predeterminado y conocido de antemano, el cual se transmite a traves del radiocanal, el instrumento de medicion del Receptor calcula la probabilidad de error al comparar los bits recibidos con una replica almacenada del patron de bits transmitidos, ahora la dificultad principal asociada con esta tecnica de medicion simple, es que no se usa para evaluar la operacion de un sistema en servicio que trafica el haz de datos desconocidos del abonado, el trafico tiene que ser interrumpido para ejecutar esta prueba del sistema, la duracion requerida de la medicion puede ser excesivamente larga, por ejemplo, para evaluar una BER de 10-9 de un haz de datos de 10Mbits/seg y suponiendo un estimado estadisticamente satisfactorio al menos 10bits erroneos se cuentan y la medicion dura aproximadamente 20minutos y esto no es practico para un radiocanal con desvanecimiento donde el resultado de la medicion en servicio de la BER sirve para el control principal de la senal del equipo de proteccion por conmutacion.

Para aumentar la rapidez del tiempo de evaluacion, los Detectores pseudo-errores utilizan una trayectoria de datos secundaria ademas de la trayectoria principal, la implantacion del Detector de pseudo-errores en un circuito demodulador QPSK a 40Mbits se muestra en la figura 6. Figura 6. Realizacion del detector pseudo-errores por modificacion del filtraje. El canal en fase (Canal I) y el canal en cuadratura (Canal Q) alimentan los demoduladores de simbolos binarios de fs=20MBauds con sus correspondientes regeneradores de datos a la salida, en este ejemplo se supone que el filtraje en el extremo Receptor se ejecuta exclusivamente por medio de filtros pasa bajos de post-modulacion para una velocidad de los datos de 40Mbits/seg (20MBauds) el minimo ancho de banda del filtro pasa bajo LPF1 es de 10Mhz y si la relacion S/N a la entrada del regenerador es de 15dB entonces la BER de los datos es de 10-8.

En la trayectoria secundaria de los datos, un aislador («Buffer») se inserta para evitar la carga de los datos del trayecto principal y a la salida del «Buffer» existe un filtro pasa bajo LPFp, el cual se disena para tener un ancho de banda de ruido tan grande como el doble que el ancho de banda del filtro LPF y la potencia de senal demodulada a la salida de los filtros LPF y LPFp es aproximadamente la misma, estas potencias de senal son iguales dentro de 0,6dB si uno de los filtros y el otro conjuntamente con el amplificador «Buffer», tienen la misma perdida de insercion, suponiendo que el ruido blanco aditivo gaussiano es solamente la causa del mecanismo generador de errores, la potencia de ruido a la salida del filtro LPFp sera 3dB mayor que la salida del filtro LPF (Esto ocurre porque el AWGN tiene una densidad espectral constante y la potencia total de ruido esta directamente relacionada con el ancho de banda del filtro), entonces en este caso la relacion (S/N)p en la trayectoria pseudo-error es igual a 15dB-3dB=12dB y esta relacion corresponde a una probabilidad de error Pep de aproximadamente 10-5. En un sistema en operacion (S/N), (S/N)p, Pe, Pep, son cantidades desconocidas y luego la idea ingeniosa de que el circuito de pseudo-deteccion use una compuerta OR exclusiva (XOR), permite obtener asi un numero el cual es directamente proporcional a la BER desconocida del sistema en operacion, la compuerta OR exclusiva tiene la siguiente tabla de verdad: Entrada 1. | Entrada 2. | Salida. | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | Tabla 1. Ley combinatoria de la compuerta XOR.

