Comunicacions aeroportuàries

1 T ema 1: SIS TEME S DE C OMUNICACIONS Jor di Ber enguer S etem bre 2021 2 LE S C OMUNICA C IONS I L ’ AER ONÀ UTIC A 3 En torn aer oport uari 4 En t orn aer onàutic 5 Con tinguts • Elem en ts bà sic s d’ un sis t ema de comunicac ions. • L ’ espectr e electr omagnètic • Unit ats de m esur a • Ampla da de banda i capa cit at de l canal • Mode s d e tr ansmis sió. • Modula c ió. • P ar àme tr es del sen y als • Sor oll • Dis tor sió. 6 QUÈ É S UN SI S TEMA DE TELE C OMUNI CACIÓ? Ve u Imat ge Dades .../. .. M i c rò fo n C à m e ra Te c l a t .../. .. A l tave u P ant alla Displa y .../. .. So Imat ge Dades .../. .. A t enuació Sor oll Int erf erènc ies Dist or s ió 7 Tipus de sis t emes de c omunic a ció Analògic : • El missa tg e és un par àme tr e físic que v a ria amb e l t e mps, de f orma continua o sua u. • La inf orm ac ió r esid eix en la f orma d’ o na . • Es r equer eix FIDEL IT A T . Digit al • El mis satg e és una seqü ènc ia or denada de s ímbols selec c ionats d’ un conjunt finit d’ elemen ts discr ets. • La inf orm ac ió r esid eix en els símbo ls disc r ets. • Es r equer eix PRE CISIÓ . 8 QUÈ É S UN SI S TEMA DE TELE C OMUNI CACIÓ? 9 Sis t ema de c omunic acions digit al • Origen : aque st dispo sitiu genera le s dade s que c al transmetre ; els telèfo ns i els ordinadors personals en són u n ex em ple. • Transmisso r : norm alme nt, les da des que gene ra un sistema d‘origen no es transmeten directament en el format en què han estat ge nerades. En lloc d‘això , el transmissor transforma i codifica la informació de tal manera q ue es produeixen sen yals el ectromagn ètics que es poden transmet re a través d'un sistema de transmissió. Per e xemple, un mòdem agafa un flux de bits digi tal d'un dispos itiu co nnect at, co m a ra un ordinador personal, i transform a aquest flux en un senyal analògic que la xarxa t elefònica és capaç de gestionar. • Sistema de tran smissió : pot ser una línia de transmissió o una xarxa c omplexa que co nnecti l‘origen i la destinació. • Rec eptor : el receptor accepta el sen yal del sistema de transmissió i el converteix en un form at que el dispo sitiu de destin ació pugui ges tio nar. Per exem ple, un mò dem acceptarà un se nyal analògic que arribi des d'una xarxa o una línia de transmissió i el conve rtirà en un flux de bit s digital. • Dest inac ió : rep les dades d‘e ntrada del recepto r. 16 17 18 R egl amen t d e Rad ioc omun ic aci ons • 5.197 A tribuc ión adici onal : en Repúbl ica Ár abe Siri a, l a banda 108 - 111,975 MHz es tá t ambién at ribuid a al se rvicio m óvil a t ítulo secundario , a reserv a de obtener el acuerdo indic ado en el número 9.21. A fin de g ar ant iz ar que no se pr oduz ca in t erf erencia perjudicial a las es t aciones del servicio de r adiona v eg ación aeronáutic a, no se intr oducirán las est aciones del servicio móvil en la banda has t a que y a no la necesite par a el servicio de radiona veg ación aeronáut ica ninguna adminis tr ación que pueda ser ident ificada en aplicación del pr ocedimient o in vocado en el número 9.21. (C MR - 12) • 5.197A A tribuci ón adicio nal: la banda 1 08 - 117,975 MH z t ambién es t á at ribuida a título p rim ario al ser vici o móvil aeronáuti co (R) e x clusiv ament e par a los si ste m a s que funcionan de c onf ormidad con las normas aer onáuticas int ernacionales rec onocidas. Dicha utiliz ación ha de ser c onf orme con la R esolución 413 (Re v . CMR - 07). La utiliz ación de la banda 108 - 112 MHz por el s ervicio móvil aer onáutico (R) se limitar á a los sist emas com puest os por tr ansmis ores en tierr a y los corr espondient es receptor es que propor cionan inf ormación de na veg ación en apoyo de las funciones de na veg ación aérea de c onf ormidad con las normas aer onáuticas int ernacionales rec onocidas . (CMR - 07) • 5.200 En la banda 117,975 - 137 MHz, la frecuencia de 1 2 1 , 5 M H z es l a frecuencia aeronáutica de em erg encia y , de necesitar se, la frecuencia de 123,1 MHz es la fr ecuencia aer onáutica auxiliar de la de 121,5 M Hz. Las es taciones móviles del servic io móvil marít imo podr án comunic ar en est as frecuencias, en las c ondiciones que se fijan en el Artículo 31, par a fines de soc orr o y s eguridad, con las es taciones del servicio m óvil aer onáutico . (CMR - 07) • 5.201 A tribución adic ional: en Armenia, A z erbaiy án, Belarús , Bulg aria, Est onia, F eder ación de Rusia, G eorgia, Hungría, Ir án (R epública Is lámica del), Ir aq (R epública del), Japón, K az ajst án, Moldov a, M ongolia, Moz ambique, Uzbekis t án, Papua Nuev a Guinea, P olonia, Kirg uist án , Rum ania, T a yikis t án, T urkmenist án y Ucr ania l a band a de fr ecuenci as 13 2 - 13 6 MHz est á t ambi én a tr ibuida , a títu lo prima rio , al s ervic io móvil a er onáut ic o (OR). Al asignar frecuencias a las est aciones del ser vicio móvil aer onáutico (OR), la adminis tr ación deber á tener en cuent a las frecuencias as ignadas a las es taciones del servic io móvil aer onáutico (R). (CMR - 15) • 5.202 A tribución adic ional: en Ar abia Saudit a, Armenia, Az erbaiyán, Belarús , Bulg aria, Em ir at os Ár ab es Unidos , Feder ación de R usia, Georgia, Ir án (R epública Is lámica del), J ordania, Omán, Uzbekist án, P olonia, R epública Ár abe Sir ia, Kir guist án, Rumania, T a yikis t án, T urkmenis tán y Ucr ania, l a banda de frecuencias 13 6 - 1 37 MHz está atribuid a también a tí tulo prim ario al servici o móvi l aeronáutic o (OR) . Al asignar frecuencias a las es taciones del servicio móvil aeronáutic o (OR), la administr ación deberá tener en cuen ta las frecuencias asignadas a las est aciones d el ser vicio móvil aer onáutico (R). (CMR - 15) 19 CNA F – Usos Nacionales UN - 18 Compañí as de transport e aéreo • Se d estin a l a subba nda de fr ecuen cias 131,400 – 131,975 MHz exclus ivam ente para uso e n control operacional de compañías de transporte aéreo en los aeropue rtos nacionales . Las frec uencias 131,525 MHz , 131,725 MHz y 131,825 MH z dentr o de esta subbanda , s e encue ntran re se rvadas para proporcio nar enl aces de datos para com pañías de transporte aéreo. La subbanda de frecuencias 136,700 - 136, 9 75 MHz se reserva a nivel europeo p or la Organiz ación d e Aviación Civil Int ernacion al (OACI) para proporcionar enlace de datos a las compañías de transporte aéreo. • Las subbandas de fre cuenc ias indicadas en e l párra fo anteri or deb erán regir se a pa rtir del 1 de en ero de 2 018 po r el Reglamen to de Ejecuci ón 1079/201 2 de la Comis ión E urop ea que establece como norm a general u n valor d e c an aliza ció n de 8,33 kHz , sa lvo aqu ello s casos excep cio nal es qu e se au to rice ma nten er en 25 kH z. • El us o de e sta s frec uenci as podrá se r compa rtido e ntre dis tintos usu ar io s. UN - 28 Banda de frecuencias 235 a 399 ,9 MHz • La banda de fre cuenc ias 235 - 399,9 MHz, está destinada a uso exclusivo d el Estado para sistem as d el Ministerio d e Defensa con excepción d e las subbanda s de frecuencia s 380 - 385 MH z y 390 - 395 MHz qu e, de con formidad con la Decisión de la CEPT ECC/DEC(08)05, se d estinan p ara redes de servicios d e segurid ad de las Fue rzas y C uerpos de Seg uridad de l Estado y rede s de servicios de emergencia en todo el territorio nacion al y de la subband a 328,600 a 335, 400 M Hz atr ibuida al servicio d e radi onaveg aci ón aeronáut ica (si stema ILS ). • Por proble mas de saturac ión en es ta banda de frec uenci as en entor nos urbanos de alta dens idad, las sol icit udes de asi gnació n de fre cuenc ias deberán inc luir un exha ustiv o plan de re utili zación, que mini mice las n ecesida des de esp ectr o. UN - 19 Banda 138 - 144 MHz La banda de fr ecuen cia s 138 a 144 MHz se reserva al se rvic io m ó vil aeronáutico (OR) . UN - 102 Usos civ iles del se rv icio mó vil aeronáutico (OR) • Las s igui ente s bandas de f recue ncias bajo la cons ide ración de uso priv ativ o, s e re ser van, prefer entemen te, para u sos civil es rela cion ad os co n actividades aéreas tales com o, aeroclubs , esc uelas de vue lo, vuel o sin motor, g lobos aer ostáticos , aviones lige ros, ultrali geros , trabajos agrícolas de fumigación , fotogra fía aérea y servicios a éreos cont ra incendio s , ent re o tro s: • 122,000 - 123, 05 0 MHz. • 123,150 - 123, 67 5 MHz. • 129,700 - 130, 87 5 MHz. • En es tas bandas de fre cuencias podrán s er utilizadas canalizaciones de 8,33 kHz o 25 kHz. • Los dos can ales con frecuencias cent rales 129,975 MHz y 130,125 MH z tend rán la consideración de us o común s ie mpre que se utili cen c on una potenc ia radi ada apare nte m áxima ( p.r.a ) de 2W . • Se res ervan los s eis canales que se indican a continuación, canalizados a 25 kHz, para su utiliza ción en activida des de lucha contra incendio s de ámbito multipro vincial : • 122,350 MHz. • 122,475 MHz. • 123,425 MHz. • 129,825 MHz. • 130,325 MHz. • 130,500 MHz. 20 Unit a ts de m esur a d B, dBm , d BW , dBµV 21 Magn ituds e lèctri ques En DC i b aix a fr eqüència • T ensió (V olts: V) • Corr ent (Amper s: A) • P otèn cia (W atts: W) • Imped ànci a (Oh ms: Ω ) • Admi tància (Si emens: S) • Guany (de tensió G V , de corr ent G I , de potència G P ) magnituds adimensionals i v al or s numèrics dif er ents. Nota: N o hi cap impe dànci a de re ferè ncia norm ali tzada En Radiofr eq üència • T ensió (V olts: V , d BµV ) • Corr ent (Amper s: A , dBµA ) • P otènci a (W atts: W , d Bm , d BW ) • Impedànc ia normalitz ada a 50 Ω , e x cepte per s istemes domès tics de TV que es tà nor malitzada a 75 Ω . • Guan y ( dB) , de c ar àcter adimen siona l, i de v alor ú nic, degut a l a normalització d’impedàncies. G P G V G I P 2 (W) V 2 (V) I 2 (A) P 1 (W) V 1 (V) I 1 (A) G (dB ) P 2 ( dBW ) V 2 ( dBµV ) I 2 ( dBµA ) P 1 ( dBW ) V 1 ( dBµV ) I 1 ( dBµA ) 22 El deci bel ( dB) dB = 10 log 𝑃𝑃 2 ( 𝑊𝑊 ) 𝑃𝑃 1 ( 𝑊𝑊 ) G (dB) P 2 (W) P 1 (W) El Bel es una unit at de mesur a l og arítmic a de la r elació en tr e dues magnit uds de pot encia. El decibel o dB és el 10 log arit me en base 10 d’ una rel ació de pot ències, i per t ant és adimensional . P ot expr essar t ant un g u a ny de pot ència, si és >0, o una at enuaci ó , si és <0. Si assignem a P 1 un v alor c oncr et de pot ència, lla vor s ho es t em r ef er encian t r es pect e d’ aquest i per t ant deix a de ser adimensional i passa a ser una unita t de pot ènci a , que les anomenen dBm i d BW , i que es defineix en de la s egüent maner a: dB m = 10 log 𝑃𝑃 ( 𝑊𝑊 ) 1 𝑚𝑚𝑊𝑊 dB W = 10 log 𝑃𝑃 ( 𝑊𝑊 ) 1 𝑊𝑊 23 El deci bel dB = 10 log 𝑃𝑃 2 ( 𝑊𝑊 ) 𝑃𝑃 1 ( 𝑊𝑊 ) = 10 lo g ⁄ 𝑒𝑒 2 2 𝑅𝑅 2 ⁄ 𝑒𝑒 1 2 𝑅𝑅 1 = 10 log 𝑒𝑒 2 𝑒𝑒 1 2 + 10 log 𝑅𝑅 1 𝑅𝑅 2 = 10 log 𝐼𝐼 2 2 · 𝑅𝑅 2 𝐼𝐼 1 2 · 𝑅𝑅 1 = 10 log 𝐼𝐼 2 𝐼𝐼 1 2 + 10 log 𝑅𝑅 2 𝑅𝑅 1 La t ensió o el c orr ent t ambé els podem e xpr essar en d B ’s a partir de la r elaci ó d'aque s t e s magnituds amb la pot ència: P = V · I = 𝑒𝑒 2 𝑅𝑅 = 𝐼𝐼 2 · 𝑅𝑅 Si l es resi s t ències són l es mat eix es – cas habitual en RF on el valor es t àndard és de 50 Ω – lla vor s queda r eduït a: dB = 20 log 𝑒𝑒 2 𝑒𝑒 1 = 20 log 𝐼𝐼 2 𝐼𝐼 1 24 El deci bel G (d B) P 2 ( d BW ) V 2 ( dBµV ) I 2 ( dBµA ) P 1 ( d BW ) V 1 ( dBµV ) I 1 ( dBµA ) 𝑃𝑃 2 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑊𝑊 = 𝑃𝑃 1 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑊𝑊 + 𝐺𝐺 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 ) 𝑒𝑒 2 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝜇𝜇𝑒𝑒 = 𝑒𝑒 1 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝜇𝜇𝑒𝑒 + 𝐺𝐺 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝐼𝐼 2 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝜇𝜇𝐴𝐴 = 𝐼𝐼 1 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝜇𝜇𝐴𝐴 + 𝐺𝐺 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 ) Si assignem a V 1 un v alor c oncr et de t ensió , lla vor s ho es tem r ef e r en cian t r espect e d’ aques t, i en aques t es unit ats les anomenen el dBmV i el dB µV que sí son unita ts d e t ensió , de finides de la següent maner a: dB μ V = 20 log 𝑒𝑒 ( 𝑒𝑒 ) 1 𝜇𝜇𝑒𝑒 dB 𝑚𝑚 V = 20 log 𝑒𝑒 ( 𝑒𝑒 ) 1 𝑚𝑚𝑒𝑒 I el mat eix pel cor r en t, si assi gnem a I 1 un v alor c oncr et de c orr ent, i en aquest es unit ats l es anomenen el dBmA i el dBµA que sí son unit a ts de cor r ent , defi nides de la següent maner a: dB μ A = 20 log 𝐼𝐼 ( 𝐴𝐴 ) 1 𝜇𝜇𝐴𝐴 dB 𝑚𝑚 A = 20 log 𝐼𝐼 ( 𝐴𝐴 ) 1 𝑚𝑚𝐴𝐴 25 Am plad a de band a i c apac it a t del c anal Domini de la fr eqüència vs . domin i del t emps 32 TE CNOL O GIE S D E LE S XA RXE S DE C OMUNICACION S CABL ADES ( Gui ades) • Pr ecisen d ’ un mi tjà físic de conne x ió entr e l’ emi ssor i el r ecep tor: c able de par ells, pa r ell trena t, cabl e coa xia l, fibr a òptic a. • És u n sistema t a ncat, que f acil ita el “ secr et ” d e l es c omunicacions. • Pr ecisa de canali tzacions, i de la obertur a de r ases, o de cablatge aeri. • La se va c apacit at és “il·l imit ada” , només depèn del nombr e i/ o ti pus de c abl es que s’ utilitz in. • La dist ància mà xima de l’ enl laç depèn de la t ipologia dels cables, i dels re petidors que s’hi inter cali n. • Les c analit z acions tr oncals aco stumen a utilitza r el domini públic viar i. SENSE FILS (No Guiades) • P oden ser r adioelèct riques u òptiques. • Utilitze n un bé públic que és l’ espectr e r adi oelèctric, i que es tà r egulat pels Es t ats, d’ ac or d amb les dir ectrius que fix a la U nió In te rna ciona l de T elec om unic acions ( ITU o UIT). • Els enl la ços òp ti cs no estan t ant r egul ats com el s r adi oelèctri cs. El seu abast és mol t menor que el dels r adi oelèctri cs per ò pr esente n una maj or capacita t. • La r egul ació d els enl laços òptics ho és més pels a spectes de seg ur et at de les persones, qu e no pa s pel d ’ ocup ació del domini públic electr omagnètic. 