Operación de micrófonos inalámbricos y coordinación de radio frecuencias Gerente de Desarrollo de Mercado Gabriel Benitez

Agenda Información básica sobre la radio frecuencia   Propiedades de una onda de radio   Dentro de un sistema inalámbrico

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

2.  Interferencia multivía   Antenas diversificadas y no diversificadas

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

4.  Squelch   Tipos de circuitos squelch

5.  Baterías   Alcalinas vs recargables

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

Transmisión de la radio frecuencia •  Ondas de radio: –  Variaciones de un campo electro magnético en el espacio –  Pueden viajar por grandes distancias desde su fuente

Eje y

Eje x

Campo eléctrico

•  Señales de radio: –  Ondas de radio son “moduladas” para llevar información –  Pueden ser manipuladas en amplitud, frecuencia o fase

Campo magnético Dirección de propagación

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

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

•  Polarización: –  Componente eléctrico es perpendicular al componente magnético –  Una onda de radio es polarizada en el sentido de su componente eléctrico –  Generalmente es paralelo al eje de la antena transmisora

El espectro de radio Frecuencia en Hz

Rayos gama, rayos cosmicos

Luz visible Rayos X

HF

VHF

AM radi o

UHF

FM radio

EHF

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

SHF

104

LF

MF

Radar, microondas

VLF

Televisión e sistemas inalámbrico s

104 103

102

10

1

Ultra violeta Infraroja

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

Longitud de onda en metros

Amplitud

Amplitud modulada (AM)

Tiempo

Amplitud

Frecuencia modulada (FM)

Tiempo

Amplitud

Espectro de FM: señal no modulada

Frecuencia

f0

Amplitud

Espectro de FM: señal modulada

Frecuencia

f0 (f0 - desviación)

(f0 + desviación)

Ecuación de una onda de radio

C=LxF C = velocidad de la luz, L = longitud de onda, F = frecuencia C = 3 X 108 metros / segundo L = 300 / F en metros, donde F = frecuencia en MHz UHF

VHF

100

200

300

400

3.0

1.5

1.0

0.75

500

0.6

600

0.5

700

800

0.43

0.375

900 MHz

0.333 Metros

Propagación: Longitud de onda vs obstáculo

Obstáculo de metal Longitud de onda

Longitud de onda > obstáculo: LA ONDA SIGUE DE LARGO

Propagación: Longitud de onda vs obstáculo

Longitud de onda Metal Obstacle Obstáculo de metal

Longitud de onda < obstáculo: LA ONDA ES REFLEJADA

Propagación: Longitud de onda vs obstáculo Obstáculo de metal

Longitud de onda

Apertura

Longitud de onda > apertura: LA ONDA ES REFLEJADA

Propagación: Longitud de onda vs obstáculo Obstáculo de metal

Longitud de onda

Apertura

Longitud de onda < apertura: LA ONDA PASA

Información básica sobre la radio frecuencia Adentro de un sistema inalámbrico

Procesamiento a la señal de audio •  Reducción de ruido –  Pre-énfasis y de-énfasis

•  Mejoramiento al rango dinámico –  Sistemas de companding

•  Posible procesamiento análogo o digital

Audio

CODIFICAR

TRANSMITIR

RECIBIR

RF

DESCODIFICAR

Audio

Transmisor: controlado por cristal

Cristal de cuarzo

Preamp

Pre-énfasis

AF

Compresor

Oscilador controlado por voltage (VCO)

Multiplicadores

RF

RF Amp

Transmisor: síntesis de frecuencia

Preamp

Pre-énfasis

Compresor

VCO sintetizado

RF Amp

Divisor de frecuencia Programable – controlador PLL

AF

RF

Ecualización pre-énfasis 24dB

20dB

16dB

12dB

8dB

Amplitud

4dB

0dB

-4dB 10 Hz Frecuencia

30 Hz

100 Hz

300 Hz

1 KHz

3 KHz

10 KHz

30 KHz

Ecualización de-énfasis +4dB

0dB

-4dB

-8dB

-12dB

Amplitud

-16dB

-20dB

-24dB 10 Hz Frecuencia

30 Hz

100 Hz

300 Hz

1 KHz

3 KHz

10 KHz

30 KHz

Compander (2:1, relación fija)

+20 dB

(Audio: clipping)

(Audio: clipping) +10 dB (sobre modulado)

+10 dB

+10 dB

0 dB

0 dB

-10 dB -20 dB -30 dB -40 dB -50 dB

+20 dB

Transmisor: 100 dB rango dinámico

-60 dB

Link de radio: 50 dB rango dinámico -40 dB (Radio: ruido)

-10 dB

Receptor: 100 dB rango dinámico

-20 dB -30 dB -40 dB -50 dB -60 dB

-70 dB

-70 dB

-80 dB (Audio: ruido)