Si Pe y Pep son ambas cero (10-8 ), entonces los mismos datos estan presentes en ambas entradas de la compuerta XOR, entonces en este caso la salida de la compuerta XOR es continuamente cero, ahora si los errores en la trayectoria de los datos no ocurren simultaneamente con los errores en la trayectoria del pseudo-generador, entonces de la salida de la compuerta XOR aparecera un estado unitario cuando hay un error en solo una de las dos trayectorias, en nuestro ejemplo la trayectoria pseudo-error tiene Pep=10-5 y por consiguiente la BER es 103 veces mayor que la BER de 10-8 de la trayectoria de datos principal, entonces la salida de la compuerta XOR brindara un estado logico «1» a una frecuencia la cual es directamente proporcional a Pep-Pe Pep (Es decir 10-5-10-810-5 ). Para finalizar veamos las tecnicas de medicion del efecto «jitter» en servicio, n la figura 4 se analizo un conjunto de mediciones simple del efecto «jitter» este conjunto es recomendado para mediciones en laboratorio y en pruebas de aceptacion en fabrica, pero no es apropiado para mediciones en el campo donde la distancia entre los saltos consecutivos prohibe la obtencion economica de una portadora separada para el reloj de referencia libre de «jitter», en este metodo simple el generador PRBS de la figura 4 puede ser reemplazado por la fuente de trafico de los abonados en servicio y entonces el problema principal de las mediciones en servicio del efecto «jitter» es el de generar un reloj de referencia libre de «jitter» en el extremo Receptor o encontrar un metodo alternativo por el cual se pueda estimar el «jitter» del sistema aun cuando no este disponible un reloj libre de «jitter», es por ello que veremos asi metodos alternativos, aun cuando son mas dificultosos de realizar que el metodo empleando el reloj de referencia libre de «jitter» en el extremo Receptor, sin embargo, puede no resultar la mejor variante pero la importancia de las mediciones en servicio del efecto «jitter» en los sistemas de microondas digitales quedo esclarecido en la figura 1 y entonces el disenador en estas condiciones no puede asegurar que su efecto «jitter» esta dentro de las especificaciones establecidas. Cuando un equipo digital de radio abandona la plataforma de produccion de cualquier fabricante respetable, tendra su «jitter» dentro de las especificaciones, despues de la instalacion es posible que el equipo se desajuste, las variaciones de la temperatura, la humedad, cualquier tipo de ruido o interferencia, la edad de los componentes o cualquier otra causa, pueden ser tales que el «jitter» de extremo a extremo se torne excesivo pudiendo ser excesivo solamente durante cierto periodo de tiempo en el dia, mientras que a otras horas la BER del sistema no se degrada notablemente y entonces pueden no notarse las afectaciones.

Si se supone que aun con el mejor equipo, una degradacion variable en el tiempo es una posibilidad real entonces puede ser peligroso suponer la disponibilidad de una senal de referencia libre de «jitter», por ejemplo, en un sistema radio digital a 400Mbits/seg, puede ser dificultoso obtener un reloj de referencia libre de «jitter» para propositos de medicion, la duracion de un bit es de 2,5seg (2,5×10-9 seg) entonces una senal de referencia libre de «jitter» deberia tener un «jitter» el cual sea al menos 10 veces mas pequeno que la duracion de los bits esto es 0,25seg, por lo que debe ser dificil tener un monitor en servicio para asegurar que la referencia libre de «jitter» no exceda los limites especificados, se desprende que para menores velocidades binarias puede ser dificultoso asegurar que la referencia libre de «jitter» supuesta posee esta cualidad todo el tiempo y el principio de una medicion en servicio del efecto «jitter» que no requiere una referencia libre de «jitter» se ilustra en las figuras 7 y 8, metodo desarrollado por el Dr. Kamilo Feher. Figura 8. Conjunto de mediciones en servicio de «jitter». Figura 9.

Diagrama en el tiempo de un reloj y de un pulso de forma estrecha ambos con «jitter». El reloj regenerado CJ tiene un «jitter» en servicio desconocido, este se abre en dos partes; la trayectoria superior tiene un desfasaje fijo que es un multiplo natural del periodo de un bits de reloj, el proposito de esta linea de desfasaje fija es la de brindar un reloj con «jitter» a la entrada de la compuerta AND tal que el «jitter» desfasado tenga el mismo valor pico a pico y densidad de probabilidad que el reloj regenerado original CJ, luego debido al gran desfasaje (Tipicamente n10) la correlacion entre las dos trayectorias del «jitter» es despreciable.