33 Cab la ts o guia ts 34 TE CNOL O GIE S D E XARX E S DE C OMUNICACION S CABLA DE S • Els medis d e tr ansmissió més habituals s ón: • Cab le b ifilar o d e par ells de c our e. • És e l que s’ ut ilitz a en les ins tal·lac ions de t ele f onia, i el que conf orma el que es conei x com a bucle d’ abonat o bucle lo cal ( subscr iber loop ), és a dir l a connexió que connecta el termina l telef òni c en el nostre edif ici , f ins a la centr alet a tele f ònica m és pr oper a. • Es pot a grupa r en un únic cable ajuntant diversos pa rells de forma estructurada. • P ensats per a freqüències vocals (màx. 3300 Hz). • La capacitat paràsi ta entre e ls conductor s l imi ta el seu a mple de banda 35 TE CNOL O GIE S D E XARX E S DE C OMUNICACION S CABLA DE S • Els medis d e tr ansmissió més habituals s ón: • P a rell trenat se nse blinda r (UTP : Unshi el ded T wi st ed P air). • És tracta d’ un cable de parells, que a difer ència de l’ ant erio r , aquests estan tren ats, de f orma q ue es redueix la capaci tat pa ràsita i la inductància mútua del cable, de forma que augmenta l a seva freqüència màx ima d’ uti li tzació (1 MHz ). • T a mbé es poden a grupa r diversos par ell s en un mateix ca bl e. • Admeten una velo citat de transmis si ó de dades de 100 M bps . • Só n suscepti bles a so roll i a i nt erfer ències per l a manca de bl indatge • Sens e repe tido rs admeten una distància màxima de 100 me tr es per transmis si ó de dades (Categoria 5). • S’ utilitz en en els cablatg es estructura ts en edifici s, tan t per t elef oni a com per da des. 36 TE CNOL O GIE S D E XARX E S DE C OMUNICACION S CABLA DE S • Els medis d e tr ansmissió més habituals s ón: • P a rell trenat bl indat (STP: Shi elde d T wi st ed P air ). • Cons isteix en els c able s de parell s trenats, que incorpo ren una coberta me tàl· li ca connectada a ma ss a, que actua com a bli ndatge I per tant el fa més immune a les in t erf er èn cies i als sorolls e xtern s. • Les s eves prestacions e lèctr iques s ón mi ll ors que l es del UTP , però só n més cars. • En f unció d el ti pus de c abl e tr enat, es defineix en les segü ents categ ories pels cablatges. 37 Ca t eg ories de c abla tg e es tructur a t L'espec ific ació 56 8A Comme r cial Building W iring St andar d de l'associac ió Indust ries Ele ctr òniques e Industries de la T ele comunic ació (EIA/ TIA) espe cific a el tipus de c able UTP que s 'utilitz ar à en c ada situació i c onst rucció. Depene nt de la v elocit at de tr ans mis sió es divide ix en dif er ents c a te gorie s: • Cat egoria 1: : Fil t ele f ònic tr ena t de qualit at de v eu no adequa t per les tr ansmis sions de dades . Les c ar acte ríst iques de tr ansmissió del mitjà es t an especif ica des fins a una fr eqüè ncia superior d'1 M Hz. • Cat egoria 2: Cable par ell tr ena t s ense apan t allar . Les car acterís tiques de tr ansmissió del mitjà est an especificades fins a un a fr eqüència supe rior de 4 MHz. Aque st c able c ons t a de 4 par ells tr enats de fil de cour e. • Cat egoria 3: V elocita t de tr ansmissió típica de 1 0 Mbps per Et herne t . A mb aques t tipus de c ables s'imple men t a les x arx es E therne t 10Base T . Les car acterístiques de tr ansmissió del mitjà est an especificades fin s a una freqüència superior d e 16 MHz. Aquest c abl e co nst a de quatr e par ells tr enats de fil de cour e amb t r es e ntr ellaça ts per pe u. • Cat egoria 4: La v elocit at de tr ansmissió arriba f ins a 20 Mbps. Les car act erístiques de tr ansmissió del mitjà est an especificades fins a una fr eqüència superior de 20 MHz. Aques t c able cons ta de quatr e par ells tr enats de fil de cour e. • Cat egoria 5: És una millor a de la ca teg oria 4, pot tr ansmetr e dades fins a 1 Gb ps i les car acterístiques de tr ansmissió del mitjà es t an es pecific ades fins a una fr eqüència de superior de 100 MHz . Aquest cable co nst a de quatr e par ells tr enats de fil de cou re. • Cat egoria 6: És una millor a de la ca teg oria ant erior , pot tr ansmetr e dades fins a 1 Gb ps i les car acterís tiques de tr an smissió del mitjà es t an es pecific ades fins a una fr eqüència superior de 25 0 MHz. • Cat egoria 7: És una millor a de la ca teg oria 6, pot tr ansmetr e dades fins a 1 Gb ps , i les c ar acte rístique s de tr ansmissió de l medi es t an es pecific ades fins a una fr eqüència superior de 600 MHz. Font : https://ca.wik ipedia.org/w iki/Cable_parell_trenat 38 Nom Tipus de c able Amplada de banda Aplica cions Notes Level 1 0.4 MHz Línies de modem telef òniques No de scrit e n les r ecom anacion s EIA/ TIA . No apte p er si steme s moderns. Level 2 4 MHz Terminals ordinadors antics, ex: IBM 3270 No de scrit e n les r ecom anacion s EIA/ TIA . No apte p er si steme s moderns. Cat 3 UTP 16 MHz 10BAS E - T and 100BA SE - T4 Ethernet Descrit en EIA/ TIA - 56 8 . No s'empr a pe r ve locita ts super ior s a 16 Mbit/s. Actualment per cables tele fònics Cat 4 UTP 20 MHz 16 Mbit /s Token Ring No s'empra nor malment Cat 5 UTP 100 MHz 100BAS E - TX & 1000B ASE -T Ether net Típica per xarxes LANs. Millorada per Cat5e. Cat 5e UTP 100 MHz 100BAS E - TX & 1000B ASE -T Ether net Cat5 millorada. Típica per xarxe s LANs. Cat 6 UTP 250 MHz 10GBAS E - T Ethernet ISO /IEC 1 1801 2ª Ed. ( 2002), ANSI/T IA 568 - B.2 - 1. S'empra a Finlàndia seg on s norma de l 2002 EN 50 173 - 1. Cat 6A F/UTP, U/FTP 500 MHz 10GBAS E - T Ethernet Afe geix pantalla al cable. ISO/IEC 11 80 1 2nd Ed. Am. 2 . ( 200 8) , ANSI/TIA - 568 - C.1 (2009) Cat 7 S/FTP, F/FTP 600 MHz 10GBAS E - T Ether net or PO TS/CATV/1000BASE -T sobr e cable senzill Cable totalment apantallat. IS O/IEC 1 180 1 2nd E d. (20 02 ) Cat 7 A S/FT P, F/FT P 1000 MHz 10GBAS E - T Ether net or PO TS/CATV/1000BASE -T sobr e cable senzill Utulitza els 4 parells. ISO/IEC 118 01 2nd Ed. Am. 2. (200 8) Cat 8/8.1 F/UTP, U/FTP 1600 - 2000 MHz 40GBASE - T Ethernet or POTS /CATV/1000 BASE -T sobre cable senzill En desenv olupament ( ANSI/TI A - 568 - C.2 - 1, ISO /IE C 11801 3ª E d.) Cat 8.2 S/FTP, F/FTP 1600 - 2000 MHz 40GBASE - T Ethernet or POTS /CATV/1000 BASE -T sobre cable senzill En desenvolu pament (IS O/I EC 11801 3ª Ed.) PO TS: Plain old telephone ser vice CATV: Cable T V 39 TE CNOL O GIE S D E XARX E S DE C OMUNICACION S CABLA DE S • Els medis de t r ansmiss ió més h abitu als són: • Cable coa xial • F orm a t per dos c onduct or s concè n trics , de f orma qu e l’ e xt erior de més d iàmetr e q ue l’ int erio r , el cobreix en la sev a tot alita t. • Aix ò pr opor ciona: • Un e f ect e de blindatg e simil ar al dels c ab les STP ant erio r s • Una a tenuaci ó molt més peti t a amb l a dis t ància • Una amplada de banda molt gr an (apr o x. 2 G Hz) • S’ utilit z a en le s x arx es d e distribuc ió d e sen y a l de TV en edif icis i en les x arx es d e t elecomun icacio ns per cab le. 40 TE CNOL O GIE S D E XARX E S DE C OMUNICACION S CABLA DE S • Els medis de tr ansmissió mé s habituals són: • Fibr a òptic a • F ormat per un fil de mat erial dielèctric d’ unes 50 µm de secció i que pr esent a un índe x de re fr acció t al qu e af av or eix la pr opag a ció de l f eix de llu m pel se u int erior . • Aques t a fibr a es pot utilitz ar per c ons truir cables òptics, que poden agrupar una o molt e s fibr es. • És im mune a les int erf er ències e lèctriques. • P ermet en cobrir g r ans dis tàncies. • Pr esent a una gr an amplada de ba nda: 100 GHz. • P ermet v elocit ats de dades de fins a 10 Gbps. 41 No guia ts o sen se fils 48 NORME S UNE D'I NFRA E S TRUC TURE S PER A XARX E S DE TELE C OMUNI CACIÓ • UNE 133100 - 1 :200 2: • P art 1 : Canalitz acions subt err ànies • UNE 133100 - 2 :200 2: • P art 2 : Ar quet e s i càmer es de r e gis tr e • UNE 133100 - 3 :200 2: • P art 3 : T r ams in t erurbans • UNE 133100 - 4 :200 2: • P art 4 : Líneas aèries • UNE 133100 - 5 :200 2: • P art 5 : Ins t al·lació en f açanes 49 GAL ERIE S DE SER VEI • En el pr océs d’ urba nitz a ció d’ un polígon o z ona de cons truc c ió és r ecoma na ble pr ev e ur e la ins t al· lac ió de g a leries de ser v eis. • Aquest es g a leries subt err ànies, só n pr act icables i s’ utilitz en p er in t er c onne ctar t ots e ls edif icis de l’ à r ea urbanitz a da. • Aix ò f acilita la ins t a l·la ció de ls d if er en ts ser veis: a igua , g a s, e lec tric it at i c omunicacio ns, a ixí com la sev a po s terior modificac ió , a mpliac ió o super visió , sense nec essit a t d’ha v e r d’ o brir nov e s r a ses. • Si bé el cos t inicia l de la s ev a cons t rucc ió acos tum a a ser elev a t, a lla r g t ermini s upos a u n e s t alv i en les t a squ es de man tenimen t i amplia c ió dels se r veis. 50 EXEMPLE S DE GA LERI E S DE SER VEI 51 R equ erim en ts d’ ins t al·lació i de ser v ei Ins t al·lacions r adioelèctriques 52 INS T AL·LAC ION S RADIO ELÈ C TRIQ UE S • Un cen tr e emissor r adioel èctric p r eci sar à dels seg üents elements: • R ecint e on allotjar els equip s electr ònics (ca se t a o armari) • Si ste m a rad i ant ( m às til + ant enes) • Sis tem a ener g ètic (alime nt ació + reserv a) • Camí d’ accé s • La selecció de l’ emplaçament del centr e dep endr à de la fr eqü ènc ia de la emissió i del mecanisme d e pr op ag ació associat. • P el cas d e les emission s de r adion a veg ac ió (I LS, V OR ), cal v isió d ir ecta entr e l’ emissor i el r eceptor; en canvi p er d’ altres ser veis, com ar a la r àd io en FM (87 - 108 MHz) no és nec essari. • Sovin t el cost de la ob r a civil (e lectri ficació , ca mí d’ acc és) és m és car qu e el dels equips de comu nicacio ns. 53 Tipu s d’ ins t al· lacio ns All indoor A ll outdoor Split mount • ODU: Outdoor unit • IDU: Indoor unit • ETH - TDM: Etherne t over TDM ( Time division múltiplex) • IP: Inter net Pr otocol 54 Mod es de T r an smissió 55 Tipus de tr ansmissions T r a nsmi s so r Rec ep t o r C an al d e t ra n sm i ss i ó T r a nsmi s so r Rec ep t o r Rec ep t o r T r a nsmi s so r C an al d e t ra n sm i ss i ó T r a nsmi s so r Rec ep t o r Rec ep t o r T r a nsmi s so r C an al d e t ra n sm i ss i ó One w ay or SIMPLEX ( SX ) Tw o w ay o r FULL DUPLE X ( F DX ) HALF DUPLE X ( H DX ) 56 Sen y als i e spec tr e 57 Sen y als i espectr e • Un s en y al sinus oida l 𝑣𝑣 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 cos( 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 + 𝜑𝜑 ) el podem e xpr essar de fo r m a f a sorial m itja nçant la f órmu la d’E uler : 𝑒𝑒 ± 𝑗𝑗𝑗𝑗 = cos 𝜃𝜃 ± 𝑗𝑗 sin 𝜃𝜃 𝑣𝑣 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 · 𝑅𝑅𝑒𝑒 𝑒𝑒 𝑗𝑗 𝜔𝜔 0 𝜋𝜋 +𝜑𝜑 Espect r e unila te r al (n omé s freqü ènc ies po sitives ) 64 T eor ema de P ar se v al de la po t ènc ia • La potència mitj a d’ u n sen y al periò dic és la su ma d e les potències mit ges d e t o ts els seus f asor s: 𝑃𝑃 = 1 𝑇𝑇 0 � ⁄ −𝑇𝑇 0 2 ⁄ +𝑇𝑇 0 2 𝑣𝑣 𝑡𝑡 2 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 1 𝑇𝑇 0 � ⁄ −𝑇𝑇 0 2 ⁄ +𝑇𝑇 0 2 𝑣𝑣 𝑡𝑡 · 𝑣𝑣 ∗ 𝑡𝑡 · 𝑑𝑑𝑡𝑡 = � 𝑛𝑛 = −∞ ∞ 𝑐𝑐 𝑛𝑛 · 𝑐𝑐 𝑛𝑛 ∗ = � 𝑛𝑛 =−∞ ∞ 𝑐𝑐 𝑛𝑛 2 65 T r ans f ormada de F ourier • Aplicable a sen y als no periòdics , p e rò d’ ener gia f inita , i que t enen un espec tr e con tinu, no disc r et. • P e l cas d’ un p ols r ectang ular , no periò dic, de dur ada τ , la sev a potència m itja tendeix a z er o , j a que ho in tegr a ríem e n un temps t endint a infinit; per aque s t mo tiu es pr ef er eix parla r d’E ner gia , ja que és finita: 𝐸𝐸 = � −∞ +∞ 𝑣𝑣 ( 𝑡𝑡 ) 2 𝑑𝑑𝑡𝑡 amb la resis t ència normalitz ada a 1 Ω 𝐸𝐸 = 𝐴𝐴 2 · 𝜏𝜏 66 T r ans f ormada de F ourier V 𝑓𝑓 = � −∞ +∞ 𝑣𝑣 𝑡𝑡 𝑒𝑒 − 𝑗𝑗2 𝜋𝜋𝑓𝑓𝜋𝜋 𝑑𝑑𝑡𝑡 ⇆ 𝑣𝑣 𝑡𝑡 = � −∞ +∞ 𝑒𝑒 𝑓𝑓 𝑒𝑒 𝑗𝑗 2 𝜋𝜋𝑓𝑓𝜋𝜋 𝑑𝑑𝑓𝑓 • Pr opiet ats: • L ’ espec tr e V(f ) é s una funció c omple x a • El v alor de V(f ) a fr eqüència z er o (c on tinua), és el v alor mig de v(t). • Si el sen y al v(t) és r eal, lla vo r s l’ e spectr e és simètric en mòdul i asimètric en f ase, - sim etria hermític a - , 𝑒𝑒 −𝑓𝑓 = 𝑒𝑒 ∗ 𝑓𝑓 ⟹ � 𝑒𝑒 ( −𝑓𝑓 ) = 𝑒𝑒 ( 𝑓𝑓 ) 𝜙𝜙 𝑉𝑉 −𝑓𝑓 = −𝜙𝜙 𝑉𝑉 𝑓𝑓 67 T r ans f ormada de F ourier P ols rec t angular 𝑣𝑣 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 · � � 𝑡𝑡 𝜏𝜏 = 𝐴𝐴 · � 1, 𝑘𝑘𝑒𝑒𝑝𝑝 𝑡𝑡 < � 𝜏𝜏 2 0, 𝑘𝑘𝑒𝑒𝑝𝑝 𝑡𝑡 > � 𝜏𝜏 2 V 𝑓𝑓 = 𝐴𝐴 � − ⁄ 𝜏𝜏 2 − ⁄ 𝜏𝜏 2 𝑒𝑒 − 𝑗𝑗2𝜋𝜋 𝑓𝑓𝜋𝜋 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝐴𝐴𝜏𝜏 · sinc ( 𝑓𝑓𝜏𝜏 ) T ot i que el seu espectr e és in finit , podem c onsider ar com a amplada de banda apr o ximadament B=1/ τ 68 T r ans f ormada de F ourier P ro piet ats • Superposi ció: 𝑣𝑣 𝑡𝑡 = 𝑎𝑎 1 𝑣𝑣 1 𝑡𝑡 + 𝑎𝑎 2 𝑣𝑣 2 𝑡𝑡 ⟹ 𝑒𝑒 𝑓𝑓 = 𝑎𝑎 1 𝑒𝑒 1 𝑓𝑓 + 𝑎𝑎 2 𝑒𝑒 2 𝑓𝑓 • R et ard en el temps: 𝑣𝑣 𝑡𝑡 − 𝑡𝑡 𝑑𝑑 ⟹ 𝑒𝑒 𝑓𝑓 𝑒𝑒 − 𝑗𝑗2𝜋𝜋𝑓𝑓 𝜋𝜋 𝑑𝑑 • Can vi d’ esc ala: 𝑣𝑣 𝛼𝛼𝑡𝑡 ⟹ 1 𝛼𝛼 𝑒𝑒 𝑓𝑓 𝛼𝛼 • T r ans laci ó de f r eqüència o modul ació complex a: 𝑣𝑣 𝑡𝑡 𝑒𝑒 𝑗𝑗 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝜋𝜋 ⟹ 𝑒𝑒 ( 𝑓𝑓 − 𝑓𝑓 𝑐𝑐 ) • Dif er enc iació i int egr ac ió: 𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑡𝑡 𝑣𝑣 𝑡𝑡 ⟹ j2 π𝑓𝑓 · 𝑒𝑒 𝑓𝑓 ; � −∞ 𝜋𝜋 𝑣𝑣 𝜆𝜆 · 𝑑𝑑𝜆𝜆 ⟹ 1 𝑗𝑗 2 𝜋𝜋𝑓𝑓 𝑒𝑒 ( 𝑓𝑓 ) • Con volució: 𝑣𝑣 𝑡𝑡 ∗ 𝑢𝑢 𝑡𝑡 = � −∞ +∞ 𝑣𝑣 𝜆𝜆 · 𝑢𝑢 𝑡𝑡 − 𝜆𝜆 · 𝑑𝑑𝜆𝜆 ⟺ 𝑒𝑒 𝑓𝑓 · 𝑈𝑈 ( 𝑓𝑓 ) V 𝑓𝑓 ∗ 𝑈𝑈 𝑓𝑓 = � −∞ +∞ 𝑒𝑒 𝜆𝜆 · 𝑈𝑈 𝑓𝑓 − 𝜆𝜆 · 𝑑𝑑𝜆𝜆 ⟺ 𝑣𝑣 𝑡𝑡 · 𝑢𝑢 ( 𝑡𝑡 ) 69 T r en de polsos d e RF Car act erís tiques: T : P erío de dels pol sos τ : Amplada del pols f 0 : fr eqüè ncia de tr an smissió (RF) 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = cos 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 0 𝑡𝑡 𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 · � 𝑛𝑛 =−∞ +∞ � 𝑡𝑡 − 𝜋𝜋𝑇𝑇 𝜏𝜏 · cos 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 0 𝑡𝑡 70 Esp ectr e d’ un tr en d e polso s de RF 1/ τ 71 Esp ectr e d’ un tr en d e polso s de RF 1/T 72 Sis t eme s lineals H(f ) h(t) v out (t) v in (t) H(f ): Funci ó de transf erència h(t): Respo sta impuls io nal 𝑣𝑣 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 𝑡𝑡 = 𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑡𝑡 ∗ ℎ 𝑡𝑡 𝑒𝑒 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 𝑓𝑓 = 𝑒𝑒 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑓𝑓 · 𝐻𝐻 ( 𝑓𝑓 ) Oper acions t ípiques: 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = ± 𝑘𝑘 · 𝑥𝑥 𝑡𝑡 ⟺ 𝐻𝐻 𝑓𝑓 = ± 𝑘𝑘 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑡𝑡 𝑥𝑥 ( 𝑡𝑡 ) ⟺ 𝐻𝐻 𝑓𝑓 = 𝑗𝑗2𝜋𝜋𝑓𝑓 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = � −∞ 𝜋𝜋 𝑥𝑥 𝜆𝜆 · 𝑑𝑑𝜆𝜆 ⟺ 𝐻𝐻 𝑓𝑓 = 1 2𝜋𝜋𝑓𝑓 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑥𝑥 𝑡𝑡 − 𝑡𝑡 𝑑𝑑 ⟺ 𝐻𝐻 𝑓𝑓 = 𝑒𝑒 − 𝑗𝑗2𝜋𝜋𝑓𝑓 𝜋𝜋 𝑑𝑑 73 Mod ulac ió 80 Therma l noi se It has a powe r spectr al density of: 𝑆𝑆 𝑁𝑁 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 ⁄ 𝑊𝑊 𝐻𝐻𝐻𝐻 wher e k is the Boltzmann cons t ant, of v alue: 𝑘𝑘 = 1, 38 10 − 23 𝑊𝑊 𝐻𝐻𝐻𝐻 · 𝐾𝐾 It ’ s a whit e noi se , be caus e it is inde penden t o f the fr equency . The noise pow er obt ained is pr oportiona l to the bandwidth B of the s ys tem, thus, 𝑁𝑁 = 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑑𝑑 = 𝑘𝑘𝑇𝑇𝑑𝑑 𝑊𝑊 f S N (W/ Hz ) kT B N= k TB (W) 81 Noi se in qua dr upol es: T emper atur e E quiv alent ( T eq ) at the input 82 Noi se in quadrupol es: T e mper a tur e E quiv alen t ( T eq ) a t the input 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐺𝐺 + 𝑁𝑁 𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑑𝑑 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑𝐺𝐺 + 𝑁𝑁 𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑎𝑎𝑑𝑑 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑 𝑆𝑆 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑆𝑆 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐺𝐺 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐺𝐺 + 𝑁𝑁 𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑑𝑑 𝑁𝑁 𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑑𝑑 ≜ 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑𝐺𝐺 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜 𝜋𝜋 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝑖𝑖 𝑛𝑛 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎 𝑒𝑒 𝑑𝑑𝐺𝐺 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 1 