(Audio: ruido)

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

-80 dB

Compander (relación variable)

+20 dB

(Audio clipping)

(Audio clipping) +10 dB (sobre modulado)

+10 dB

+10 dB

0 dB

0 dB

-10 dB -20 dB -30 dB -40 dB -50 dB

+20 dB

Transmisor: 100 dB rango dinámico

-60 dB

Link de radio: 50 dB rango dinámico -40 dB (Radio: ruido)

-10 dB

Receptor: 100 dB rango dinámico

-20 dB -30 dB -40 dB -50 dB -60 dB

-70 dB

-70 dB

-80 dB (Audio: ruido)

(Audio: ruido)

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

-80 dB

Audio Reference Companding •  No afecta las señales bajas de audio •  Relación de compresión varía con el nivel del audio •  Mejora la relación de señal / ruido y el rango dinámico Entrada Compresor -60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20 20 10 0 -10 Salida Compresor -20 -30 -40 -50

Ruido de piso de RF

-60

Audio Reference Companding •  Una señal de audio inalámbrica suena casi idéntico a una señal de audio con cable

Beta 87A con cable

Beta 87A inalámbrico con Audio Reference Companding

Beta 87A inalámbrico con companding 2:1

Receptor: controlado por cristal

Mixer

Front End

Filtro de frecuencia intermedia (IF)

IF Amp

FM Desmodulador

Expansor

De-énfasis

Amp

oscilador

Cristal Cuarzo

local

RF

IF (10.7 MHz typical) Receptor de una conversión

Audio

AF

Receptor: síntesis de frecuencia

Mixer

Front End

Divisor de frecuencia Programable – controlador PLL

Filtro de frecuencia intermedia (IF)

IF Amp

FM Desmodulador

Expansor

De-énfasis

Amp

oscilador local

RF

IF (10.7 MHz typical) Receptor de una conversión

Audio

AF

Front End: filtro Track Tuning •  Tecnología de filtros de RF avanzada •  Filtro se mueve junto a la frecuencia seleccionada maximizando la aislación de la señal al ruido

Frecuencia seleccionada Filtro Ancho de banda efectivo ~ 20MHz

60 MHz

Front End: filtro Track Tuning •  Mejora la selectividad y recepción •  Complementa el uso de antenas y accesorios de banda ancha •  Elimina las limitaciones de ancho de banda

Frecuencia seleccionada Filtro Ancho de banda efectivo ~ 20MHz

60 MHz

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

Fuentes de interferencia •  Canales de televisión –  Transmisiones análogas –  Transmisiones digitales

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

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

Espectro - canal de televisión análoga (NTSC)

Video (imagen)

Audio (sonido )

Amplitud

Croma (color)

1.25 MHz

3.58 MHz fv

Frecuencia

6 MHz

.25 MHz fc

fa

Espectro - canal de televisión análoga (PAL)

Video (imagen)

Audio (sonido )

Amplitud

Croma (color)

1.25 MHz

4.43 MHz fv

Frecuencia

8 MHz

.25 MHz fc

fa

Amplitud

Espectro - canal de televisión digital (DTV)

6 MHz Frecuencia

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

•  Existen diferentes canales en diferentes ciudades •  TV análoga y TV digital (DTV) presentan el mismo efecto: –  Más cortes de señal de RF –  Rango reducido –  TV análoga y digital afecta la calidad de audio por igual

•  Televisión digital puede ser VHF o UHF

Espectro UHF: interferencias de canales de TV •  ¡Evitar canales de televisión ocupados!

Fuentes de interferencia secundarias •  Transmisiones de radio desconocidas –  –  –  –  – 

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

•  Equipos digitales –  –  –  –  – 

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

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

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

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

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

Frecuencia

Productos de intermodulación transmisores •  •  •  • 

Causado por falta de linealidad en los circuitos Ocurre entre dos o más transmisores Generado en transmisores y o receptores Intensidad de productos de IMD –  Proporcional al cuadrado de la potencia de transmisión –  Inversamente proporcional al cuadrado de la separación de la transmisión

Circuitos lineales vs. No lineales

590 595

Circuito lineal

590 595

MHz

Circuito no lineal

MHz

575 580 585 590 595 600 605 610

MHz

Intermodulación •  Productos matemáticos de dos frecuencias –  Segundo orden •  •  •  • 

2 x f1 2 x f2 f1 + f2 f1 - f2

–  Tercer orden •  •  •  •  •  • 

3 x f1 3 x f2 (2 x f1) + f2 (2 x f1) - f2 (2 x f2) + f1 (2 x f2) - f1

–  Cuarto orden •  •  •  •  •  • 

(3 x f1) + f2 (3 x f1) - f2 (3 x f2) + f1 (3 x f2) - f1 (2 x f1) + (2 x f2) (2 x f1) - (2 x f2)