El generador de barrido de muy baja frecuencia automaticamente coloca el desfasaje de la linea de retardo variable a diferentes valores, el efecto de la linea de retardo variable en la posicion del reloj con «jitter» y sin e se explica en la figura 8, el resto del la medicion en servicio tiene el mismo principio de operacion que los descritos para los sistemas fuera de servicio, la unica diferencia es que en este metodo no se requiere un reloj de referencia libre de «jitter» el cual se reemplaza por un reloj de referencia con este efecto que tiene la misma cantidad de «jitter» que el reloj regenerado de este parametro desconocido y entonces el contador muestra un «jitter» pico a pico el cual es el doble que el reloj con «jitter» desconocido.

En conclusion el ingeniero de sistemas debe tener en mente que en un sistema digital de radio de varios saltos que tenga un gran numero de repetidores regenerativos en cascada, hay dos parametros de operacion del sistema los cuales tienen un efecto acumulativo y se degradan a medida que el numero de saltos es mayor, los cuales son: el «jitter» y la probabilidad de error (BER), luego es deseable que los sistemas digitales modernos de radio tengan incorporadas facilidades que monitoreen continuamente estos parametros del sistema. Aplicacion de las tecnicas de medicion GPS en tiempo real con precision centimetrica a levantamientos batimetricos. La continua evolucion de los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS) esta haciendo posible su introduccion, cada vez mayor en aplicaciones topograficas, precisamente una de estas aplicaciones son los levantamientos batimetricos.

Existe gran variedad de metodos para realizar los levantamientos batimetricos, pero sin lugar a dudas el mas extendido y utilizado por los profesionales de la topografia, es el metodo combinado de GPS + Ecosonda Digital, esta ultima metodologia desarrollada, gracias a una alta sincronizacion Ecosonda-GPS posee una mayor precision en el levantamiento planimetrico y altimetrico (X, Y, Z, p). Medicion de Pseudodistancias. Con los metodos de medicion del sistema GPS, se miden distancias entre la antena del Receptor y los Satelites. Para la solucion geometrica son suficientes tres mediciones de este tipo: La posicion de la antena viene dada por el punto de interseccion de tres esferas, con la posicion de los satelites como centro de las esferas y tres distancias medidas como radios. La distancia desde el Receptor al Satelite se obtiene por medio de una medicion del tiempo de propagacion con ayuda del codigo GA, o bien, el codigo P.

Simplificando se puede representar como sigue: El Satelite transmite un impulso (Codigo), el cual contiene como informacion adicional el instante de la emision (a) y en el Receptor se mide el momento de llegada (b) del impulso y se lee la informacion contenida sobre el instante de emision, la diferencia de tiempo (b-a) multiplicada por la velocidad de propagacion de la senal da la distancia siempre que el reloj del Satelite y del Receptor esten perfectamente sincronizados, ya que normalmente este no es el caso, se obtiene una distancia falsa proporcional a la diferencia de relojes, dicha diferencia o desfase de relojes va a entrar como una incognita mas en las ecuaciones del calculo de la distancia al Satelite. Medida de Codigo: Pseudodistancia en metros de acuerdo con la definicion: Constante del reloj del Receptor. Constante del reloj del Satelite. Instante real de la Transmision de la senal.

Instante de la Transmision en el marco de tiempo real del Satelite. Instante real de la Recepcion de la senal. Instante de Recepcion de la senal en el marco de tiempo del Receptor. La Pseudodistancia no esta corregida de efectos externos: retardo ionosferico, refraccion atmosferica, error del reloj del satelite, etc. Medicion de distancias con medidas de fase. Contrariamente a la Pseudodistancia, en la que se mide el tiempo de propagacion con ayuda de los codigos modulados C/A o P, aqui se mide el desfase de la onda portadora y la fase de la senal llegada del Satelite es comparada con la fase de una senal de referencia generada en el Receptor.