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 The noise added by the quadrupole is e quiv ale n t t o the noise pr oduced at his input by a no is e source at T eq . (S/N) IN (S/N) OU T G B T eq 83 (S/N) IN (S/N) OU T G B N o i s e le s s (S/N) IN (S/N) OU T G B N a d de d Noi se in quadrupol es: T e mper a tur e E quiv alen t ( Te q ) a t the input 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐺𝐺 + 𝑁𝑁 𝑎𝑎𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑎𝑎𝑑𝑑 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝑎𝑎 𝑒𝑒 𝑑𝑑 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑 + 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 + 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑 𝐺𝐺 E QUIV ALS 84 Noi se in qua dr upol es: Nois e Figur e (F) 85 Noise F igur e: F Noise Figure : 𝐹𝐹 ≜ 𝑇𝑇𝑇𝑇𝑡𝑡𝑎𝑎𝑇𝑇 𝜋𝜋𝑇𝑇𝑛𝑛 𝑠𝑠𝑒𝑒 𝑇𝑇𝑢𝑢𝑡𝑡𝑘𝑘𝑢𝑢𝑡𝑡 𝑘𝑘𝑇𝑇𝑝𝑝𝑒𝑒𝑝𝑝 𝑂𝑂𝑢𝑢𝑡𝑡𝑘𝑘𝑢𝑢𝑡𝑡 𝜋𝜋𝑇𝑇𝑛𝑛 𝑠𝑠𝑒𝑒 𝑘𝑘𝑇𝑇𝑝𝑝𝑒𝑒𝑝𝑝 𝑇𝑇𝜋𝜋𝑇𝑇𝑦𝑦 𝑑𝑑𝑢𝑢𝑒𝑒 𝑎𝑎𝑦𝑦 𝑎𝑎𝜋𝜋 𝑛𝑛𝜋𝜋𝑘𝑘𝑢𝑢𝑡𝑡 𝑠𝑠𝑇𝑇 𝑢𝑢𝑝𝑝𝑐𝑐𝑒𝑒 𝑎𝑎𝑡𝑡 𝑇𝑇 0 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 0 𝑑𝑑 𝑆𝑆 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑆𝑆 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐺𝐺 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑𝐺𝐺 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑇𝑇 0 = 2 9 0 𝐾𝐾 𝐹𝐹 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑𝐺𝐺 𝑘𝑘𝑇𝑇 0 𝑑𝑑𝐺𝐺 = 1+ 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑇𝑇 0 Noise F a ct or: 𝑁𝑁𝐹𝐹 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 ) = 10 log 10 𝐹𝐹 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 = 𝑇𝑇 0 𝐹𝐹 − 1 T empera tur e of refere n c e (S/N) IN (S/N) OU T G B T eq 86 Noise F igur e: F 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑 𝑆𝑆 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑆𝑆 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐺𝐺 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑𝐺𝐺 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 1 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 = ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 1 + 𝑇𝑇 0 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐹𝐹 − 1 If T in =T 0 , then, Generic e xpr ession P arti cular c ase ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 1 𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 (S/N) IN (S/N) OU T G B T eq 87 Noi se in qua dr upol es: Thermal no ise in passiv e devices 88 Thermal noise in passiv e de vices (S/N) IN (S/N) OUT T D G=1/L 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑 As a quadrupole, 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑𝐺𝐺 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑 1 𝐿𝐿 As a passive device, 𝑁𝑁 𝑜𝑜𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝐷𝐷 𝑑𝑑 , being 𝑇𝑇 𝐷𝐷 the p h ysical temper atur e of the device E quating both e xpr essions, 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑑𝑑 1 𝐿𝐿 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 𝐷𝐷 𝑑𝑑 , we obtain, 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 = 𝐿𝐿𝑇𝑇 𝐷𝐷 − 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 . If the device tempe r atur e equal s the input temper a tur e, 𝑇𝑇 𝐷𝐷 = 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 , then 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 = 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐿𝐿 − 1 . And if the i nput tempe r atur e equal s the r ef er ence t emper a tur e, 𝑇𝑇 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑇𝑇 0 , t hen 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 = 𝑇𝑇 0 𝐿𝐿 − 1 , thus 𝐹𝐹 = 1 + 𝑇𝑇 𝑎𝑎𝑒𝑒 𝑇𝑇 0 = 1+ 𝑇𝑇 0 𝐿𝐿 − 1 𝑇𝑇 0 = 𝐿𝐿 General expressio n P articular case 89 Noi se in qua dr upol es: Compon en ts in cas c ade. Har ald T . Friis noise equatio n. Harald Trap Friis (Feb ruary 22, 1893 – June 15, 197 6) , who publishe d as H. T. Friis , was a Danis h - Ameri can radio engi neer w hose w ork at Bell Laborat ories included pioneer ing contri butions to radi o propagat ion, radio astr onomy, and radar. His two Friis formul as rem ain widel y us ed. https :// www.smecc.org / harald_friis.htm 96 SE NSIB ILIT A T • La sensib ilit at d’ un r ec ept or és la mínima potència del se n y al d’ e n tr ada per t a l d’ o bt enir a la sort ida del r e ce pt o r una det ermina da r elac ió ( S/ N). • Cons ider em T in =T 0 (S/N) IN (S/N) OU T G B T eq ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = 1 𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑆𝑆𝐸𝐸𝑁𝑁𝑆𝑆𝐼𝐼𝑇𝑇𝐼𝐼𝑒𝑒𝐼𝐼𝑇𝑇 𝑆𝑆 = 𝑆𝑆 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 𝑑𝑑𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 97 MÍNI M SENY A L D ETE C T ABLE ( MDS) • Es de fineix com la pot ència de sen y al a l ’ en tr ada que a la sortida la potència del sen y al si gui igual al del sor oll, és a dir , que la (SNR) ou t =1 • Consider em t ambé T in =T 0 • T ambé s’ anomena “te rra de soroll ” o “ Noi se fl oor (N f )” a la suma de t ot es les pot enci es de sor oll (t èrmic, shot , cò smic, e t c.) e xist en ts a l’ entr ada del r ecepto r . (S/N) IN (S/N) OU T G B T eq ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = 1 𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 1 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑆𝑆 𝑖𝑖𝑛𝑛 = 𝑁𝑁 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑜𝑜 𝑜𝑜𝜋𝜋 = 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 𝑑𝑑𝐹𝐹 9 8 MAR GE DINÀMIC ( DR ) • Es de fineix com la r elació en tr e la po tència màxima d’ en tr ada al r ecept o r , r espect e del mínim sen y al detect able. (S/N) IN (S/N) OU T G B T eq 𝑀𝑀𝑅𝑅 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑆𝑆 | 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 − 𝑀𝑀𝑀𝑀𝑆𝑆 𝑖𝑖𝑛𝑛 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 ) N f DR Si n MAX 99 DIS T OR SIÓ 100 x(t) y(t ) 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑘𝑘 1 𝑥𝑥 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 2 𝑥𝑥 2 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 3 𝑥𝑥 3 𝑡𝑡 Si la entr ad a és un t o de fr eqüència f 0 𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 1 co s 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 DIST ORSIÓ H ARMÒN ICA ht tps://upload. w ikim ed i a . o r g / w i ki p ed i a / c o m m o n s / 0 / 0 a / S y n th es i s _s q u a r e. g i f 101 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑘𝑘 1 𝐴𝐴 1 cos 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 2 𝐴𝐴 1 2 2 1 + cos 2 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 3 𝐴𝐴 1 𝑒 4 3 cos 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 + cos 3 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 Llavor s tenim: 102 x(t) y(t ) 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑘𝑘 1 𝑥𝑥 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 2 𝑥𝑥 2 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 3 𝑥𝑥 3 𝑡𝑡 + ⋯ Si la entr ada són 2 t ons de fr e qüències f 1 i f 2 𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 1 c os 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 co s 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 DIST ORSIÓ D ’ IN TERMOD ULACIÓ 103 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑘𝑘 1 𝐴𝐴 1 cos 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 cos 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 2 𝐴𝐴 1 2 2 1 + c os 2 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 2 2 1 + c os 2 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 1 𝐴𝐴 2 2 cos 𝜔𝜔 1 + 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + co s 𝜔𝜔 1 − 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 3 � � 𝐴𝐴 1 3 4 3 cos 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + co s 3 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 3 4 3 cos 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + cos 3 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 1 2 𝐴𝐴 2 3 2 cos 𝜔𝜔 2 t + 3 4 cos 2 𝜔𝜔 1 + 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 3 4 cos 2 𝜔𝜔 1 − 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 1 𝐴𝐴 2 2 3 2 cos 𝜔𝜔 1 t + 3 4 cos 2 𝜔𝜔 2 + 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 3 4 cos 2 𝜔𝜔 2 − 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 Llavor s tenim: 104 Amplifier P ar am e t er s : • F orw ar d g a i n : G • Noise f igu r e: F • 1- dB co m p r essio n poi n t : is d e fine d as th e input po w er (o r out put p ow e r) whe r e th e g a in is 1 dB les s t han th e small signal g a in ; me asu r e o f p o w er lev el whe r e th e de vice be c omes non- l ine ar . • Thir d order Int erception P oint (IP3): Non-lin ear beh a vior will in tr o duc e In t erModula t ion Di st o rtion (IMD) , and ha rmo nics gener at ion. x(t) 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑘𝑘 1 𝑥𝑥 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 2 𝑥𝑥 2 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 3 𝑥𝑥 3 𝑡𝑡 + ⋯ If 𝑥𝑥 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 1 cos 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 cos 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 , th en 𝑦𝑦 𝑡𝑡 = 𝑘𝑘 1 𝐴𝐴 1 cos 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 cos 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 2 𝐴𝐴 1 2 2 1 + cos 2 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 2 2 1 + cos 2 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 1 𝐴𝐴 2 2 cos 𝜔𝜔 1 + 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + cos 𝜔𝜔 1 − 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝑘𝑘 3 � � 𝐴𝐴 1 3 4 3 cos 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + cos 3 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 2 3 4 3 cos 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + cos 3 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 1 2 𝐴𝐴 2 3 2 cos 𝜔𝜔 2 t + 3 4 cos 2 𝜔𝜔 1 + 𝜔𝜔 2 𝑡𝑡 + 3 4 cos 𝟐𝟐𝝎𝝎 𝟏𝟏 − 𝝎𝝎 𝟐𝟐 𝑡𝑡 + 𝐴𝐴 1 𝐴𝐴 2 2 3 2 cos 𝜔𝜔 1 t + 3 4 cos 2 𝜔𝜔 2 + 𝜔𝜔 1 𝑡𝑡 + 3 4 cos 𝟐𝟐𝝎𝝎 𝟐𝟐 − 𝝎𝝎 𝟏𝟏 𝑡𝑡 Distort ion Linea r 105 In t er modu la ti on R ejection Ra tio ( IMR) 𝑃𝑃 𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑚 = 𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑚 + 𝐺𝐺 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑃𝑃 2𝑓𝑓 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑚 = 2 · 𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑚 + 𝐾𝐾 𝐷𝐷𝐷𝐷 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 ) 𝑂𝑂𝐼𝐼𝑃𝑃𝐼 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 ) = 3 𝑃𝑃 𝑜𝑜 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 ) − 𝑃𝑃 𝐼𝐼𝐼𝐼 𝐷𝐷 ( dBm) 2 𝑂𝑂𝐼𝐼𝑃𝑃𝐼 (dBm) = 𝑃𝑃 𝑜𝑜 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 ) + 1 2 𝐼𝐼𝑀𝑀𝑅𝑅 ( 𝑑𝑑 𝑑𝑑 ) 𝐼𝐼𝑀𝑀𝑅𝑅 𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑃𝑃 𝑜𝑜 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚 − 𝑃𝑃 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐷𝐷 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑚 1 dB OIP 3 P c-1 dB IIP 3 P in ( dB m ) P out ( dB m ) IP 3 P in P out IM IM R IP 2 OIP 2 IIP 2 P 2f 𝑃𝑃 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐷𝐷 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑚 = 3 · 𝑃𝑃 𝑖𝑖𝑛𝑛 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑚𝑚 + 𝐾𝐾 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 ) IP2 : Seco nd o rder interc eption Point IP3 : Third orde r Intercepti on Point 112 Up - c on v er sion • Ba sic structur e to perf orm up - con v er sio n consis t s o f a mix er an d a local oscillat or : M i xe r Lo ca l Oscillator ) cos( t c ω ) ( t m ) cos( ) ( t t m c ω RF por t OL por t IF por t RF por t OL por t IF por t RF por t OL por t IF por t 113 D ow n - c on v er sion • Simila rly , down - con v e r sion can be perf ormed using a mix er and a local oscilla tor : M i xe r Local Os cillator ( LO ) ) cos( t LO ω c c f π ω 2 = ) cos( ) ( t t m c ω [ ] [ ]            t t m t t m t t t m LO c LO c LO c ) ( cos ) ( 2 1 ) ( cos ) ( 2 1 ) cos( ) cos( ) ( ω ω ω ω ω ω + + − = Undesir able! Mus t be r emov ed by filt ering LO c IF f f f − = Intermed iate Freque ncy ( IF) Radio Fre quency ( RF) LO f 114 Loc al Oscilla t or • The r ef er e nce signa l that we ar e mixing w ith is often gener at ed using a local osc illat or and a fr e quenc y s ynthesiz er: M i xe r R ef erence Oscilla tor PLL Frequenc y S ynthesiz er PLL : Phase Lock ed Loop – A phase - loc k e d loop or phase loc k lo op (P LL) i s a control system that t rie s to gene rate an o utput signal whose phase is re late d to the phase of the input "refere nce" signal . A frequen cy s ynthes iz er is an electr onic s y s tem for gener ati ng an y of a r ange of frequenci es fr om a single f ix ed time - base or oscilla tor . A re f erenc e oscillat or (or c lock) is an important c omponent of a na vig a tion rec eiver (i. e. GNSS receiv er) because it has th e mos t direct impac t on the r ange me asur emen ts. 115 T r ans mit t er M i xe r Base band pro ces sing, Mo dulat or Po w e r Amp lifi er R ef erence Oscilla tor PLL Frequenc y S ynthesiz er T r ansmit t er Ant enna 116 R ecei v er M i xe r Auto mati c Ga in Contr ol R ecei ver Ant enna Dem o dulator, Base band proc ess ing Lo ca l Oscillator LNA Low Nois e Amp lifi er 117 Supe rhe t er odyne R eceiv er St ag es M i xe r F ilt er Ant enna St age Amp lifi er St age Dow n - Conv er sion Demo dulat or, Signal proc ess ing Lo ca l Oscillator Filter St age Amp lifi er ) 2 cos( ) ( ) ( 0 φ π + = t f t m t x c Let ’ s ass ume tha t the Signal - in - Space r eceiv ed by the r eceiv er i s: (and ignor e the noise f or no w) 118 Supe rhe t er odyne R eceiv er St ag es M i xe r F ilt er Ant enna St age Amp lifi er St age Dow n - Conv er sion Demo dulat or, Signal proc ess ing Lo ca l Oscillator Filter St age Amp lifi er ) ( t x A ) cos( ) ( ) ( 0 φ ω + = t t Am t x c A RF Radio Freque ncy 119 Supe rhe t er odyne R eceiv er St ag es M i xe r F ilt er Ant enna St age Amp lifi er St age Dow n - Conv er sion Demo dulat or, Signal proc ess ing Lo ca l Oscillator Filter St age Amp lifi er ) ( t x B ) cos( ) ( ' ) cos( ) ( ) ( 0 0 φ ω φ ω + = + = t t m t t BAm t x c c B 120 R ecei v er St ag es M i xe r F ilt er Ant enna St age Amp lifi er St age Dow n - Conv er sion Demo dulat or, Signal proc ess ing Lo ca l Oscillator Filter St age Amp lifi er ) ( t x C [ ] [ ] 0 0 0 ) ( co s ) ( ' 2 1 ) ( co s ) ( ' 2 1 ) cos( ) cos( ) ( ' ) ( φ ω ω φ ω ω ω φ ω + + + + − = + = t t m t t m t t t m t x LO c LO c LO c C 121 Supe rhe t er odyne R eceiv er St ag es M i xe r F ilt er Ant enna St age Amp lifi er St age Dow n - Conv er sion Demo dulat or, Signal proc ess ing Lo ca l Oscillator Filter St age Amp lifi er [ ] 0 ) ( cos ) ( ' 2 1 ) ( φ ω ω + − = t t m t x LO c D ) ( t x D Intermed iate Freque ncy IF An t enna par ame t er s In T r ansmission The ant enna, focus the energy t o the ta rget direction . • The Dir ectivity (D) or the ma ximum r adiation ga i n . • The ant enna g ain (G) r ela t ed with the an t enna r adia tion ef ficiency . • The ant enna r adia tion e fficiency ( η r ), as the looses betw een the tr ansmit ter output pow er and the r adiat ed pow er . In R eception The ant enna cap tures the energy coming from the t arget. • The ph y sica l ar ea of the ant enna: A ph ys • The eff e ctive ar e a of the ant enna, A ef f which c aptur es the tr ansmit ted power de nsity of the electr omagnetic w a ve. • The ant enna illumina tion e fficiency ( η i ), or the r a tio betw een the e ff ectiv e and the ph ysi cal areas of the an t enna, Both r oles r elat ed t h r o u gh t h e r e c ip r oci ty p r in c ipl e 4 An t enna par ame t er s and Basics Ant e nna Di r ectivity The relationship betw een the power den sity radiated in one direction and at a distance R, relative to the power density radiated at the same distance from an isotropic antenna. 