–  Quinto orden •  •  •  • 

–  Etc

(3 x f1) + (2 x f2) (3 x f1) - (2 x f2) (3 x f2) + (2 x f1) (3 x f2) - (2 x f1)

Intermodulación: 2 transmisores - 3er orden 590

595

(2 x 590)-595=585

? 585

185

(2 x 595)-590=600

590

190

IM1 = 2xf1 – f2

595

195

? 600

200

IM2 = 2xf2 – f1

4 frecuencias ocupadas

Intermodulación: 3 transmisores - 3er orden 590

595

603

603-595+590=598 595+590-603=582

603+595-590=608

? 582

590

185

IM1 = f1+ f2 – f3

190

595

195

598 ?

603

608 ?

200

IM2 = f1 – f2 + f3

3 frecuencias más ocupadas

IM3 = f2+ f3 – f1

Intermodulación: 2 & 3 transmisores - 3er orden 590

595

? 600

? 590 ? 577

582 ?

585 ?

603

590

595

? 598

603

12 frecuencias ocupadas

? 608

? 611

? 616

8 transmisores encendidos

Escaneo con transmisores apagados

Escaneo usando receptores UHF-R y 8 transmisores encendidos

9 transmisores encendidos

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

Armónicos de cristal •  Son generados por los circuitos multiplicadores en transmisores de cristal •  No se producen en circuitos de frecuencia sintetizada

120

140

160

180

200

220

240

Armónicos de cristal

f0 f0-2f0/x Transmisores de frecuencia sintetizada: no existen multiplicadores – no existen armónicos

f0-f0/x

f0

f0+f0/x

f0+2f0/x

Transmisor controlado por cristal: x multiplicadores = armónicos de cristal

Interferencia del oscilador local

Si f2=LO1, el receptor 1 puede interferir con el receptor 2 Si f1=LO2, el receptor 2 puede interferir con el receptor 1

LO1

LO2 Receptor 1

Sintonizado a: f1 (LO1=f1-IF)

Receptor 2

Sintonizado a: f2 (LO2=f2-IF)

Frecuencia de imagen de baja injección

IF

fimage=f0-2xIF

IF

fLO=f0-IF

f0

Frecuencia de imagen de alta injección

IF

f0

IF

fLO=f0+IF

fimage=f0+2xIF

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

-o•  Calcular un grupo compatible de frecuencias: –  Considerar distancia mínima entre frecuencias –  Considerar distancia entre frecuencias e IMD –  Debe ser calculado por programa de computadora – WWB o equivalente

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

Grupos compatibles pre-seleccionados

Grupo preseleccionado

Todos los canales de este grupo son compatibles

No hay garantía de compatibilidad mezclando grupos diferentes

2. Interferencia multivía

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

Transmisor Señal directa

Receptor Señal indirecta (multivía)

Sistema no diversificado

Sistema diversificado

Interferencia multivía

Sistemas de diversificación Shure Predictive Diversity

Antena A

Antena B

Switch de antena

Receptor

Comparador predecible

Diversificación de antenas predecibles

Sistemas de diversificación True Diversity

Antena A

Antena B

Receptor 1

Receptor 2

Conmutador Audio switch Diversificación de antenas - conmutación de repectores

Sistemas de diversificación Shure MARCAD - Maximum Ratio Combining Audio Diversity

Antena A

Antena B

Receptor 1

Receptor 2

Combinador de audio Diversificación de antenas - combinación de repectores

3. Ubicación correcta de antenas

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

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

•  Direccional –  –  –  –  – 

Yagi (banda corta) Log periodic (banda ancha) Helicoidal (banda ancha) Polarzación circular (banda corta) Excelente para incrementar distancia o para ambientes cargado de RF

Antenas direccionales

Log periodic (con amplificador)

Helicoidal pasiva

Ubicación de antenas •  Posición para recibir el mejor ángulo de polarización Antenas diversificadas: 90° separación Antena no diversificada: vertical

90°

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

VHF: 37cm UHF: 7cm

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

> 3 metros

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

>2m

Antena direccional activa

120

•  Permite recibir una señal de RF a una mayor distancia ( >100 m) •  Amplificador interno (+3dB, +10dB) compensa por pérdidas que ocurren en cables largos •  Generalmente requiere voltaje CC para operar

¿Ubicación de antenas?

Antenas montadas adentro del rack

¿Ubicación de antenas?