Del desfase se obtiene una parte de la distancia como parte de la longitud de onda; esto significa en la medicion hecha la frecuencia L1, que es una parte de la distancia comprendida en 1cm, en la frecuencia L2 en 24cm y esto con resolucion en el ambito sub-milimetrico, en principio el numero de longitudes de ondas completas en la distancia Satelite-Receptor permanece desconocido, es por ello que el programa de calculo tiene que estar en condiciones de determinar el numero de longitudes de onda desconocidas para poder calcular las coordenadas de la estacion. Medida de portadora de fase: Fase continua expresada en ciclos de las portadoras L1 y L2, de acuerdo con la definicion: phi = Fase Generada por Receptor-Fase Recibida. Metodo Diferencial. Las senales de los Satelites son recibidas simultaneamente por dos Receptores y con este metodo se anulan un cierto grado de errores inevitables como la imprecision de la orbita del Satelite y se obtiene con ello una mayor recision que con la determinacion de un punto aislado, es entonces donde se utiliza el metodo de medicion de fase que da una mayor precision que el de la medida de la Pseudodistancia y evidentemente es necesario restituir en un ordenador los puntos medidos en distintas estaciones. Los errores que se eliminan utilizando el Metodo Diferencial son los siguientes: * Disponibilidad Selectiva. (SA) * Retardo Inosferico. * Retardo Troposferico. * Error en las efemerides. * Error del reloj del Satelite. Medicion GPS Diferencial en tiempo real para batimetria. Como hemos podido ver anteriormente, solamente con el Metodo Diferencial se pueden obtener altas precisiones, debido a que con este metodo se anulan las principales fuentes de error, esto exige el trabajar con dos Receptores GPS de forma simultanea y basicamente obtendremos de forma precisa la posicion relativa entre ambos Receptores.

Para la realizacion de batimetrias utilizaremos el metodo diferencial en tiempo real, es decir, dispondremos de nuestra posicion precisa en el instante de medicion, esto es posible gracias a un Radio enlace entre la estacion de referencia y el equipo movil que va instalado en la embarcacion, la precision que se puede obtener en la posicion esta condicionada por el tipo de observable que utilicemos, es decir, codigo o fase y dicha precision va a ser la que determine nuestra metodologia de trabajo. Antes de continuar expondremos las dos tareas que tienen que cumplir un sistema para levantamiento batimetrico: 1) Navegacion, es decir, el sistema debe de ser capaz de indicarnos que camino debemos de seguir para no crear zonas de solapes indeseados o bien que nos indique por donde debemos llevar la embarcacion por unos perfiles predeterminados. ) Sincronizacion de los datos recibidos por el instrumento de medidas de profundidades (En nuestro caso, Ecosonda) y por el instrumento que nos indica plan metricamente, donde se ha producido esta medida de profundidad. (GPS) Los sistemas clasicos utilizados hasta el momento solucionaban el problema de diferentes maneras. Escandallo y metodos topograficos clasicos. Escandallo: Las primeras sondas eran simples pesos de plomo de forma troncoconica (Escandallo) atados a una cuerda (Sondaleza), que se dejaba caer hasta tocar el fondo, este tipo de sonda solo se utiliza hoy en dia para trabajos muy expeditos y cercanos a la costa para obtener calidades de fondo.

Para tomar la posicion existen dos variantes: Metodo Interseccion Directa: Se marran las cabeceras de los perfiles a seguir por la embarcacion y se estaciona uno de los teodolitos en el perfil, orientando en otro de los perfiles, este teodolito introducira a la embarcacion dentro del perfil y cambiara de estacion para cada perfil, el otro teodolito se coloca en otro punto de coordenadas conocidas y tomara lectura angular marcando el instante para tomar lectura de profundidad con el escandallo. Metodo Polar: Este metodo solo requiere de una estacion total o teodolito y distancio metro, estacionado en la cabecera de cada perfil y orientado pertinentemente.

La estacion total obtendra las coordenadas de un prisma, o conjunto de prismas, instalados sobre la embarcacion y a su vez guiara a la embarcacion a lo largo del perfil, deben de sincronizar el momento de medicion sobre el prisma y el momento de lectura de profundidad con el escandallo. Este sistema presenta varios errores, en sus dos variantes y por una parte, se necesita una gran coordinacion en el momento de la medicion de distancia y profundidad, ya que por muy bien que se realice la sincronizacion siempre existe una diferencia entre el punto de visualizacion y el punto de fondeo del escandallo y por otra parte, el error mas importante es el valor de la profundidad, pues la estimacion visual que se realiza en el escandallo hay que corregirle de la variacion del nivel del mar, asi como de las oscilaciones del barco producidas por el oleaje. Ecosonda y metodos topograficos clasicos.