𝐷𝐷 ( 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 ) = 𝒫𝒫 ( 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 ) � 𝑃𝑃 𝑡𝑡 4𝜋𝜋 𝑅𝑅 2 θ: azimuth angle φ: elevation angle (1 ) Z Y G 1 G 2 G 3 (2 ) (3 ) 5 An t enna par ame t er s and Basics 𝐷𝐷 = 𝒫𝒫 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 � 𝑃𝑃 𝑡𝑡 4𝜋𝜋 𝑅𝑅 2 Ant e nna Di r ectivity If no directio n is specified, the Directivity m eans the power density radiated in the direc tion of max imu m radiatio n The looses between the transmitter ou tput power and the radiated pow er are usually c omput ed as t he antenna radiatio n effic iency ( η r ) , as a reduction of the transmitted po wer. 6 𝐺𝐺 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 = 𝒫𝒫 ( 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 ) � 𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 4𝜋𝜋 𝑅𝑅 2 = 𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 · 𝒫𝒫 ( 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 ) � 𝑃𝑃 𝑑𝑑𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑚𝑚𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑 4𝜋𝜋 𝑅𝑅 2 = 𝜂𝜂 𝑑𝑑 · 𝐷𝐷 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 An t enna par ame t er s and Basics A nt en n a g ai n: The relationship betw een the power den sity radiated in one direction and at a distance R, relative to the power density radiated at the same distance from an isotro pic antenna by the power delivered to the antenna. It takes into account the radiatio n efficien cy η r . 7 Densit a t de pot ènc ia r adiada • La pot ència isotròpi ca r adiada equiv alent (PIRE) és el resultat del producte de la potència de l tr ansmisso r pel gu an y de l’ ant ena transmissora. • La densit at de pot ència P , expr e ssa da en wa tts/m 2 es defineix com el quocient entr e la potència isotròpica r adiad a equivalent (PIRE ) i 4 π pel quadr at de la dist à nci a a l’ a nt ena tr ansmiss or a des d’ on mesurem a quest a densi tat de potència. Aquesta densitat s’ ate nua amb el quadrat de la dist àn cia a l’ ant ena tr ansmissor a. ( ) 2 2 4 m W R PIRE ⋅ = π P ) ( W G P PIRE T T ⋅ = 8 An t enna par ame t er s and Basics E f f ectiv e Ar ea Capa ci ty o f the an t enna to c ap tur e ener gy . R ela t ed wi th i t s p h y sic al dim ensio ns thr ough the ant enna illuminatio n ef ficiency η i : 𝐴𝐴 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒 ( 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 ) = 𝜂𝜂 𝑑𝑑 𝐴𝐴 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 ( 𝜃𝜃 , 𝜙𝜙 ) 𝑃𝑃 𝑅𝑅 = 𝒫𝒫 · 𝐴𝐴 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑅𝑅𝑃𝑃 4 𝜋𝜋 𝑅𝑅 2 · 𝐴𝐴 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝑃𝑃 𝑇𝑇 𝐺𝐺 𝑇𝑇 4𝜋𝜋 𝑅𝑅 2 · 𝐴𝐴 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒 ( 𝑊𝑊 ) 𝒫𝒫 = 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑅𝑅𝑃𝑃 4𝜋𝜋 𝑅𝑅 2 ⁄ 𝑊𝑊 𝑚𝑚 2 9 An t enna par ame t er s and Basics RELA TION BETWEE N GAIN AND EFFE CTIV E ARE A Capa ci ty o f the an t enna to c ap tur e ener gy . R ela t ed wi th i t s p h y sic al dim ensions λ: Ca rrie r w a v ele ng th = 𝑐𝑐 𝑒𝑒 c: speed of light = 3· 10 8 m/s 𝐷𝐷 𝐴𝐴 𝑑𝑑𝑒𝑒𝑒𝑒 = 4𝜋𝜋 𝜆𝜆 2 10 An t enna par ame t er s and Basics Diagram of radiation 11 An t enna par ame t er s and Basics Diagram of radiation 12 An t enna par ame t er s and Basics NE AR FI EL D FRE S NE L Z ON E F AR FI EL D ( F raunhof er region) Di s t ance Sphe ri c al w a v e “p lane” w a v e [loc a ll y] D ⁄ 𝜆𝜆 2 𝜋𝜋 ⁄ 2 𝐷𝐷 2 𝜆𝜆 13 An t enna r adia tion g ain in te rms of the beam - width The antenna gain can be cal culated from the antenna beam - widths 𝜃𝜃 𝐵𝐵 and 𝜙𝜙 𝐵𝐵 by the following approxim ated equation s: 𝐺𝐺 ≈ 4 𝜋𝜋 𝜃𝜃 𝐵𝐵 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑 𝜙𝜙 𝐵𝐵 ( 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑 ) R ect angular beam, without sidelobes 𝐺𝐺 ≈ 𝜋𝜋 2 𝜃𝜃 𝐵𝐵 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑 𝜙𝜙 𝐵𝐵 ( 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑 ) Gaussian beam 𝐺𝐺 ≈ 26000 𝜃𝜃 𝐵𝐵 ° 𝜙𝜙 𝐵𝐵 (°) Pr actical ant ennas, from Warren Stutzman 20 An t enna r adia tion pa t t ern and apertur e illumi na tion E( φ ) x y -D/2 + D/2 z φ FAR FIE LD RADIATION PATTERN - b /2 + b/2 Bidimensio nal uniform aperture illumin ation Bidimensio nal sinc radiation pattern 21 An t enna r adia tion pa t t ern and apertur e illumi na tion FAR FIE LD RADIATION PATTERN Bidimensio nal unifo rm apertur e illuminatio n 22 Radiació electr omagnètic a d’ una an t ena dipol 23 ht tps:// co mmons. wikimedia.or g /wiki/File:Dipole_xm ting_ant e nna_animatio n_4_408x318x150m s.gif Cap t ació d’ una ona electr omagnètic a per una an t ena dipol 24 ht tps:// co mmons. wikimedia.or g /wiki/File:Dipole_r e ceiving_an tenna_anima tion_6_800 x394x150m s.gif TEMPERA TURA D’ ANTENA SOR OLL EN ANTENE S 25 TEMPERA TURA D’ AN TENA EN EL MAR GE DE 100 kHz A 100 MHz. Temperatura de soro ll d’ant ena degut al soroll còsmic i al soroll atmosfèric. Font: Jordan - Balmain , “Ondas el ectromagnéticas y sistemas radiantes .” 26 TEMPERA TURA D’ AN TENA EN EL MAR GE DE 100 MHz A 100 GHz. Temperatura de so roll d’antena degut al soro ll còsmic i a l’absorció d’oxigen, en funció de l’angle d’elevació per antenes apuntant cap a l’espai exterior . Font: Jo rdan -Balmain , “Ondas electromagnéticas y sistemas radiantes.” 27 P olaritz ació 28 Ona electr omagnètic a plana 29 Car act erís tiqu es de l’ AM • Un de ls a v ant atg es que implica la utilitz ac ió d’ a quest tipus de modula c ió és que el r ec ept or pot ser e xtremadamen t senzill ; per det ect ar el sen y a l n’ hi ha pr ou a dispo sar d’ un de t ector d’ en vo lupant , és a dir , un c ir cuit f ormat per un díode i u na x a rx a RC. 10 Car act erís tiqu es de l’ AM • Ar a bé, l’i nc on v enient que pr esen t a aques t tipus de modulació és que almen y s el 50 % de la p ot ència tr ansmesa és a la port ador a i l a r est a es dis tribuei x en les bandes l a t er als; aix ò v ol dir que es f a un m al apr of it amen t de l’ ener gia r adiada a c an vi d’ una gr an senzillesa en el r ecept o r . • A més, e n t ots els sis tem es AM la inf ormació via tja en les v ariacions d’ amplitud de la port ador a, f et que els f a més vulner ables a qualsev ol in t erf erèn cia pr oduïda per sen y als par àsits. • És el tipus de m odulació utilitz a t en les c omunic acions t err a -ai r e en VHF , o t ambé anomenades Aerona utical Mobi le Rad ioc ommunic ation (R) Servic e. 11 Mod ula ció f as e/q uad r a tu r a 12 Modulació I/Q I n phase and Q uadrature modulatio n • Es tr acta d’ una mod ulació analògi ca d’ amp litud, en la que d os sen y als dif ere nts, I i Q , modul en a la mate ix a port ador a, sense que s’int erf er eixin mitjanç ant el desf asament en 90 ° (quadr atur a) de la mat eix a p ort ador a. • Utilitz a la m eita t de l’ amplada de band a que c aldria si es tr ansmeté s la ma teix a inf ormació f ent servir una AM c on v encional. 𝑑𝑑 𝐼𝐼 / 𝑄𝑄 = 1 2 𝑑𝑑 𝐴𝐴𝐴𝐴 • R eque r eix més c omple xit at cir cuit al t ant en el procé s de gener ació com en la desmodulació. 13 ∑ 90° Po rt a d ora f c C an al I C an al I ( in pha s e ) C an al Q ( in qua dr a t ure ) C an al Q S en y a l I / Q Mod ula ció e n Dobl e Ba nda La t er al ( DB L ) DOUBLE SIDE BAND (DSB) 14 Modu lació en doble banda l a t er al (DBL) • Es t r a c t a del mat eix tipus de m odula ció d’ a mplit ud que l’ a n terior , per ò a r a s’hi ha suprimit la port ado r a; pe r t ant, l’ e xpr essió del se n y al modulat é s ar a: Cal assen yal ar qu e, en aques t c as, no t é sent it par lar d’índe x de modulac ió . L ’ espectr e obti ngut ar a és idènt ic a l’ ant erior , e x cep t e que ja n o hi apar eix la port ador a: és simpl ement l’ espectr e de banda base de l a inf ormac ió tr asll adat en fr eqüència. 𝒙𝒙 𝒄𝒄 𝒕𝒕 = 𝑨𝑨 𝒙𝒙 𝒕𝒕 · 𝐜𝐜 𝐜𝐜𝐜𝐜 𝝎𝝎 𝒄𝒄 𝒕𝒕 15 L ’ amplada de banda de tr ansmissió del sen y al modul at ( 2B) és el doble del sen y al en banda base (B). Modulació DBL – Sen y al t emp or al 𝑥𝑥 𝑐𝑐 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 cos 𝜔𝜔 𝑚𝑚 𝑡𝑡 · cos 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 16 Car act erís tiqu es de la DBL • Des del pun t de vi s ta ener gè tic és m és eficien t que la modulació AM amb p ort ador a, per ò es pag a el pr eu en l’ augm en t de la comple xit a t d el r ecept or . E l r ecept or ha d’ incorpor a r un sis t ema de r ecuper ació de la p ort ador a. • És ig ualment s ens ible a les in t erf er ències i al s or oll , ja qu e l a inf ormació via tja en l’ amplitud d e la port ador a (en v olup an t). • A l’igual que l’ AM, u tilitz a el d oble de l’ amplada d e banda del sen y al . P er e x emple utilitz a 6 kHz per tr ansmetr e un sen y al v ocal de 3 kHz d’ amplada de ban da. 17 Mod ulac ió e n band a la t er al únic a ( B LU ) SINGLE SIDE BA N D M ODULA TION ( SSB ) 18 Modu lació en banda la t er al únic a ( B LU ) • T an t en la modulació AM com en la DSB , si obser v em l’ espect r e d el sen y al modu la t v eiem que hi apar eix en dues bande s la t er al s simètriques r espe cte a la freqüèn cia d e la port ador a, que es corr espone n amb el sen y a l modu lado r . • P od ríem pen sar qu e, si en su primíssim un a, e l contingut de la inf ormació no es v euria alt er a t a causa de la r edundància de le s dues bandes , amb e l r es ult at de no mal bar at ar la pot ència d’ emiss ió i r eduir l’ amplada de banda de tr ansmissió . • Els sis temes de mo dula ció en ban da la ter al úni c a s’ e ncar r egue n pr eci same n t d’ a ix ò , d’ eliminar una de les bandes la ter als del sen y al DBL i, per t ant s’ obté l’ espectre qu e es v eu a la figur a. 19 L ’ amplada de band a de tr ansmissió del sen yal modul at (B) és ide ntic al d el sen y al en ban da bas e (B). Modu lacio ns ang ular s • Modulació de f ase (PM): 𝜑𝜑 𝑡𝑡 = 𝐾𝐾 𝑣𝑣 𝑚𝑚 ( 𝑡𝑡 ) 𝒗𝒗 𝑷𝑷𝑴𝑴 𝒕𝒕 = 𝐴𝐴 𝑐𝑐 cos 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 + 𝜑𝜑 𝑡𝑡 = 𝑨𝑨 𝒄𝒄 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 𝝎𝝎 𝒄𝒄 𝒕𝒕 + 𝑲𝑲𝒗𝒗 𝒎𝒎 ( 𝒕𝒕 ) • Modulació de f r eqüència (FM): ∆𝜔𝜔 𝑚𝑚 ( 𝑡𝑡 ) = 𝑑𝑑𝜑𝜑 𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝐾𝐾 1 𝑣𝑣 𝑚𝑚 ( 𝑡𝑡 ) 𝒗𝒗 𝑭𝑭𝑴𝑴 𝒕𝒕 = 𝐴𝐴 𝑐𝑐 cos 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 + � ∆𝜔𝜔 𝑚𝑚 𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = 𝑨𝑨 𝒄𝒄 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 𝝎𝝎 𝒄𝒄 𝒕𝒕 + 𝑲𝑲 𝟏𝟏 � 𝒗𝒗 𝒎𝒎 ( 𝒕𝒕 ) 𝒅𝒅𝒕𝒕 26 𝑣𝑣 𝑚𝑚 ( 𝑡𝑡 ) : s en yal modulador 𝐾𝐾 : se ns ibil it at de la PM (r a d/ V) 𝐾𝐾 1 : sensibilit at de la FM (r ad/ V·s ) Modu lacio ns ang ular s Índe x de modulació per modulac ió sinusoidal de P M i FM • Modulaci ó de f ase (PM): 𝑚𝑚 = 𝐾𝐾 · 𝑉𝑉 𝑚𝑚 ( 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑 ) 𝑣𝑣 𝑃𝑃𝐴𝐴 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝑐𝑐 cos 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 + 𝒎𝒎 cos 𝜔𝜔 𝑚𝑚 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝑐𝑐 cos 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 + 𝑲𝑲𝑽𝑽 𝒎𝒎 cos 𝜔𝜔 𝑚𝑚 𝑡𝑡 • Modulació de fr eqüè ncia (FM): ∆𝑓𝑓 = 𝐾𝐾 1 · 𝑉𝑉 𝑚𝑚 ( 𝐻𝐻𝐻𝐻 ) 𝛽𝛽 = 𝐾𝐾 1 ( 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑑𝑑 𝑉𝑉 · 𝑠𝑠 ) · 𝑉𝑉 𝑚𝑚 𝜔𝜔 𝑚𝑚 = 𝐾𝐾 1 ( 𝐻𝐻𝐻𝐻 𝑉𝑉 ) · 𝑉𝑉 𝑚𝑚 𝑓𝑓 𝑚𝑚 = ∆𝑓𝑓 𝑓𝑓 𝑚𝑚 𝑣𝑣 𝐹𝐹𝐴𝐴 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝑐𝑐 cos 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 + 𝜷𝜷 sin 𝜔𝜔 𝑚𝑚 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝑐𝑐 cos 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 + ∆ 𝒇𝒇 𝒇𝒇 𝒎𝒎 sin 𝜔𝜔 𝑚𝑚 𝑡𝑡 27 𝑣𝑣 𝑚𝑚 𝑡𝑡 = 𝑉𝑉 𝑚𝑚 cos 𝜔𝜔 𝑚𝑚 𝑡𝑡 𝑚𝑚 : índe x de m odulació de f ase β : índe x de m odulació de fre qüència ∆f: des via ció de fr eqüènci a Índex de m odulació Moduladora Portadora Índex de m odulació Moduladora Portadora Modu lacio ns ang ular s Cas de FM modulada per una sinusoi de L'anàl isi d'un sen y al modul a t en fr eqüènci a pr esen ta una cert a dificult a t ma te mà tica en com par ació amb l'an àlisi d els sen y als mod ulats en amp litud . Aqu es t es simplif ica p el cas part icu lar d e que el sen y a l de modu lació sigui sin usoid al, lla v or s es f act ible descomp ond r e'l en sèrie de Fourier , per ò a mb la parti cul arita t de q ue ar a els seu s coeficients só n funcions de Bessel de primer or dr e i argument l'índe x de mo dulació 28       Θ ∆ o m m c c FM + t) f (2 f f + t A = (t) x π ω sin sin [ ] [ ] [ ] [ ] ] + t ) 4 - ( + t ) 4 + ( ) ( J + t ) 3 - ( - t ) 3 + ( ) ( J + t ) 2 - ( + t ) 2 + ( ) ( J + t ) - ( - t ) + ( ) ( J + t ) ( J [ A = x(t) m o m o 4 m o m o 3 m o m o 2 m o m o 1 o o c  ω ω ω ω β ω ω ω ω β ω ω ω ω β ω ω ω ω β ω β cos cos cos cos cos cos cos cos cos Modu lacio ns ang ular s Cas de FM modulada per una sinusoi de El r e sult at és un espectre f ormat per un conjunt discr et de r atlles espectr als espaiades l a fr e qüència de modula ció f m ; es tr act a d'un espectr e infinit, per ò disc r et, d'ener gia c ons t ant dis tribuïda entr e to te s le s subport ador e s. 2 9 Modu lacio ns ang ular s Cas de FM modulada per una sinusoi de Segon s sigu i l'índ e x de mo dulació , podem dis tingir en tr e FM de banda es tre t a (NBFM: N a r ro w Band FM) i FM de banda ampl a (WBFM: Wide band FM) , aquest a darre r a és la utilitz ada en la FM comercial. 30 NBFM: N a r ro w Ban d FM WBFM: Wide band FM Modu lacio ns ang ular s Amplada de banda de la FM • R egla de Car so n: 𝑩𝑩 = 𝟐𝟐 ∆𝒇𝒇 + 𝒇𝒇 𝒎𝒎 ( 𝑯𝑯𝑯𝑯 ) • S e nt : • 𝑓𝑓 𝑚𝑚 : fr eqüència màxima del seny al de modulació • ∆f: des via ció de fr eqüènci a Ex emple : • P er la FM con venc ional, amb una ∆ 𝑓𝑓 de 75 kHz i per una freqüènc ia m àxima d'àudio de 15 kHz, s’ obt é una amplada de banda per a un sen yal monof ònic de 180 kHz. 31 Car act erís tiqu es de les modulaci ons an gular s • Les modul acions FM i PM r equer ei x en una m ajor comple xit a t tan t en el modulador com en el desmodula dor . Si b é a vu i dia, la micr oelec tr ònica ha f ac ilita t i abar a tit el d issen y dels modula dor s. • Són i nsensibles a les in terf er èn cies i al soroll , ja que la inf ormació via tja en la fr eqüència o en la f ase de la port ador a, i per t an t no es pot alt er ar . Aqu es t tipu s de m odulació és idònia per les com unic acions per s a tè l·li t, ja que l’ ef ect e de l ’ a t enuaci ó de l’ at mos f er a no alt er a el con tingut de la inf ormac ió , • En can v i es pag a el pr eu d’ uti litz ar un a mpl e de banda de tr ansmissi ó molt més gr an q ue el sen yal de banda ba se. (Un se nyal musical de 15 kH z d’ amplada de banda pre ci sa 180 kHz d’ ampl ada de banda de tr ansmi ss i ó). 