Distribución de antenas •  Previene la interacción entre antenas receptoras ubicadas en proximidad –  Splitter pasivo divide un par de antenas a dos receptores diversificados ~3dB de pérdida por división –  Splitter activo divide un par de antenas a 4-5 receptores diversificados: sin pérdidas –  Se puede conectar múltiples distribuidores para alimentar una gran cantidad de receptores

•  Más de 3 sistemas •  Receptores escondidos •  Captar a larga distancia

Distribuidor de antenas Antenas remotas Antenas direccionales

Distribución de antenas pasivas

Antena “B”

Splitter pasivo “B”

Splitter pasivo “A”

(-3dB pérdida)

(-3dB pérdida) Antena “A”

Distribución de antenas activas – un nivel

Antena “B”

Antena “A”

Distribución de antenas activas – dos niveles Antena “B”

Antena “A”

Distribución activa > 2 distribuidores Antena “B”

Distribuidor primario Antena “A”

Distribuidores secundarios

No se recomienda cascadear más de dos niveles de distribución

Combinadores de activos de antenas

Combinadores de activos de alta calidad

Combinadores de activos de baja calidad

Combinaciones correctas de antenas

Especificaciones de cables coaxiales

Pérdidas en cables coaxiales •  Se debe usar cables coaxiales de 50 Ω •  Se recomienda 5 dB)

Amplificador “A”

Distribución de antenas – múltiples salones

Antena “B”

Antena “A”

Salón 1 Combinador pasivo “B”

Antena “B”

Antena “A”

Salón 2 Combinador pasivo “A”

Distribución de antenas – múltiples salones

Salón C

“B” “A”

Salón A

Salón B

“B”

“B” “A”

Rack de equipos

“A” “B”

= UA830WB = UA221

“A”

Distribución de antenas – múltiples salones

Salón C

Salón B

“B” “A”

Salón A

“B” “A”

Rack de equipos

“B” “A” “B”

Fuente cc

= UA830WB = UA221

“A”

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

Distribución de antenas – múltiples salones Salón A

A

Salón B Rack de equipos

B

A

B

A

B

A

B

Fuente CC

A

B

Salón C

Salón D

= UA830WB = UA221

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

Distribución de antenas – múltiples salones

UA830

B2


Guide: UA830

UA830

UA830

A3
 UA220


UA220


UA830

UA221


rack B3


UA830

UA221


A4


B1


A2
 UA830

UA220
 UA830

B4


UA220


A1


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

Distribución de antenas – múltiples salones Loss @ Component 600MHz UA220/221

-3.7

UA802

-0.318

PA725

-1.59

UA825

-2.475

UA850

-4.95

UA8100

-5.8

Run

Boost

Ant Gain

Cable Loss

A1

-0.318

10

-4.95

-3.7

-0.318

-0.318

-3.7

-0.318

-3.622

-13.622

A2

-0.318

10

-4.95

-3.7

-0.318

-0.318

-3.7

-0.318

-3.622

-13.622

A3

-0.318

10

-2.475

-3.7

-5.8

-3.7

-0.318

0

-6.311

-16.311

A4

-0.318

10

-2.475

-3.7

-5.8

-3.7

-0.318

0

-6.311

-16.311 Ant Gain

Cable Loss

Boost B1

-1.59

0

-3.7

-0.3

0

0

0

0

0

0

0

0

-5.59

-5.59

B2

-0.318

10

-5.8

-3.7

-0.318

-3.7

0

-0.318

0

0

0

0

-4.154

-14.154

B3

-0.318

10

-2.475

-3.7

-0.318

-0.318

10

-5.8

-3.7

-0.318

-3.7

-0.318

-0.965

-21.283

B4

-0.318

10

-2.475

-3.7

-0.318

-0.318

10

-5.8

-3.7

-0.318

-3.7

-0.318

-0.965

-21.283

Distribución de antenas – áreas grandes

B

Sugerencias para usar antenas remotas •  •  •  •  •  •  • 

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

4. Squelch

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

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

LED A-B indica estado del squelch Ajusta umbral de amplitud

Circuitos de squelch •  Squelch de amplitud –  Depende de la intensidad de la portadora •  Noise squelch –  Analiza la calidad de la señal de audio – busca ruido carácterístico en el audio carácterístico en interferencias de RF •  Tone Key squelch –  Tono super audible es enviado junto con la portadora – receptor no habilita salida sin la presencia del tono Audio Level

RF Noise

Squelch 32 KHz Tone Threshold Squelch SquelchThreshold RF Noise Threshold Frequency

5. Baterías

Baterías recargables •  UR1 operando con Duracell AA NiMH 2400mAh

Baterías recargables •  UR1 operando con Energizer AA NiMH 2500mAh

Baterías recargables •  Baterías 9V

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

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

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

Herramientas online www.shure.com

www.shure.com/frequency

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

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

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

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

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

¿Preguntas?