Este sistema es identico al anterior en cuanto a la metodologia empleada en el metodo topografico y en sus dos variantes, lo que varia es el metodo de medicion de profundidad, que en este caso se realizara con una sonda que detallaremos a continuacion. Las primeras sondas eran manuales, actualmente dibujan directamente el perfil del fondo mediante un procedimiento analogo al de los sismografos y donde el equipo de sondeo esta disenado para producir el sonido, recibir y amplificar el eco, medir el tiempo transcurrido desde la emision y la recepcion del sonido, asi como convertir este intervalo de tiempo en unidades de profundidad y registrar estas medidas de profundidad en una banda de papel instalado sobre un tambor giratorio.

El sonido es producido por un «Transductor», que automaticamente convierte un impulso electrico en una onda sonora, el Transductor tambien recoge el eco reflejado por el fondo y lo convierte en una senal electrica, que es amplificada y registrada en unidades de profundidad sobre una banda graduada. Las ondas sonoras son emitidas por el Transductor a intervalos de tiempo muy cortos; asi por ejemplo un modelo portatil de sonda de esta clase, cuya maxima profundidad de alcance no llega a los 75m, hace los sondeos a la velocidad de 600 por minuto. El sonido atraviesa el agua a una velocidad casi constante, pero esta velocidad (Aproximadamente 1440m/s) varia con la temperatura, salinidad y profundidad (Presion).

Los instrumentos de sondeo acustico operan para cierta velocidad del sonido, que se llama «Velocidad de Calibracion» y todos los sondeos estan afectados por un error cuya magnitud es directamente proporcional a la diferencia entre la velocidad de calibracion y la real de transmision en el agua al hacer el sondeo, existen tablas que dan la correccion que hay que aplicar para los distintos valores de la temperatura, la salinidad y la profundidad. Muchas de las sondas portatiles de esta clase estan equipadas de modo que se puedan corregir antes de hacer los sondeos, teniendo en cuenta dichos valores para obtenerla profundidad real del sondeo. Este ajuste se hace bajando una barra de contraste hasta cierta distancia por debajo del Transductor y regulando la velocidad de transmision, ganancia, etc. de modo que el instrumento registre la profundidad real de la barra, las sondas de eco tienen de ordinario una precision instrumental que varia desde unas centesimas por ciento de la profundidad, en las grandes instalaciones permanentes hasta 0,5% de la profundidad en las sondas portatiles y el valor medio de la velocidad de propagacion de las ondas acusticas en el mar es 1500m/s, dicho valor, sin embargo es incierto y una fuente de error clara. El metodo de levantamiento con Ecosonda y metodos clasicos es mas preciso en sus dos variedades que el anterior, sobre todo en lo que se refiere a profundidad que es mas preciso y rapido (Despues de una adecuada calibracion de la sonda).

Tendremos especial cuidado en realizar frecuentes calibraciones del Ecosonda para alcanzar unas medidas de profundidad mas fiables. Una de las principales fuentes de error es debida a las variaciones de marea y oleaje durante la realizacion de la batimetria, donde el error debido a la variacion de la marea, se corrige mediante el registro de estas variaciones, despues de realizar unas medidas periodicas a lo largo del dia del trabajo. En cuanto al error debido al oleaje, nos encontramos con un problema de dificil y costosa solucion ya que es necesaria la utilizacion de equipos de compensacion de oleaje. Ecosonda y GFS. (Con observable de codigo). Este el metodo utilizado desde algunos nos por numerosos profesionales para realizar levantamientos batimetricos y que muchos fabricantes de accesorios para la navegacion, han incorporado en su gama de productos como equipos estandar y soluciones totalmente terminadas, pero que solamente se pueden utilizar para levantamientos expeditos con precision del entorno del metro, debido a factores que mas tarde analizaremos. Basicamente el equipo se compone de los siguientes elementos, como se muestra en la figura 10: Figura 10. Equipos que componen al Ecosonda y GFS. Se estaciona en tierra en un punto de coordenadas conocidas, un equipo de una o dos frecuencias enviando por un Radio Modem correcciones estandar de codigo RTCM. Radio Technical Commission for Maritime Services), en la embarcacion se coloca un equipo GPS de una frecuencia (Suficiente para este tipo de aplicacion) y la Ecosonda Digital, es importante instalar la antena GPS sobre la misma vertical que el Transductor de la Ecosonda, para de esta manera no sea necesario el realizar correcciones por la excentrica de antena GPS y Transductor. Una vez instalados estos dos elementos, se envia a traves de los puertos serie de un PC el mensaje NMEA corregido de Pseudodistancia, desde la estacion de tierra y por otra parte la lectura de profundidad desde la ecosonda, en el PC va instalado un programa de navegacion que es el encargado de realizar las dos tareas que debe de realizar un equipo batimetrico: Navegacion y Sincronizacion de los datos procedentes de la Ecosonda y el GPS (X, Y, Profundidad).