32 Mod ulac ion s digit als 33 MODUL ACIONS D ’ AMPLITUD ASK - OOK 34 Modulació ASK Amplit ude shift k e ying 35 • Consis te ix en un sen ya l modulat en amplitud (DBL) en que la modulador a és un sen y al digit al o binari. 𝒗𝒗 𝑨𝑨𝑨𝑨𝑲𝑲 𝒕𝒕 = 𝑨𝑨 𝟐𝟐 · 𝟏𝟏 + 𝒗𝒗 𝒎𝒎 ( 𝒕𝒕 ) · 𝐜𝐜𝐜𝐜𝐜𝐜 𝝎𝝎 𝒄𝒄 𝒕𝒕 essent 𝑣𝑣 𝑚𝑚 𝑡𝑡 = � + 1𝑉𝑉 , 𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑟𝑟 "1 " − 1𝑉𝑉 , 𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑟𝑟 "0 " ⇒ � 𝑣𝑣 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 c os 𝜔𝜔 𝑐𝑐 𝑡𝑡 𝑣𝑣 𝐴𝐴𝐴𝐴 𝐴𝐴 𝑡𝑡 = 0 • E quiv al t ambé a un sis tema ON/OF F , pel que a v eg ades s ’ anomena OOK (On - O ff K eying ). • T é les mat eix es pr opiet ats que una DBL, i per t an t es t à sotmesa a les int erf er ències d’ amplitud , i pre cisa un ample de banda que é s el doble de l sen yal en banda base. • En aqu est c as s'utilitz a la velo cit at de bit R b e xpre ssada en bits/ segon ( bps ), i per t ant de dimensió ( bit·Hz ). Així don cs, l’ amplada de banda de tr ansmissió és 2·R b (Hz). http s://c a. wik ipedia.org /w iki/Fitx er:1mod o.jpg MODU LA CIONS D’ AMP LITUD I F ASE QAM 42 Modulació QAM Quadrature Amplitude Mo dulation • És una modula ció digit al sim ult ània d’ amp litud i de f ase. A ix ò li pr opor ciona una gr a n capacit at de tr ansmi ssió de d ades. • P ot ser de di ver sos ni vells, 4 - QA M, 8 - QAM, 16 - QAM, et c. arriban t fins a 256 - QA M, ta l i com s'ind ic a en diagr ama de co nst el·lació de la figur a. • Aques t tipus de modulació és c on ve nien t utilitz ar - la en si stemes cablats, ja qu e és molt sensibl e a l es inte rf er ències d’ amplitud. • P er aquesta r aó , no és con venient u tilitz a r - la en si stemes de r adiocom unicacions. 43 64 - QA M 32 - QA M 16 - QA M 4 - QA M + 7 + 5 + 3 + 1 - 1 - 3 - 5 - 7 - 7 - 3 - 5 - 1 + 7 + 5 + 3 + 1 By Michel Bakn i - Gilb , James (20 05) The IEEE wireless dictionary , New York, NY: Standards Information Net work , IEEE P ress , p. 72 ISBN: 0 - 7381 - 4766 - 4 ., CC BY - SA 4.0, https://comm ons.wikimedia.org /w/index.php? curid =110111 966 By Chris W atts - Own work , CC BY - SA 3.0, https://comm ons.wikimedia.org/ w/index.php?curi d=1578190 8 RE SUM I C ONCL USIONS 44 Quadr e r esum de les modulacions digit als Mod ulació Codif icació Amplad a de banda (Hz) Ba uds E ficiè ncia d’ ampl ada de banda ( bps /Hz) FS K 1 bi t 2(∆f + R b ) R b ≤ 1 BPSK 1 b it R b R b 1 QPSK 2 b it s R b /2 R b /2 2 8- PSK 3 bi ts R b /3 R b /3 3 8- QAM 3 bi ts R b /3 R b /3 3 16 - PSK 4 bi ts R b /4 R b /4 4 16 - QAM 4 bi t s R b /4 R b /4 4 45 Conclusió • Les mo dulacions d’ ampli tud, t ant analògiques c om digit als, son vulner abl es a les in t erf er ènc ies, ja que la in f ormació viatja en la am plitud de la port ador a (en v olt ant). • Les mo dulacions ASK i QAM és c on v enien t utilitz ar - le s en sis t eme s ca bla ts o guia ts, ja que es pr eser ven de les int erf er ències de l’ e x terior . • Les modulacions de fr eqüènci a i f ase són molt ro bus t es da v an t de l es i n t erf er ències , ja que la inf ormació viatja en la fr eqüència o f ase de la port ador a. • Les mo dulacions QPSK de 4, 8 o més nivells, só n les apr opiades pels s is tem es de c omunic acions per sa t èl·lit, ja que són molt r obus t es da v ant de l’ at enuaci ó i les in t erf er ènc ies que es poden tr obar en c r euar l ’ atmo s f er a. 46 T ema 4: TE CNOL OGIA I SIS TEME S DE RADIOFRE QÜÈNCIA P èrdues de r et orn i d ’ ins er ció Jor di Berenguer i Sau Nov embre 2021 Pèr dues d’ inser ció i de r e t orn DEFINIC IÓ I SIS TEMA DE ME SURA 2 DEFINICIÓ DE PÈRDUE S D’INSER CIÓ 𝐼𝐼𝐼𝐼 = 𝑃𝑃 20 𝑃𝑃 2 = 𝑅𝑅 2 𝑅𝑅 1 + 𝑅𝑅 2 2 · 𝑉𝑉 𝑔𝑔 𝑉𝑉 2 2 𝑃𝑃 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑉𝑉 𝑔𝑔 2 4 𝑅𝑅 1 𝐼𝐼 𝐴𝐴 = 10 log 𝑃𝑃 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑃𝑃 2 𝑑𝑑𝑑𝑑 IL: P èrdues d’Inse r ció Insertion Loss P av s : Pot ència dispo nib le de gener ador L A : A tenuació 𝐼𝐼 𝐴𝐴 = 𝑃𝑃 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑃𝑃 2 = 1 4 𝑅𝑅 2 𝑅𝑅 1 · 𝑉𝑉 𝑔𝑔 𝑉𝑉 2 2 = 1 𝜏𝜏 2 𝐼𝐼𝐼𝐼 = 10 log 𝑃𝑃 20 𝑃𝑃 2 𝑑𝑑𝑑𝑑 3 DEFINICIÓ DE PÈRDUE S D’INSER CIÓ Expressant l’ at enua ció en funció de les pèr dues d’inserció , tenim: 𝐼𝐼 𝐴𝐴 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 ) = 𝐼𝐼𝐼𝐼 ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 ) + 10 log 𝑅𝑅 1 + 𝑅𝑅 2 2 4𝑅𝑅 1 𝑅𝑅 2 I si com é s habit ua l en R F , la impedància de g ener ador i la de c àrreg a són idèn tiques i de valor 50 Ω , lla vor s l’ atenuació i les pè r dues d’inserció só n idèntiq ues : 𝑳𝑳 𝑨𝑨 ( 𝒅𝒅𝒅𝒅 ) = 𝑰𝑰𝑳𝑳 ( 𝒅𝒅𝒅𝒅 ) En aplicacio ns de RF i micr oones en qu è sempre es pr odueix l’ a daptació d’ impedànc ie s entr e gener ador i càrreg a, parlar de pèrdues d’inserció és el ma t eix que par ar de les pèrdues de transfe rència del transductor , o el que és el mat eix, de l’ at enuac ió ; els do s concept es es confonen . Només en el cas de x arx es o quadrip ols passius i sense pèr dues (no dis sipati us) , tota la pot ènc ia no tr ansmesa ser à re f lectida cap el g ener ador , i tindr em la següent r elació entr e el coeficient de tr ansmissió τ i el coeficient de re fle xió ρ : 𝑷𝑷 𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂 𝑷𝑷 𝟐𝟐 = 𝟏𝟏 𝝉𝝉 𝟐𝟐 = 𝟏𝟏 𝟏𝟏 − 𝝆𝝆 𝟐𝟐 4 DEFINICIÓ DE PÈRDUE S DE RET ORN En una línia de tr ansmissió , la r e lació entr e la ona de t ensió re flectida i la ona de t ensió incident és el que es defineix com a coe ficien t de r e fle xió ρ : 𝜌𝜌 = 𝑉𝑉 − 𝑉𝑉 + Les pèrdues de ret o rn (RL: return loss ) es defineix en com la r elació en tr e la pot ència inciden t i la potè ncia r e flectid a , i per t a nt les podem relacionar amb el coe ficient de r efle xió ρ de la següen t f orma: 𝑹𝑹𝑳𝑳 = 𝑃𝑃 + 𝑃𝑃 − = 𝑉𝑉 + 2 / 𝑍𝑍 0 𝑉𝑉 − 2 / 𝑍𝑍 0 = 𝑉𝑉 + 2 𝑉𝑉 − 2 𝜌𝜌 2 = 𝟏𝟏 𝝆𝝆 𝟐𝟐 Expressan t - ho en dB , r esultar à que: 𝑹𝑹𝑳𝑳 ( 𝒅𝒅𝒅𝒅 ) = 20 log 1 𝜌𝜌 2 = − 𝟐𝟐𝟐𝟐 𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥𝐥 𝝆𝝆 𝟐𝟐 5 4 5 6 7 8 9 CABLE S C O AXIALS SEMIRÍGI DS 10 LÍNIE S DE TRANSMISS IÓ IMPRE SE S 11 S TRIPLINE Línia de tr ansmissió impr esa sobr e un subs tr a t dielèct ric de c ons t an t dielèct rica ε r , ent r e dos plans de massa. La sev a impedància Z 0 depèn de l’ amplada W de la línia, el gruix H del subs tr at i del g ruix de la c apa de c our e t, habitualmen t de 35 μ m. En ser un medi homog eni, la v elocit at de pr opag ació depèn de la c onst ant die lèctric a del sub s tr at: 𝑣𝑣 𝑝𝑝 = 𝑐𝑐 𝜀𝜀 𝑟𝑟 I per t an t, la lo ngitud d’ ona de la línia és de : 𝜆𝜆 𝑝𝑝 = 𝜆𝜆 0 𝜖𝜖 𝑟𝑟 htt p :// wcal c.sour cef or ge.ne t / cgi - bin/ s t ripline.cgi 12 MICR OS TRIP Línia de tr ansmissió impr esa sobr e un subs tr a t dielèct ric de c ons t an t dielèct rica ε r . La sev a impedància Z 0 depèn de l’ amplada W de la línia, el gruix H del subs tr at i del g ruix de la c apa de c our e t, habitualmen t de 35 μ m. En ser un medi no homog eni, meit at air e, meit at dielèctric, es de fineix una c ons t ant dielèc tric a e f ectiv a ε eff que depèn dels an t erior s par àme tr es, de f orma que la velocit a t de pr opag ació és: 𝑣𝑣 𝑝𝑝 = 𝑐𝑐 𝜀𝜀 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 I per t an t, la lo ngitud d’ ona en la línia és de : 𝜆𝜆 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝜆𝜆 0 𝜖𝜖 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 htt p :// wcal c.sour cef or ge.ne t / cgi - bin/ micr ost rip.cgi 13 Guia d’ ona c orrug ada/ el·líp tic a EK - EW52 Corruga ted w a veguide freq. 5.85 ÷ 6.425 GHz EK - EW63 Corruga ted W av eg uide freq. 6.425 ÷ 7.125 GHz EK - EW77 Corruga ted w a veguide freq. 7.125 ÷ 8.5 GHz EK - EW90 Corruga ted w a veguide freq. 10.0 ÷ 11.70 GHz EK - EW127A Corrug ated w av eguide fr eq. 11.70 ÷ 13.25 GHz EK - EW132 Corruga ted wa veguide fr eq. 14.0 ÷ 14.50 GHz 20 C OMPONENT S EN GUIA D’ ONE S 21 A COBLADOR DIRE CCIO NAL TIPUS CR OSS -COUPLER 22 TRANSICIO NS CO AXIAL – GUIA D ’ ONE S 23 JUNTE S R O T A T ÒRIES 24 JUNTE S R O T A T ÒRIES 25 C ONNE C T OR S C O AXIALS 26 Pa u l Neill (September 6, 1882 – October 1968) was an American ele ctrical engineer at Bell Lab s in the 1940s. He is credited with helping t o in vent the BNC, TNC and T ype N connect ors use d for microwave and RF c ommunications. He joined Be ll in 1916 after spending 12 ye ars at the W e st inghouse Ele ctric Compan y . He retire d from Bell on September 30, 1947. Carl Concel man (December 23, 1912 – August 1975) was the e lectrical engineer who , w hile working for Amphenol, inven t ed the C connector and teamed up with P aul Neill of Bell Labs t o in ven t the BNC connect or and TNC connect or . 27 “BNC ” ( B ayone t N eill C once lman ) (DC – 4 GHz) 28 “ TNC ” ( T hreaded N eill C once lman) (DC – 11 GHz) 29 A t enuador s 36 Ac oblador s dir eccionals 37 Cir culador s 1 2 3 38 Duple x or T rans m i t t er Rec ei v er 39 De Bsp_D uplex.svg : The original uploader was Averse de Wikipedia en alemán.derivative work : Catslash ( talk ) - Bsp_D uplex.svg , CC0, https://commons.wikimedia.org/w/ index.php?curid= 36776136 Dispositiu c ommutado r que permet c onnect ar una mat eix a ant ena a un tr an smissor i a un r ecept or de f orma alt ernada. L ’ aplic ació típica é s el Radar polsa t, en que men tr e l’ ant ena es c onnect a al tr ansmissor per eme tr e un pols de RF de l’ or dre d’10 kW de pot ència, el r ecept or queda desconne ct a t. Un cop emès, es des co nnect a l’ an t ena del tr ansmissor i es c onnect a al r ecept or , per r ebr e l’ ec o , fins que es t orna a c onnect ar el tr an smissor per emetr e el següent pols. Diple x or • Dispos itiu, no rmalment dos filtr es in t er c onnect ats, que permet la c onne xi ó simult ània d’ una única a an t ena a dos emiss or s o r ecept o r s dif er en ts. 40 T ema 5: ELS E QUIPS I ELS SIS TEME S RADIO ELÈ C TRI CS AER O POR TU ARIS Jor di Ber enguer No vembre 2021 Comuni c acion s Aer onaù ti que s Jor di Be r engue r Maart e n Uijt Classific ació de les c omunic acions aer onàuti ques • Ser vei fix aer onàutic : • Aer o nauti c al Fi x ed T el ec ommunica tio n Netw ork (AFTN) • Xarx a de co mmut ació de missatg es de baix a v e locit at, de 50 bp s a 600/1200 bps. • Co mmon IC A O Da t a In t er change Netw o rk (CID IN) • Xarx a de commut ació de pa quets, d’ alt a v elocit at de tr ansmissió , basa da en les x arx es X.25. • Aer o nauti c al T el ec ommunica tio n Netw ork (A TN) • Xarx a en f ase de d esen vo lupam ent, equi v alent a el In t erne t aer onàut ic, que perm et la int erc onnexió d e tots els elements d e la comunita t ae r onàuti ca. • Int egr a dif erents x arx es : x arx es locals , enll aços pe r satèl·lit, comunicacion s en VHF , Mode - S , etc . • Utilitz a el mode l O SI . • Ser vei mòbil aer onàutic: • Co munic acion s en HF • Co munic acion s en VHF 3 Air cr aft o per a tion al c on tr ol at v arious “ out - o ff - on - in” (OOOI) sta g e s OOOI: Out, Off , On, In . T he coll ec ti ve term for t he four phas es of an aircra ft ’ s flight: Out ( leaving the gate) , O ff ( ta k e off) , On (t ouchdown), and In (arriving at the gate ). ACAR S mes sages are se nt at t he start of eac h of tho se phas es, provi ding t he airc raf t m ove ment infor mati on and othe r data to ope rati ons ce nter computers. 4 V o ice Co mm unic a t ions Comuni c acion s Aer onàut iq ues en VHF L’ Aeronautical Mobile Radioc ommunication (R) Servic e « AM(R)S», utilitz a DSB - AM, principalmen t per r aons his tò riques, de r obus t esa i per simplicit a t. Es v a posar en mar x a quan el r ecur s d'espectr e no er a un bé t an t pr euat. 12 Cana litz acions • Fr eqüències v oc als • Quan multipliquem aques t sen y al en ba nda base per una ona sinusoidal de fr eqüè ncia 𝑓𝑓 𝑐𝑐 Hz, g ener em una modulaci ó e n AM en la banda de VHF . Hz 300 kHz 3 c f Freqüències negative s (mirall): Conce pte ma temàtic kHz f c 3 + kHz f c 3 − kHz f c 3 + − kHz f c 3 − − Upper Sideband Lowe r Sideband 13 Cana litz acions • Let jus t look a t the positiv e fr e quencie s f or v oice of Pilot A: • Wher e w ould y ou put the another v oice ? • Do y ou f or es ee an y pr oblems ? 𝑓𝑓 𝑐𝑐 A A 𝑓𝑓 𝑐𝑐 A A 𝑓𝑓 𝑐𝑐 + 6 𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘 B B Channel Channel C hannel 14 Chann els ? (c on t ’ d) • Ins t ead w e include some e xtr a space in betw een • Ori ginally the channel w as 25 kHz wide. • T o c ompensa t e f or err or s such as t he oscil la t or err or . • F or ex amp le: oscil lator t ole r a nce (S) is 10 pp m (pa rts - per - million ): c f A A B B Upper Guar d Band Lowe r Guar d Band 15 ∆𝑓𝑓 Hz = 𝑓𝑓 0 Hz · 𝑆𝑆 ppm · 10 −6 = 120 MHz · 10 · 10 −6 = 1,2 kH 𝑘𝑘 VHF V oice f or Ai r - to - Air , Air - to - Gr ound • V oice band width: 30 0 Hz - 3 kHz • Originally: Fr o m 118 MHz - 132 MHz with 200 kHz c hannels. • 1958: Fr om 118 MHz - 132 MHz with 100 k Hz channels. • 1959: Fr om 118 MHz - 136 MHz with 100 kHz chann els. • 1964: Fr om 118 MHz - 136 MHz with 50 kHz cha nnels. • 1974: Fr om 118 MHz - 136 MHz with 25 kHz cha nnels. • 1979: Fr om 118 M Hz - 137 MHz w ith 25 kHz cha nnels. • New pr opos ed st a ndard put the channels 8.33 kH z ap art. • Used o nly in Europe right now . • 19 MHz/25 kHz = 760 channels • 19 MHz/ 8,333 kHz = 2280 channe ls • N ava i d i n the VHF band : VHF Omni - R a n ge ( VO R ) • 108 MHz - 117.5 MHz 16 Channel s – ARI NC - 716 – VHF Communica tion s 17 VHF V oice Communic a t ions • ~2/3 f or c ommunic ation with • Air T r affic Co n tr ol (A T C) • ~1/3 f or c ommunic ation with • Aeronautica l Oper ations C ontr o l (A OC) 18 An t e nna on Air cr aft 19 VHF V oice Communic a t ions 20 N AV C O M • Oft en the VHF V o ice tr ansceiv er and the V OR na v aid c omes t o g ether in one bo x: COMM VHF Voice Radio NAV VOR 21 Sis t ema aut om à tic d’ adap t aci ó d’ impe dància d’ an t ena HF 28 Especific acions típiques d’ un tr ansmissor HF 29 Es t ació t er r es tr e HF 30 M aj or W orld Air R out e Ar ea – No rth A t l an tic ( M W ARA - NA T) The MW ARA - NA T i s an ar ea defined as the ar e a fr om the North P ole thr ough the poi nts 60N135W , 49N120W , 49N074W , 39N078W , 18N066W , 05N055W , 16N026W , 32N008W , 44N002E, 60N020E, to the Nor th P ole, and c an be vie wed on Fi gur e 3 ( R ef . ITU Appendix 27 Aer2). 31 A TS CO MMUNI C A TI ONS i n the NA T R egio n • R outine ai r/ gr o und A TS V o ice c ommunica tio ns i n the NA T R egion a re c onducted via aer adio st a tions. Messa g es a r e r ela y ed b y the gr ound s t ation t o /fr om the air tr affic c o n tr oller s in the r elev ant O AC. This is the c ase, whether communicat ions are vi a HF , GP /VHF or SA T COM V oice . • In the North A tla n tic R egion there ar e s ix ae r onautical r adio s t a tions , one associ a t ed with each of the Oceanic Con tr ol Areas. • Bodø Radio (N or way , Bodø A CC) • Gander Radio (Canada, Gande r OA CC ) • Iceland Radio (Icel and, Re ykjavik A CC) • New Y ork Rad io (US A , New Y ork O A CC) • Sant a Maria Radio (P ort ugal, Santa M aria OA C C) • Shanwick R adio (Ire land, S han wick OA CC). • In additio n there are tw o other st a tions that oper at e NA T frequencies: • Canarias R adio whic h ser ves Canar ias A CC • Arc tic Radio se r ving E dmont on, Winnipe g and Mon tr eal ACC ’ s. 32 R eg i o nal a nd domes tic Air R out e Ar ea – N orth A tlan t ic ( R DARA - NA T) 33 N AT - HF V oi ce Co mm un i c a t i on s • A significan t volume of NA T air/ gr ound c ommunica tions ar e conduc ted using voice on SSB HF fr equenc ies supported b y tw en ty - f our HF fr equencies allocat ed in bands r anging fr om 2,8 to 18 MHz. • The f actor s which af f ect the optimum fr equency f or comm unica tions o ver a specific path ar e the diurnal v ariation in i ntensity of the ion isa tion of the r e fr active l ay er s of the ionosp her e: • Frequencies from the lo wer HF bands tend to be used for c ommuni cations duri ng night - ti me. (f < 7 MHz ) • Frequencies from the hig her bands during day - ti me. ( f > 8 MH z ) • The 24 NA T fr equencies ar e or g aniz ed int o six gr oups kno wn as F amilies iden tifi ed a s NA T F amily A, B , C, D , E and F . • E ach F amily con tains a r ange of frequencies fr om ea ch of the HF f r equency b ands. • A number of st ations shar e f amil ies of fr equencies and c o - o per at e as a networ k to pr ovide the r equir ed geogr aphical and time of da y co ver age. • A full lis ting of the fr equenc y hour s of oper a tion of each NA T aer adio s t ation i s cont a ined i n the “HF M anagement Guidance Ma ter ial f or the North A taln tic R egion” (NA T Doc 003 ) (Appendices C - 1 t hru 6), av ai la bl e at www .icao.in t/EU RNA T / , f ollowing “EUR & NA T Documen ts” , t hen “NA T Documents” , in f older “ NA T Doc 003” . • E ach in divi dua l aircr aft i s normally all ocat ed a prima ry an d a secondary HF f r equency , ei ther when it r eceives it s clea r ance or by domestic c ontr ol lers shortly b ef or e the ocean ic boundar y . 34 Shan wick Radio ( Ir eland ) T ransmit t er at Urlanmo re ( 52 ° 45 ´N 008 ° 56 ´W ) 35 SEL C A L Selectiv e c alling 36 Selectiv e Calling (SEL CAL ) • SEL CAL • P ermits s electiv e c alling of individu al air cr af t o ver the aer onaut ic al mobile v oice chann els. • It o per at es on hig h f r e quenc y (HF ) o r v er y high fr equen cy (V HF) cha nnels • Objectiv e: • R eliev e flig h t cr ew s fr om the n eed t o c on tinuously main t ain a lis tenin g w a t ch on their assigned r adio channels. • Benefits inc lude: • R e duced fligh t cr ew w orkload and co ckpit no ise both of which can ha v e a neg a tiv e e f f e ct on human perf ormance . 37 Da t a Com muni c a tio n - A C A RS • Origina lly , f o r priv at e (= not dir ec tly r elat ed to Air T r af fic Con tr ol) communica tions betw een air cr aft and th e Airline Oper ational Cent e r s (A OC) ( g r ound s t ations ) f or or g a niz ational m at t er s: • OOOI ( Out o f the g at e, Of f the gr ound, On the gr ound, and In t o the g a te messag es): Push back fr om g at e, wheels of f , wheels o n, arriv al time a t the g a te, number of passeng er s, wheel c hair s r equir ed, et c. • La s t decades it has been e x t ended to include A ir T r af fic Contr ol (A T C) d a ta : • F or e x ample f or in - fligh t w eather upda t es (MET AR) 44 OOOI: O ut, Off , On, In. The c ollective term f or the f our pha ses of an airc raft ’ s flight: Out (le avi ng the gate), O ff (tak e of f ), On (touchdow n), and I n (arri vi ng at the gate ). A CARS mes sage s are se nt at t he start of each o f t hose phas es , pr oviding t he ai rcr aft moveme nt informat io n and other data to operat i ons cen ter computers . OOOI Aut om a tic ally Gen er a t ed R eport E x ample 45 ARINC St andar ds • ARINC 618: • De fines the air / gr ound pr ot oc ols f or co mmunica ting be tw een the A CAR S / CMU and VHF gr ound s y st ems. • De fines the f orma t of the ACAR S messag es sent by the ACAR S / CMU as w ell as r eceiv ed b y the A CAR S CMU . • ARINC 620: • De fines gr ound - to - gr ound co mmunica ti on pr ot oc ols. • De fines the messag e f orma t o f messag es r outed betw e en a ser vice pr ovider and an airline or other gr ound s y s t e m. • And v a rio us o the r AR INC st anda r ds do apply . 46 A C A RS – Commun ic a t ion Netw ork s • V ery High Fr equency (VHF): • Using a netw ork of VHF gr ou nd r adio s t a tions ; • Uses audio fr equency shift k eying , F SK (M SK); • Domestic fligh ts. • Dat a s er v ice pr ovider s : ARINC (GL OBALink) a nd SIT A • SA T CO M : • Using INMAR SA T c o mmunic ation s at ellites; • Pr ovides w o rldwide c ov er ag e, with the e x cep tion of o per a tion a t the high la titudes; • Pr o blem when y ou fly ov er the poles. • High Fr equency (HF): • Using a netw ork of HF gr ound r adio st ations; • W ork s f or polar r out es; • ARINC is the o nly ser vice pr ovider her e. 47 FRE QUÈNCIE S ASSI GNA DE S AL SI S TEMA A C A RS 48 VDL VHF Da ta Link 49 VHF Da t a Link (V DL) • VDL M ode 2: • Designed t o r eplace A C A RS ; ~10 times the bandwi dth of VHF A C A RS ; • Is curr en tly being us ed in a lar g e am oun t of air cr a ft fo r CPDLC applic a tions in both Eur ope an d the US. • Suppor ts c onnectiv ity to AT N (Aer o nautic a l T elecommunic a tions Netw o rk). 50 VDL M ode 2 – P r ot oc ol St ack Physical la yer D8PSK (31.5 kb/s) MAC layer CSMA LME DLS (AVLC) SNAcP (VDL 8208) Int ernet work la yer Trans port layer Sessio n l ay er Presen tat ion lay er Applica tion la yer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Layer 6 Layer 7 Di ffer enti al 8- phase modula tion at a s ymbol r a te of 1 0.5 kB auds or 31.5 kbps (eig ht phase st a tes yie ld 3 - bit s ymbols). In Eur ope a com mon signa ling fr equency ha s been all oc a ted to VDL - M2, 136,975 MHz on which all st ations must transmit their identific ation messag es. Fo r exam pl e b it seq uen ce 0110 1010 111 1 turn s i nto four 3 - b it sym bol s 011 010 101 111. 011 => 010: change the phase by 15 7.5 0 a t the bit in ter val 010 => 101: change the phase by 29 2.5 0 at the b it interv al 101 => 111: change the phase by 24 7.5 0 at the b it interv al 51 VDL M ode 2 – P r ot oc ol St ack Physical la yer D8PSK (31.5 kb/s) MAC layer CSMA LME DLS (AVLC) SNAcP (VDL 8208) Int ernet work la yer Trans port layer Sessio n l ay er Presen tat ion lay er Applica tion la yer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Layer 6 Layer 7 MAC (Med ia Access Contr ol) implements th e CSMA (Collision Sense Multip le Access) algorithm – the radio li stens to the c hannel and if it is free it transmits ; if not it retries after a r ando m in terval. Th ere is no priorit y mechanism in V DL - M2 . 52 VDL M ode 2 – P r ot oc ol St ack Physical la yer D8PSK (31.5 kb/s) MAC layer CSMA LME DLS (AVLC) SNAcP (VDL 8208) Int ernet work la yer Trans port layer Sessio n l ay er Presen tat ion lay er Applica tion la yer Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Layer 6 Layer 7 R esponsibl e f or c onnecti on es ta blishm ent and handoff s. LME (Li nk Manag ement En tity) gene r a ted f or each connec tion. Data Link Sub - la yer ( DLS) m anag es da ta c ommuni c atio n betw een the air cr aft a nd gr ound s ta tion, pr oviding the a ddre ssing a nd c ontr olling link usage. Maintains a Dat a Link Entity (DLE) f or each connection, and manages a prioritized queue shared by every D LE. Also called A VLC (A viatio n V HF Li nk Cont r ol) use s a HD LC - lik e (High - lev el Data Link) pr otoc ol. 53 AER ONA UTIC AL MOBILE S A TELLI TE R OUT E SER VIC E AMS(R)S 60 CARAC TERISTIQUE S • Basat en sa t èl·l its geost acion aris s ituat s a 36.000 km de l’ equador . • P oden oper ar en Banda L (1,4 GHz) , Banda C (3, 4 -4,8 GHz), Band a Ku (10,7 – 12,75 G Hz) i Ba nd a K a (19 -22 GHz). • Bona c obertur a mundial, a ex cepció de ls pols. • Utilitz en m od ula ció A viation Binary Shift K eyi ng (ABPSK) amb veloci t at s de 2.4, 1.2 o r 0.6 kbps. • P er vel oci t a ts més gr ans de 2400 kbp s, uti lit z en la modulaci ó Aer onautic al Quadr atur e Sh ift K eying (A - QPSK) . 61 SIS TEM A AMS(R)S 62 SIS TEM A AMS(R)S • The P channe l oper at es in pack et mode, using t ime divisio n multiple x ed fr ames tr ans mit t ed con tinual ly fr om aer onautical gr ound earth s t ation t o t he air cr aft via the tr ansponder on t he sat ellit e; this pr ovides the signa llin g dat a f or the link set-up and s ynchr oniz at ion. • The R channel is a r andom access pr otoc ol using a slot t ed Aloha f orma t. Thi s is tr ansmit t ed fr om the air cr a ft (or mo bile st ati on) when ini tia ting a c all or dat a message set - up . It can also c arry local s ynchr oniz ation and netw ork management i nf orma tion. • The T channe l is a dat a channel us ing the TDMA pr otoc ol f or ass ignment o f slots channel fro m air cr aft only . R ecei ving geos t at ionary ear th s ta tion (GE S) r eser ves time slot s a ccor d ing to message le n gth . • The C channe l(s ), cir cuit mode channel, single channel per c arri er ar e used both w a y s. 63 REFERÈNCI E S • Dale S t a c ey , “ Aer on aut ical Ra dio Comm unica tion S y s tems and Netw ork s” . J ohn Wiley & Sons, 2008. • Mik e T ooley and Da vid W y a t t , “ A i r c ra f t Communications a nd Na vig ation Sy ste m s : Pr inciple s , Oper ation a nd Ma int ena nc e ”, Elsevier , 2007. 64 T ema 5: ELS E QUIPS I ELS SIS TEME S RADIO ELÈ C TRI CS AER O POR TU ARIS Jor di Ber enguer No vembre 2021 Sis t e me s de Rad iogonio metria Radiogoniometria : f . [T C] Mèt ode per a det erminar la dir ecció i la posició d’ un emi ssor de r àdio . 2 RADI OGO NIO METRIA • T ècnica que per me t det erm inar la dir ecció de pr oce dència d’ una ona e lectr omagnè tic a. • Quan es con eix la posic ió de l sist e ma tr ansmissor , s’ utilit z a com un sis tema d’ aj uda a la n a veg ac ió a èria. Es tr a cta del sis t ema ADF ( Automatic Directional Finder ), el r ecep t or del qual e s tr oba emba r ca t en l’ aer onau, que m esur a l’ angl e de r ecepció r espect e d’ una r adio bal isa que s’ anomena NDB ( Non Directiona l B eac on ) que eme t un sen y al de f orma omnidir eccio nal. NDB ADF 3 VDF ( VHF Dir ectional Fi nder ) • En mo de in ver s, en aer onàutic a s’ utili tz a per det erminar la posici ó d’ una aer onau a part ir de la loc alitz ació del sis t emes de comunic acions per veu en VHF . En aquest c as, el sist ema es denomina VDF . • Es t à f orma t per una ant ena rec ept or a, anomenada màst e r q ue es t à sempr e c onnect ada a un r e cept or , al volt ant de la qual i en cer cle, es disposen N ant enes anomenades sla ve , (habitual ment són 8), que es connect en seqüe ncial ment a un altr e rec ept or . A partir de la mesur a de la dif er ència entr e les f ases dels sen y als el èctr ics r ebuts es pot det erminar l’ angl e d’ on proc edeix el sen y al emès pe r l’ aer onau. • Sta tiona ry and transpo rtabl e DF antenna f or the frequency rang e fr om 20 MHz to 450 MHz • Multi - el ement DF a ntenna with nine ante nna elements • DF measur em ents up to ITU class A DF ac cur acy • Integrated, ex tendible lightning pro tection c oncept wi th lig htni ng rod; no impact on DF accur acy 4 RADIOGONIOMETRIA Direction Findi ng (DF) PRINC IPI DE FUNCION AMENT 5 S min Noise : Exter nal and internal Rx ( ) ( ) 1 0 2 4 max 4 N S BF kT A G P R eff t π σ = Radar equa tion w ith pul se in t egr a tion Probability o f F alse Alar m Probability o f Det ectio n 𝑅𝑅 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 4 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡 𝐺𝐺𝜎𝜎 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 4 𝜋𝜋 2 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 𝐵𝐵𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡 𝐺𝐺𝜎𝜎 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝒎𝒎𝑬𝑬 𝒎𝒎 ( 𝒎𝒎 ) 4 𝜋𝜋 2 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 𝐵𝐵𝐹𝐹 ⁄ 𝑺𝑺 𝑵𝑵 𝟏𝟏 n : Number of pulses integrat ed RAD AR TRA NSMI T TER Blo ck Diagr am of a P ulse d Radar Power Amplifer Waveform generator Pulse Modulator Low Noise RF Amplifier IF Amplifier Matched Filter 2nd. detector or Demodulator Video amplifier Threshold decision Local Oscillator Duplexer Output Mixer IF Filter B IF Local Oscillator IF Amplifier Detector Video Amplifier B V Threshold V T nvelope detector Pre -detection Post-detection The RAD AR T r ansmit t er • Gene r at es high power RF r a diation w hich illu minat es t ar gets. • Includes thr ee basic elemen ts: • The P ow er Amplifier (P A). • The Pulse Modulat or (PM). • P ow e r Supply / C on ti nuous W a v e Gener at or . • P eak power s can r ang e fr om milliw ats to g igaw atts . • Fr equencies can r ange fr om MHz t o hundr ed of GHz. • Can b e con tinuous ly oper ated or pu lsed. • Can b e a sing le device or ma n y . THE PO WER TRA NSMI T TER • Can be bas ed in: • P ower am plifiers: • Klystron • High peak p ower and high gain • Relative Bandwidth: from 8% t o 10 % • Suitable f or coh erent R adar application s, such MTI (Mov ing Tar get Indic ator s) and Pulsed Doppl er Radar. • High mass and volu me. • High voltage an d current required. • T r a vel ing W a ve T ubes • Solid Stat e Power Amplifiers • Pulsed P ower O scillator s: • Ma g n e t ro n • Poor freq uency stability • Hig h peak pow er , but reduced average power . • Reduc ed ma ss and v olume. • Can produc e out of band and spurio us em issio ns . • Gy ro t ro n • The R efle x Kly str on (f eedbac k amplifi er) Radar A n t enn as An t e nna p a r ame t er s and B asics THE ANTENNA F UNC TIO NS : • As a t r ansductor , it tr ansf o rms an ele ctrical signal into an Ele ctromagnetic wav e with an spec ific space or ient ation . • In 2 - D R adar Sy stems, among these functions, it determines the azim uth angle of the tar get. • In 3 - D R adar Sy stems, it pr ovide s the eleva tion angle of the tar get. T ypic al an t enna 2D - R adar pa t t erns F a n Beam R A D IO L OC A T I ON No n s ymm et ri c lobe Only h i gh r es olution i n az imuth (no t in ele v ati o n) Only provides ( r, φ ) coordina tes. FA N - B EA M ANTENNA (2D- Radar) Fa n - beam antennae pat tern a) later al view b) fr ont al view P ET ER SW ERLING March 4, 1929, New