Deciamos que es una solucion estandar porque los programas de navegacion incorporan el protocolo de comunicacion con las distintas marcas y modelos de GPS asi como de Ecosondas. Este sistema proporciona un rendimiento inigualable comparado con cualquiera de los metodos anteriormente citados ya que podemos levantar puntos (X, Y, Profundidad) con cadencia de un segundo e incluso de fracciones de segundo y por otra parte tampoco es necesario un operario en tierra que vaya guiando la embarcacion puesto que dispondremos de la informacion necesaria para situarlo con suficiente precision sobre el perfil teorico. Pero por el contrario tendremos estos errores e inconvenientes: 1) Error en la posicion de caracter sub-metrico debido a la precision que proporcionan las observables GPS de solo Codigo. ) Errores debido a la sincronizacion entre el instante de toma de posicion y profundidad: Los programas estandar de navegacion no estan disenados para trabajar con un alta precision, ya que la sincronizacion se realiza con asignacion de tiempos por entrada de datos en las puertas serie del PC, hay algunos programas de navegacion, en los cuales podemos introducir un retardo aproximado desde el instante de toma de posicion o profundidad hasta el momento de anexion de datos de profundidad y posicion, hemos podido estimar que este retardo es variable en funcion de diversos factores, estimando que el retardo sufrido se halla en el entorno de 1 a 3Segundos, este error se hace patente cuando el terreno a levantar tiene una gran pendiente y conforme se aumenta la velocidad de desplazamiento de la embarcacion. ) Sigue indeterminado el problema de mareas y oleaje de una manera integrada en el, mismo sistema, debiendo corregir estos errores del mismo modo que en los metodos anteriores. 4) Se precisa de instrumentacion clasica para realizar el trabajo de tierra; cabecera de perfiles, bases, etc. Ecosonda digital y GPS. (Con observable de fase). Basicamente el sistema se compone de los siguientes elementos: 1) Como estacion de referencia dispondremos de un Receptor GPS de doble frecuencia, Unidad de Control conectada a un Radio Modem enviando correcciones de codigo y mensaje con observable de fase en tiempo real. 2) Como se muestra en la figura 11, el sistema a bordo de la embarcacion esta compuesto por: Un Receptor GPS de doble frecuencia.