Y ork City . - August 25, 2000, Cal iforni a . P eter Swe rling ent er ed the Calif ornia institut e of t echnology a t the age of 15 and r eceiv ed a B.S. In mathem atics thr ee y ear s late r in 1947. He wen t on to tak e a sec ond unde rgr adua te degr ee, this time in economics, fr om Cornell unive r sity in 1949,. He then at ten ded the univ er sity of Calif ornia, Los Angele s, whe re h e re ceive d an M. A. In Ma thema tics in 1951 and a Ph. D. in Ma thema tics in 1955. While still in gr aduate school, S werling w ork ed full - time f or Douglas Aircr aft Company as a staf f member of the newly for med Pr oject RAND . He wr ote his lan dmark r eport, "Pr obability of Dete ction f or Fluctuating T ar gets, " fo r the RAND Corpor ation (now in depen den t fr om Douglas A ircr aft) in 1954. The pape r in tr oduced a set of s ta tistica lly "fluctuating ta rg et" sca tt ering models t o char acter iz e th e detectio n perf ormance of puls ed r adar sy stems. Bu ilding on the wor k of Jess Marcum (who sta tistically subtr acted noise fr om images of s tea dy target s) , Swe rling accounte d for s ta tistical fluct uations of the targ et itself . The models bec ame known as Sw erling T arget Models C ases I, II, III, and IV in r adar l iter ature. PROB AB ILITY OF DETE C TION FOR F LU C T UA T I N G TA R G E T S S WERL ING T AR GET F L UC TU A TION MOD ELS Develop ed by Peter S werling Case I: Scan to Scan Fluc tua tion (Slow fluc tua tion ) (Ra yleig h sca tt er er ). Similar a mplitu des from the scat tering point s. • The echo pulses received from a t arg et on any sc an are of const ant amplitude throughout the entire scan, but are uncorrelated fr om scan a scan. • The probability de nsity funct ion is: 𝑝𝑝 𝜎𝜎 = 1 𝜎𝜎 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑒𝑒 − 𝜎𝜎 𝜎𝜎 𝑙𝑙𝑣𝑣 ; 𝜎𝜎 ≥ 0 and σ av is the a ver age value of the RCS. • In this case and for one pulse , the probability of detection can be ex actly calcula ted in terms of the a ver age ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 1 over all tar get fluctuations, as: 𝑃𝑃 𝐷𝐷 = 𝑒𝑒 −𝑉𝑉 𝑇𝑇 2 2𝜓𝜓 0 1+ ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 1 = 𝑃𝑃 𝐹𝐹𝐹𝐹 1 1+ ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 1 S WERL ING T AR GET F L UC TU A TION MOD ELS Develop ed by Peter S werling Case II: Pulse to Pulse Fluct uat ion (F a s t fluct uat ion) Similar a mplitudes from t he scat tering points. • The echo pulses received from a t arg et on any sc an are independent from pulse to pulse wit hin the scan, and are uncorrela ted from scan a scan. • The probability de nsity funct ion is the same as Case I: 𝑝𝑝 𝜎𝜎 = 1 𝜎𝜎 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑒𝑒 − 𝜎𝜎 𝜎𝜎 𝑙𝑙𝑣𝑣 ; 𝜎𝜎 ≥ 0 and σ av is the a ver age value of the RCS. S WERL ING T AR GET F L UC TU A TION MOD ELS Develop ed by Peter S werling Case III: Scan t o Scan Fl uctua ti on (Slow fluctu at ion ) One scat t erer po int mu ch lar ger than other s. • The echo pulses received from a t arg et on any sc an are of const ant amplitude throughout the entire scan, but are uncorrelated fr om scan a scan. • The probability de nsity funct ion is: 𝑝𝑝 𝜎𝜎 = 4𝜎𝜎 𝜎𝜎 𝑎𝑎𝑎𝑎 2 𝑒𝑒 − 2𝜎𝜎 𝜎𝜎 𝑙𝑙𝑣𝑣 ; 𝜎𝜎 ≥ 0 and σ av is the a ver age value of the RCS. • The tar get is mode lled as one larg e sca t ter er together w ith a number of small s catt e re rs . S WERL ING T AR GET F L UC TU A TION MOD ELS Develop ed by Peter S werling Case IV : Pulse to Pulse Fluct uat ion (F a s t fluct uat ion). One scat t erer po int mu ch lar ger than other s. • The echo pulses received from a t arg et on any sc an are fluctuating from pulse to pulse. • The probability de nsity funct ion is the same that Case III: 𝑝𝑝 𝜎𝜎 = 4𝜎𝜎 𝜎𝜎 𝑎𝑎𝑎𝑎 2 𝑒𝑒 − 2𝜎𝜎 𝜎𝜎 𝑙𝑙𝑣𝑣 ; 𝜎𝜎 ≥ 0 and σ av is the a ver age value of the RCS. • The tar get is mode lled as one larg e sca t ter er together w ith a number of small s catt e re rs . S WERL ING T AR GET F L UC TU A TION MOD ELS Develop ed by Peter S werling Case V or Case 0: Non fluct uat ing t arg et. THE RAD AR E Q U A TION WI TH FL UC TU A TIN G RCS 𝑅𝑅 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 4 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡 𝐺𝐺 𝝈𝝈 𝒎𝒎𝒂𝒂 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 4 𝜋𝜋 2 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 𝐵𝐵𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 𝑖𝑖 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡 𝐺𝐺 𝝈𝝈 𝒎𝒎𝒂𝒂 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑛𝑛 𝐸𝐸 𝑖𝑖 ( 𝑛𝑛 ) 4 𝜋𝜋 2 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 𝐵𝐵𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 1 Fluctuating tar ge ts requires a lar ger S/N than a no n fluctuating t arg et to k eep t he same dist ance r ange. P r o bability of det ec tion and SNR in terms of fluctua ting t ar gets Additional SN R in t erms of fluctua t ing t ar gets RAD AR E QU A TION FOR FL UC TU A TIN G T AR GETS 𝑅𝑅 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚 4 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡 𝐺𝐺𝜎𝜎 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑛𝑛 𝐸𝐸 𝑖𝑖 ( 𝑛𝑛 ) 4 𝜋𝜋 2 𝑘𝑘 𝑇𝑇 0 𝐵𝐵𝐹𝐹 ⁄ 𝑆𝑆 𝑁𝑁 1 𝑳𝑳 𝒆𝒆 DOPPL ER FRE QUENCY SHI FT EFF E C T Doppler radar : A radar that can determine the frequency shift through measuremen t of the phase change tha t oc curs in elec tromagnetic waves during a series of pul ses. TX Only is possible the meas ure ment of the rel at i ve r adial of the tr ansmit t er a nd ta rg et Velocity Line - of - sight Radial velocity – ve locity pr oje cted onto line - o f - sight Monostatic radar The received frequenc y differs from the t ransmi tted frequenc y, d ue t o the Do ppler effect o f the target . 𝜑𝜑 𝑣𝑣 𝑟𝑟 𝑣𝑣 𝑣𝑣 𝑟𝑟 = 𝑣𝑣 · c os 𝜑𝜑 7 DOPPL ER FRE QUENCY SHI FT EFF E C T TX v v r 𝐸𝐸 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝑒𝑒 𝑗𝑗 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 ; 𝐸𝐸 𝑟𝑟 = 𝐴𝐴𝜎𝜎 𝑒𝑒 − 𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗𝑗 𝑡𝑡 𝑒𝑒 𝑗𝑗 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴𝜎𝜎 𝑒𝑒 −𝑗𝑗 4 𝜋𝜋 𝜆𝜆 0 𝑗𝑗 𝑡𝑡 𝑒𝑒 𝑗𝑗 𝜔𝜔 0 𝑡𝑡 𝜙𝜙 𝐷𝐷 = 𝜙𝜙 𝑡𝑡 −𝜙𝜙 𝑟𝑟 = − 2𝛽𝛽𝛽𝛽 𝑡𝑡 = − 4𝜋𝜋 𝜆𝜆 0 𝛽𝛽 𝑡𝑡 𝜔𝜔 𝐷𝐷 = 𝑑𝑑 𝜙𝜙 𝐷𝐷 𝑑𝑑𝑡𝑡 = − 4𝜋𝜋 𝜆𝜆 0 𝑑𝑑𝛽𝛽 𝑡𝑡 𝑑𝑑𝑡𝑡 = − 4𝜋𝜋 𝜆𝜆 0 𝑣𝑣 𝑟𝑟 𝑓𝑓 𝐷𝐷 = 𝜔𝜔 𝐷𝐷 2 𝜋𝜋 = − 2 𝑣𝑣 𝑟𝑟 𝜆𝜆 0 = − 2 𝑓𝑓 0 𝑣𝑣 𝑟𝑟 𝑐𝑐 𝐸𝐸 𝑟𝑟 𝐸𝐸 𝑡𝑡 f D = Doppl er frequency v r = radial veloci ty f 0 = transmiss ion freque ncy λ 0 = wavelength c = propagation vel ocity (light s peed) 𝑓𝑓 𝐷𝐷 = − 2 𝑓𝑓 0 𝑣𝑣 𝑟𝑟 𝑐𝑐 8 HOMOD YNE CW RAD AR RX f 0 +f D v v r 𝑓𝑓 0 c os 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 0 + 𝑓𝑓 𝐷𝐷 𝑡𝑡 c o s 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 0 𝑡𝑡 c o s 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 𝐷𝐷 𝑡𝑡 Processor & Display f 0 f 0 f 0 ±f D f 0 f 0 ±f D │f D │ , 2f 0 ±f D │f D │ leakage 9 HOMOD YNE CW RAD AR With a simple r ecei v e r , the sign inf ormation o f the Doppler fr e quency is los t. Only the t ar ge t speed is obt ained wi thout an y i nf orma tion about the s ense of the t ar g et. M i xe r Local O scillat or Ther e is an ambiguity in tar ge t speed, because t he sign al components at f c +f D and f c -f D , r esul t in the s a m e I F. Removed b y filt ering 10 HETERE OD YNE CW RAD AR • Impr ov es the sensi tivit y of the r ecei ver . • A voids the leak age pr oblems of the cir culat or . • But doesn’ t det ects the sign of the Doppl er shift. Processor & Display f 0 f 0 f 0 ±f D f 0 f 0 ±f D │f D │ f I f 0 +f I │f I ±f D │ leakage f 0 │ f 0 +( f 0 ±f D )±( f 0 + f I ) │ 11 I/Q HOM OD Y NE CW RA D A R (Sign sens e) T o solv e this ambiguity , the use of a phase/quadr atur e (I/Q ) r e ceiver is r e quir e d, wher e the module and pha se inf ormatio n is ob tained, but incr easing the co mple xity of the r eceiv er . In - phase and quadr atur e mix er s Mix er (I) Mix er (Q ) F or th e negative Doppler: In - phase: Quadr atur e: Change in sign 12 NORMA LI ZED FRE QUENCI E S B Y THE CNA F Cuadr o nacional de a tribució n de f r ecuencias (CNA F) CNAF 2013 (B. O .E. de 9 de ma y o 20 13, actual iz ado B.O .E. de 16 de abril 2 015) ht tp://www .minet ur . gob.es/t elec omunic aciones/Espectr o/P aginas/CNAF .asp x 13 PULSED Rad ar with Do pple r shift 14 PULSE DO PPLER RAD AR Power Amplifer Pulse Modulator Low Noise RF Amplifier IF Amplifier Matched Filter 2nd. detector or Demodulator Video amplifier Threshold decision Local Oscillator Duplexer Target Range Reference signal Directional coupler Doppler processor Target Speed A t the r eceiv er , the phase of the inc oming input is c ompared w ith the phase of the tr ans mit t ed signal. A C OHER ENT r ecei ver i s needed 15 PULSED D OPPLER RA D A R Power Amplifer Pulse Modulator Low Noise RF Amplifier IF Amplifier Matched Filter 2nd. detector or Demodulator Video amplifier Threshold decision Local Oscillator Duplexer Target Range Reference signal Directional coupler Doppler processor Target Speed 𝑣𝑣 𝑗𝑗 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝑗𝑗 cos 2 𝜋𝜋𝑓𝑓 0 1 ∓ 2 𝑣𝑣 𝑟𝑟 𝑐𝑐 𝑡𝑡 − 4𝜋𝜋 𝑓𝑓 0 𝛽𝛽 0 𝑐𝑐 = 𝐴𝐴 𝑗𝑗 cos 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 0 ∓ 𝑓𝑓 𝐷𝐷 𝑡𝑡 − 4𝜋𝜋 𝛽𝛽 0 𝜆𝜆 0 𝑇𝑇 𝑗𝑗 𝑡𝑡 = 2 𝑐𝑐 𝛽𝛽 0 ± 𝑣𝑣 𝑟𝑟 𝑡𝑡 𝑣𝑣 𝑗𝑗 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝑗𝑗 cos 2 𝜋𝜋𝑓𝑓 0 𝑡𝑡 − 𝑇𝑇 𝑗𝑗 𝑡𝑡 𝑣𝑣 𝑇𝑇 ( 𝑡𝑡 ) = 𝐴𝐴 𝑇𝑇 cos 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 0 𝑡𝑡 𝑣𝑣 𝐷𝐷 𝑡𝑡 = 𝐴𝐴 𝐷𝐷 cos 2 𝜋𝜋𝑓𝑓 𝐷𝐷 𝑡𝑡 − 4𝜋𝜋 𝛽𝛽 0 𝜆𝜆 0 16 MTI WITH SI NGLE D ELA Y - LI NE CANCEL LER Delay T p =(PRF) -1 + - V 1 V 2 V out 𝐻𝐻 𝑓𝑓 𝐷𝐷 = 2 sin 𝜋𝜋 𝑓𝑓 𝐷𝐷 𝑇𝑇 𝑝𝑝 • It r emov es the ideal s t ati c cl ut t er echoes δ (0) , b ut the Doppler shifts tha t ar e multiples of the PRF ar e undet ect able. • They ar e c alled the bli nd s peeds . 𝑣𝑣 𝑛𝑛 = 𝑛𝑛 𝜆𝜆 0 2 𝑇𝑇 𝑝𝑝 = 𝑛𝑛 𝜆𝜆 0 2 PRF ; 𝑛𝑛 = 1,2, 3, … 23 FM- CW Radar 24 FM - CW Radar • Fr equenc y mo dulat e a CW sig nal time TX Slope: + m Slope: -m 𝑓𝑓 𝑚𝑚 −1 𝑚𝑚 = ∆𝑓𝑓 ⁄ 𝑓𝑓 𝑚𝑚 −1 2 = 2 𝑓𝑓 𝑚𝑚 ∆𝑓𝑓 25 FM - CW Radar St ationary t ar ge t a t Rang e ‘R’ time TX RX TX 𝑚𝑚 = 𝑓𝑓 𝑏𝑏 � 2𝛽𝛽 𝑐𝑐 = 𝑓𝑓 𝑏𝑏 𝑐𝑐 2𝛽𝛽 ⟹ 𝛽𝛽 = 𝑓𝑓 𝑏𝑏 𝑐𝑐 2𝑚𝑚 = 𝑓𝑓 𝑏𝑏 𝑐𝑐 4 𝑓𝑓 𝑚𝑚 ∆𝑓𝑓 𝑓𝑓 𝑏𝑏 𝑓𝑓 𝑚𝑚 −1 26 FM - CW Radar Mix er (I) Mix er (Q ) cos 2 𝜋𝜋𝑓𝑓 𝑏𝑏 𝑡𝑡 − sin 2 𝜋𝜋 𝑓𝑓 𝑏𝑏 𝑡𝑡 𝑓𝑓 𝑏𝑏 = tan −1 𝑄𝑄 𝐼𝐼 𝛽𝛽 = 𝑓𝑓 𝑏𝑏 𝑐𝑐 4 𝑓𝑓 𝑚𝑚 ∆𝑓𝑓 27 FM - C W Rada r - Mov i n g t ar g e t a t Rang e ‘R’ time TX RX ‘m’ is positi ve ‘m’ is ne gative If t 1 and t 2 ar e chosen s ymm etric with r espect to t R and the tar ge t v eloc ity is cons tan t ove r tha t int erval : 𝑓𝑓 𝑚𝑚 −1 28 FM- CW Radar altim e t e r 29 Applic a tion: the Radar Altim e t er • Measur es heigh t Ab ove Grou nd Level (A GL ) Fr e quency of o per ation: 4,2 t o 4,4 GHz . 30 Radar Al time t er – E f f ec t of Beam - width • The beam illuminat es a n ar e a r ather tha n a single po in t Fr e quency of o per ation: 4,2 t o 4,4 GHz . 31 FM - C W Rada r Al time t er Bl ock Diagr am Fr e quency of o per ation: 4,2 t o 4,4 GHz . 32 6 A T CRBS • A T CRBS , the Air T r affic Control Rad ar Be acon Sy st e m , is a secondary surveil lance r adar s ys t em develo ped f or use wi thin the air tr af fic c ontr ol s ys t em f or mor e pr ecise position r eporting of planes. • It is used in co njuncti on with the primary r adar , which is use d t o det e rmine the pr esence of planes in the air s pace. • AT C R B S s uppl eme nt s th is p osit iona l inf ormatio n with pos itive identif icati on and altitu de inf ormatio n , allowing contr o ller s to tr a ck ea ch p lane mo r e precisel y an d efficie ntly . • Dev eloped in 1956, A T CRBS w as the fir st air r out e surveill ance r adar s ys tem dev eloped and pur chased f or t he purpo ses o f air tr af fic c ontr ol. • The t echnology w as based c losely on tha t of the milit ary's IFF (Identifi ca tion Friend or F oe) s ys t em. 7 W orking P r inciple of SSR PSR a nd SSR Non c o - oper ativ e v er sus c o - oper a tiv e Independe n t Sur v eillance 8 W orking P r inciple of SSR 9 W orking P r inciple of SSR PSR a nd SSR SSR “r ound trip” r equir es 2 success ful tr ansmis sions and 2 succe ss ful r eceptio ns BU T each tr ansmissi on require less p ow er The SSR is , in f act, a n automatic bi dir ectiona l co m m u n i ca t io n sy ste m betw een the Gr ound surveil lance s t ati on and the air cr aft. 10 W orking P rinciple of SSR • Primar y sur veillance r adar ( PS R ) det ects and measur e s the position of an air cr af t. • Secondary sur v eillanc e r a dar ( S SR ) r eques ts additio nal in f o rma tion fr o m the air cr aft such as ide n tity and altitud e . • It r elies on the air c r aft being equipped w ith a tr anspo nder t ha t a ut omatic ally r eplies t o an in t e rr og ation signal. 11 W orking P r inciple of SSR PSR SSR Det ects ever y thing Det ects only Co- oper ating T ar ge ts Sees “ c l u tte r ” N o C l u tte r High T r ansmit ting P ow er Con ven tional T r ansmission P ow er Needs Sensiti ve R eceiv er (the received signal depends of the t arget RCS) Bid ir ect iona l co mmunica tions s ys t em. (Good SNR i n both sens es ) T r ackin g is mo r e d ifficu lt M o re unambiguous tr acking Blind t o Heigh t Extr acts Altitu de Blind to Identity Extr acts Ide ntity 12 W orking P r inciple of SSR PRIMAR Y SUR VEILL ANCE RAD AR ( PS R ) • De fine d by the r ad ar equation. 𝑃𝑃 𝑟𝑟 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡 𝐺𝐺 𝑇𝑇 𝜎𝜎 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 4 𝜋𝜋 3 𝑹𝑹 𝟒𝟒 • The r eceiv ed pow er is pr opo rtio nal t o 𝑹𝑹 𝟒𝟒 SE COND AR Y SUR VEILL ANCE RAD AR ( SSR ) • De fine d by the tr a nsmiss ion e quation. 𝑃𝑃 𝑟𝑟 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡 𝐺𝐺 𝑇𝑇 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 4 𝜋𝜋 𝑹𝑹 𝟐𝟐 • The r e ceived power is pr opo rtion al to 𝑹𝑹 𝟐𝟐 PSR and SSR diff e r in man y wa ys : • T r ansmission fr e quencie s dif f er • Dif f er ent an t ennas used ( gr ound and air) • Bidir ectional c ommunic a tion s y s t em 13 UPLINK – DO WNLINK 𝑃𝑃 𝑟𝑟2 , 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 is the mi nimum power t he on bo ard tr ansponde r can re ceive . 𝑅𝑅 𝑡𝑡 , 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚 2 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡𝑡 𝐺𝐺 𝑇𝑇 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 4 𝜋𝜋 𝑃𝑃 𝑟𝑟2 , 𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡𝑡 𝑃𝑃 𝑟𝑟 , 2 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐺𝐺 𝑇𝑇 𝐺𝐺 𝑒𝑒 𝜆𝜆 𝑡 4 𝜋𝜋 2 SSR Uplink Rang e: The r ange t o which the tr ansponder c an go bef or e it ceases to r eply to 90% o f the i n te r ro ga t i o n s . 𝑃𝑃 𝑡𝑡𝑡 𝑃𝑃 𝑟𝑟𝑡 𝑃𝑃 𝑟𝑟2 𝑃𝑃 𝑡𝑡2 Int err ogat or Tr ansponder 𝑓𝑓 2 𝑓𝑓 𝑡 14 UPLINK – DO WNLINK 𝑃𝑃 𝑟𝑟𝑡 , 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚 is the minimum power the in t errogation s tati on can rec eive . 