Unidad de Control en la que corre el Software para el tratamiento de observables de fase en tiempo real. Radio Modem recibiendo las correcciones procedentes del equipo de referencia, Ecosonda digital y PC portatil. Figura 11. Composicion de un sistema a bordo de la embarcacion. En cuanto a las conexiones se puede observar que existen dos variantes, en relacion al sistema estandar de batimetria con GPS, segun se muestra en la figura 12. * a) En primer lugar, consideramos el hecho de utilizar como opcion mas aconsejable, Receptores de doble frecuencia puesto que al trabajar con medidas de fase, es necesaria la inicializacion para la resolucion de ambiguedades y tan solo los equipos de oble frecuencia son capaces de inicializar en movimiento (OTF), evitando por tanto tener que desmontar el equipo de la embarcacion e inicializar en tierra cada vez que el sistema se quede con menos de 4 Satelites, con un equipo de estas caracteristicas y utilizando el metodo apropiado se puede obtener en tiempo real, coordenadas en el sistema de referencia Local, con precision de 2 a 3cm + 1ppm, tanto en planimetria como en altimetria, el hecho de obtener la cota del punto nos permite realizar la batimetria sin tener en cuenta el estado de la marea y corregir la variacion de altura de la antena GPS-Transductor, debido al oleaje. Figura 12. Elementos que intervienen en un Sistema estandar de Batimetria con GPS. b) En segundo lugar se consigue un grado de sincronizacion mucho mas alto debido a que todos los registros tomados, tanto la posicion de la antena GPS (X, Y, Z) como la profundidad medida por la Ecosonda, incorporan una senal de tiempo enviada por el Receptor GPS (Segun se muestra en la figura 13) que nos permite realizar una correlacion entre ambas medidas. Figura 13. Equipo Receptor GPS. Para ello es imprescindible que la Ecosonda incluya la posibilidad de entrada del mensaje NMEA (El cual incluye el instante de la toma de la posicion en Tiempo GPS), para que de esta manera asocie instante de toma de posicion (X,Y, Z) al instante de toma de profundidad, los datos de profundidad mas tiempo quedan almacenados en el PC portatil, el cual incluye el Software de navegacion, cuya unica mision es a de planificar los perfiles y guiarle por ellos, de esta manera evitamos la deficiente sincronizacion que nos proporciona este tipo de programas. Existe una configuracion alternativa que nos permite simplificar el sistema, para ello es necesario que el sistema GPS posea una Unidad de Control con la capacidad de gestion y replanteo de lineas (Perfiles), como por ejemplo la CR344 del Sistema 300 de Leica, que fue el equipo con el que se realizaron todas las pruebas y de este modo podemos eliminar de la configuracion el Software de navegacion y sustituir el PC por un Palmtop PC cuya autonomia y tamano es mas apropiado para su instalacion en pequenas embarcaciones. Conclusiones

En el diseno realizado se pudo corroborar lo planteado en la introduccion en cuanto al relieve del terreno, el cual es predominantemente bajo como se muestra en el papel de 4/3 habiendo una sola elevacion a tomar en cuenta. * Se realizo un analisis para dos valores posibles de K previendo posibles situaciones ambientales anomalas. * En el analisis se dio como resultado que para la 1ra Zona de Fresnel continuara liberara en un 71% en los 2 valores posibles de K analizados, la antena Receptora tendra una altura de 60Km y la antena Transmisora tendra una altura de 40m. * Se realizo un Balance Energetico tomando en cuenta todas las posibles perdidas que afectan las senales a esta frecuencia y tomamos en cuenta los valores de potencia y sensibilidad de los equipos a utilizar, pudiendo comprobarse con los calculos realizados que el ivel de senal mas bajo que llega al Receptor esta muy por encima del valor de sensibilidad del mismo, teniendo en cuenta por lo tanto un margen de umbral (MU) mayor que ? 0? En cuanto a las tecnicas de medicion planteamos una de las mas conocidas y a modo de conclusion sobre el mismo se nombrara las siguientes ventajas con respecto a cualquier sistema estandar de batimetria con GPS: * Se dispone de una precision de 2cm a 3cm + 1ppm en la posicion de la antena GPS (X, Y, Z) frente a la posicion sub-metrica ofrecida por otras soluciones. * La sincronizacion entre el instante de toma de posicion y profundidad se realiza de forma mas eficaz mediante el metodo anteriormente descrito, proporcionado grados de sincronizacion por debajo del Segundo. En cuanto a la compensacion de los errores debidos al efecto de mareas y variacion de altura debida al oleaje, quedan total y automaticamente eliminados al disponer de cota precisa en la posicion de la antena GPS, debemos de tener en cuenta los errores accidentales producidos por cabeceo y balanceo de la embarcacion, estos errores se pueden minimizar acortando la distancia entre antena GPS y Transductor, sobre todo consideramos imprescindibles el aprovechar los momentos del mar en calma para la realizacion de batimetrias. * Ya que se requiere un equipo de precision centimetrica para realizar este trabajo, no es necesaria instrumentacion clasica para completar el trabajo en tierra, ademas al disminuirse el numero de instrumental a bordo es posible trabajar con embarcaciones de poco calado que nos permita una mayor aproximacion a tierra. Este sistema ha sido desarrollado gracias a una colaboracion de LEICA e INTOPSA que actualmente utiliza este sistema obteniendo un rendimiento y res