𝑅𝑅 𝑚𝑚 , 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑚𝑚 2 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡2 𝐺𝐺 𝑇𝑇 𝐴𝐴 𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 4 𝜋𝜋 𝑃𝑃 𝑟𝑟𝑡 , 𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑃𝑃 𝑡𝑡2 𝑃𝑃 𝑟𝑟𝑡 , 𝑚𝑚 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝐺𝐺 𝑇𝑇 𝐺𝐺 𝑒𝑒 𝜆𝜆 2 4 𝜋𝜋 2 SSR Down - link Range: The r ange t o which the tr ansponder c an be tak en bef or e its r eply pulses cea se to be det ect ed by the int err og atio n sta t i o n . 𝑃𝑃 𝑡𝑡𝑡 𝑃𝑃 𝑟𝑟𝑡 𝑃𝑃 𝑟𝑟2 𝑃𝑃 𝑡𝑡2 Int err ogat or Tr ansponder 𝑓𝑓 2 𝑓𝑓 𝑡 15 Fr equencies SSR Tx 1030 MHz Rx 1090 MHz INTERROGA T OR (Gr ound based) Rx 1030 MHz Tx 1090 MHz TRANSPONDER (Ai rborne) An I n te r ro ga t o r on the g r ound , tr ansmits a signal on 1030 MHz r equest ing inf ormation f ro m a ll tr anspon der s in r ange .A tr ans ponder is a dev ice on the a i rc ra f t wh ich r ep lies to i nte r ro gat i o n s on 1090 MHz . 22 Tw o FRAM ING Pulses INF ORMA T ION Pulses IDE NTITY Pulse P osit ion SSR Code Manag emen t: R eply pr ocess The tr anspon der r eplies 3 ,0 µs aft er the r eception of P3 . 23 SSR Code Manag emen t: R eply pr ocess • F1 and F2 alw a ys present. • A, B , C, D coded in o ctal f ormat . • SPI , additional pulse only reply if t he pilot is explic itly request ed by the A C TO . 24 A binary bi t, tha t is a 0 or a 1, is used to r epr esen t dat a. Ho w man y decimal number s can b e r epr esen t ed b y thr ee binar y bits? SSR Code Manag emen t: R eply pr ocess 0 Dec imal 0 0 0 = 3 Binary Bits 0 0 1 = 0 1 0 = 0 1 1 = 1 0 0 = 1 0 1 = 1 1 0 = 1 1 1 = 1 2 3 4 5 6 7 Ther e ar e n o other combina tions of the 3 binary bit s - hence o nly de cimal 0 to 7 can be r epr esen t ed by 3 binary bits . That is wh y there are no squawk codes con t aining the decim al num ber s 8 and 9. 25 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 Squawk code 43 21 c an be r epr esent e d by c ombina tions of 3 binar y bits as: These ar e the 12 in f or mation pulses SSR Code Manag emen t: R eply pr ocess 26 The r ef or e, th e number o f pos sible combinations is 2 12 = 4096. Hence ther e ar e 4096 discr et e squawk codes. LIMIT A TION (Over come wi th Mod e S) SSR Code Manag emen t: R eply pr ocess 27 MODE C : AL T IT UDE SSR C ODE MANAGEMENT MODE C 21 µs 2 µs P1 P2 P3 28 SSR Code Ma nag ement: T r ans missi o n of Al t i t ude • Air cr a ft altitude in f orma tion is the respon se to a n int err og a tion in Mode C . • The altitude inf orma tion is tr ansmit te d in the f orm of a respon se pulse tr ain to the gr ound s t ation. • This is dec oded int o a numeric al f orm and pro vide s a dir ect indic ati on of the v ertica l position of the airc r a ft. • T o e x clude oper a tiona l err or s during the tr ansmissi on of vertic al positio n da t a, r ef er ence is solely made to the sta n d a rd ICA O a tmosphe re pr ess ur e set ting of 1013,2 h Pa . • The proc ess is entir ely auto ma tic, the only cr ew functio n being a selection o f “ AL T ON ” on the tr ansp ond er c ontr ol panel. • Thus, no ma t t er what pr essu r e set ting has been select ed on the altime t er , the vertic al position of an air cr a ft in r espons e to a M ode C in t err og a tion is a l w ay s given as a Fl i ght Leve l . 29 SSR Code M ana g emen t : T r an smissi on of Altitude • The altime t er altitude dat a are s ent t o an analog - digital con v erter tha t automa tically en codes it in incr ements/decr emen ts of 100 f eet r anging betw een +126.750 t o - 1.000 f ee t, with an unce rt ain ty of ± 50 ft. • Only 1278 diff er en t com bina tions (fr om the 4096 a v ailabl e) ar e needed. • The a ir cr a ft alti me t er s gene r ally ha v e gr ea t er accur acy and r esol ution. • Although the air cr aft a ltim et er s ha v e a gr ea t er accur acy a nd r esoluti on than 100 ft , t his kind of enc oding is suf ficie n tly accur a t e t o be displ a yed i n the l abel associa t ed with the plane and pr esen t ed to the con tr oller , but it's n ot accur a t e to specify the v ertic al r at e. 30 SSR T r ansponder An t ennas If the air cr aft has only one ant enna it is at the bot tom of t he a i rc ra f t . The r eply is tr ansmit t ed by just one an tenna , usually tha t which as r eceived a gr ea ter pow er lev el of the int err oga tion signal. In the ab sence of SAS the de f ault an t enna choice is the top an tenna . Mode S int err og ati ons/r eplies ar e working in div er sity . If air cr aft ar e equipped with tw o ant ennas ( DI VERSITY) , one on t op and one at the bot tom, the a nt enna choice f or squit t er messag es is under c ont r ol of the Sq uitt er Antenn a Se lectio n ( SAS) . 31 • V ario u s an t e n n a ar c h it e c t u r e s h a v e b e e n u s e d in SSR s y s t e ms . E arly s ys tems u sed a so - called “ Hog tr ough ” antenna typic ally ab out 4 met re s in ho riz ontal aperture and 0 .5 meter s in vertical aperture. • This resulted in a large v ertical bea mw idth re sulting in hea vy gr ound r eflec tions and r esulting inac cur acies. • R ecent designs use a Larg e V ert ic al Aperture antenna w ith a 1.6 met ers vertic al apert ur e and resulting narrow er vertical beamw idth . This ne cess ita ted a v ertic al ar r a y of dipoles s uita bly fed to pr oduce the desir ed shape. A five - f oot v ertic al dimension w as f ound to be optimum and this has become the inte rnat iona l s tandar d • SSR antennas are often co - mounted with primary RADAR. Example of a one t ime industry standard SSR Hogtro ugh anten na 1971. SSR An t ennas 38 • Usi ng thi s unique ICAO code, interr o g atio ns can be direct ed to a par ticul ar ai rcr aft, and indi vidua l r eplies unambiguously iden tif ied. • Al l ex changes a re protect ed against transmiss io n er ror s us ing po werf ul er ror detectio n t echniques. • Mode S r educe s interf eren ce in identity and lev el reporting , an impo rtant conside ra tio n in toda y' s i ncreasingl y crowded AT C en vi r onment. • The use o f sel ective addr ess ing of a irc ra ft off ers technic al advan tag es over con ventional s econdar y s ur veil lance r ada r , such as reducing FRUIT and g arble, hence provi ding hi gher integrity r adar tr acks. • Mode S also off er s a da ta link fac ility , whi ch wi ll be used to enhance s af ety , improved aircr aft surveillance and reporting ac cur acy , b y provi ding Downlink Aircr aft P ar ame ter s (D APS) s uch as aircr aft s peed, magnetic hea ding and level to Air T raf f ic Contr o lle rs and thei r sys tems, a nd: • Level coded in 25 ft increments. • Indication w hether ai r craft i s ai rbo rne o r on the ground. • Ai r craft Identifi ca ti on ( call sign or registr ation m ark ) use d for El ementary Sur veil la nce, in order t o ha ve a dir ect correlatio n with the g r o und fl ight pla n . Bene fits of Sel ective Int er r og a tion 39 SSR Mo de S A t tribut es a) The selective address c apa bil ity elimina t es g arblin g situ ation s whi ch may occur in high tr affic density ar eas and will enhance the gene r al r eliabi lity of SSR inf ormation. b) The c oding o f al tit ude dat a in 25 - foot increments impr ove s the abil ity of gr ound s ys tems to m oni tor and predict the moveme nt of ai r cr aft i n the vertical plane. c) The dat a li nk c apabili ty , associa ted with t r ansponder Lev el 2 and abov e, p ermi ts the gr ound s ys t em t o acqu ire aut oma tical ly air cr af t call signs , thus ov er coming t he pr obl ems c onnected w it h SSR c ode al location and ass ign ment, c ode/ call s ign cor r elati on, r ad ar identi fication an d tr ansf er pr oced ur es. d) The dat a link c apabili ty also permits t he gr ound s ys tem t o acq uir e aut omatic ally cert ain airbor ne dat a which impr ov e the gr ound tr acking of airc r aft, t hus ensuring that the r equir ed l ev el of saf ety is maint ai ned when impr ov ed r adar separ ation minima can be used. e) Electr oni c scanning te chniques ma y permit the rene wal r ate of inf ormation on each ai r cr aft to be sel ectively adapt ed accor d ing to AT C need s. 40 How does MO DE- S w ork? 41 Mode - S Sensor A, IC=xx ALL CA LL Acquires A/C when new in the cov er age based on Airc r aft Address Selectiv e Inter roga ti on (R oll Call) Lock Out to IC= xx will not r eply to All - c alls IC=xx Selectiv e Inter roga ti on (R oll Call) Ho w does MODE - S w ork? Mo de - S Select iv e In t err og a tion Pri ncip le A l l - Call No R eply Ai r craft already know n and Lo ck ed Out only replies to Selective IC=x x 42 SSR Mode S In t err og a tion ty pes • AT C R B S all c all: • This in terr og ation c onsist s of P1 , P3 and a 0.8 μs P4 pulse . • P2 S LS is tr ansmit ted as normal. • All AT C R B S tr ansponder s reply with t he 4096 identific ation code f or mode A in t errog ations and altitude da ta f or mode C. • Mode S t r ansponder s do not r eply o n this int err og ation. • AT C R B S /mode S all call: • This int errog ation is identical to the f ormer e xcept P4 is 1.6 μs long . • AT C R B S t r ansponder s re ply with the 4096 code or altitude da ta as per the AT C R B S all c all. • Mode S t r ansponder s re ply with a spe cial code , which con tains the iden tity and the air cr aft ’ s discre te addr ess. • Mode S discret e int e rr og ation: • This int errog ation is directed a t a specific mode S tr ansponder - equipp ed air cr aft. • The int err og ation c onsist s of P1 , P 2 and P6 . P2 is tr ansmit ted via the directio nal ant enna and henc e is the same amplit ude as P1 and P3 . • This ef f ectively su ppresses AT C R B S tr ansponder s from r eplying . • P6 i s actuall y a DPS K da ta block that con t ains either a 56 - bi t or 11 2 - bi t message. • The DP S K modulat ion produces a spr ead - spectrum signal , which has i m m u n i ty to i n ter fere n c e . 43 In t err og a tion types Up - link (Ground/a ircr aft) Mode S interr og ation, AT C R B S all c all If P4 is 0,8 µs ther e is no Mode S int err og ation Ω anten na Directional anten na 44 Up - link (Ground/a ircr aft) • P1, P2 Chec k the compatibility • P6 – Mo dulates t he interrog at ion • The interr og ation ha ppe ns a bout 50 Hz PR F . • Frequenc y: 1030 MHz • Modulation: D iff erential P ha se - S hif t K eying ( D PSK ) • Data r ate: 4 Mbps Ho w does MODE - S w ork? 45 Up - link (Ground/a ircr aft) Mode S interr og ation, short and lo ng. In ter r og a tion t ypes Ω anten na Directional anten na 46 Dow n - link ( aircraft / Ground ) • The re p l y is re t urned 128 μs after r eception . • The re p l y is t ra n s m i t t e d on 1090 MHz and u ses a 56 - bit or 112 - bit PPM tr ansmissi on. • Spacing b etw een pulses 1 μs • S ynchr oni za ti on + i nf ormation • Fr equency : 1090 M Hz • Modul ation : P ulse P osit ion (PPM) • D ata R ate : 1 M b ps Ho w does MODE - S w ork? 47 Do w n - lin k ( ai r cr af t / G r o u n d ) • T he re p l y is r e t ur ne d 128 μs af t e r r e c e p t i on . • The re p l y is t ra n s m i t t e d on 1090 MHz and u ses a 56 - bit or 112 - bit PPM tr ansmissi on. • Spacing b etw een pulses 1 μs • S ynchr oni za ti on + i nf ormation • Fr equency : 1090 M Hz • Modul ation : P ulse P osit ion (PPM) • D ata R ate : 1 M b ps R eply F orma t 54 M L AT S y s t ems b ased in SSR T r anspon der s • An SSR re ceiv er in an M L AT s yst em might ha v e a pro blem t o dis tinguish betw een a M ode A and a Mode C r eply . • A limit atio n of the SSR ant enna signal is the line - of -sight vis ibility tha t is re qu i re d betw een the tr ansponder and the gr ound receiv er . • When the path is obs cured by e.g. a building , the signal s treng th will degr ade very st ro ngly . • The maximum ra n g e of an SSR signal is ab out 250 NM (de pending on t he sensitiv ity of the r eceiv er), but es pecially in r egions with high density t r a ffic inte rf er ence proble ms ma y limit the use ful r ange . • Mode S Squi t ter : • An air cra ft equipped with a Mode S tr ansponder emits a signal, called Acquisit ion S q u i tte r , appro ximat ely once pe r sec ond . • The acquisition squit ter cons ists of a Mode S All - call r eply con taining t he 24 - bi t t echn ical address of the aircr aft. • The high updat e r at e mak es them very useful for a passive M L AT system. • Mode S Extended Squitt er • Is agr eed t o be the fir st glo bal Da talink f or int ernational com mer cial flight. • It mak es use of the Mode S tr ansponder t o emit periodically , with a frequenc y up to about 6 H z , the air cr aft ’ s 24 - bit t echn ical address accompanied by either air cr aft st at e inf orma tion or c allsign . • Jus t as wit h Acquisition Squit ter , the high updat e r at e is ideal f or a passive MLA T s ys tem . 55 Aplic acions de la multila t er ació • Contr o l de supe rfíc ie de l’ ae r o por t • Àr ea terminal • Wide a re a • Monitor atge de pr ec isió de les pis tes • Monitor atge en a ltur a • Ges tió ambien t al • Oper a c ions a er o portuà ries 56 Con tr ol d e sup erf ície de l’ aer opor t • Inicialmen t desen vo lupa t amb finalit ats milit ar s. • Elemen t vit al pel sist ema A - S MGCS (Advanced Surf ace Movement G uidance and Con trol S ys t ems) despl eg at a molts ae r opo rts. • La multila ter ació per met: • Visió clar a de t o t a l'àr ea, sens e z ones d’ ombr a i/ o o cult es . • Millor a la pr ecisió i l a dis criminació de blancs. • Immune a la s ituació me teor ol ògica. • P ermet l a iden tific ació unívoc a de ve hicles. • P ermet iden tific ar a vehic les de pist a equipa ts amb s quit ter s de Mode S. 57 Monit or a t g e de p r ec isió de l es pis t es • Pistes mas sa junt es i c ondi cio ns met eorol ògi ques a dver s es, s upos en reduir el t emps de thr oug hput . • La solució er a la inst al·lació de sis tem es PRM ( Pr ecisi on R u nw ay Mo nitor ), apte per pistes separades 3000 ft , però equipa ment costós . • La m ult ilat er ació permet g uan ys de més del 30% en el t hr o ughtput en ho res punt a i amb condici ons met eo rològ iques adverses . 58 Moni t or a tg e en altur a • P er altur es de més de 29.00 0 ft es r e quer eix una separ ació ver tic al de 1.000 ft , mentr e que per altur es inf erior s 29.000 ft , l a separ ació passa a ser de 2.000 ft , degut a l a f alt a de precisió d el a ltímetres ba r om ètrics. • Als an ys 1 990, amb la intr oducció de l s is t e ma RV S M ( R educed V e r tica l Separ atio n Mi n im a ) e n la t ecn olog ia dels altí metr es, es v a permetr e una separ ació v ertic al de 1.0 00 ft fins a 40.000 ft d’ altitud, r equerint per ò t asques periòdi ques i co st oses de mant eniment de l’ aer onau. • La m u ltilater ació permet el sis t ema HMU ( Heigh t Monitor ing U nit) a gr an s altur es i amb un equipament bar at. 59 Ges tió med iamb ien t al • P ermet f er el r egis tr e de la tr a jectòria segui da per cada scuna de l es aer onaus, i v eur e si ha pr oduït algun epis odi de con t aminaci ó , t ant de tipus acús tic, com de qualse v ol altr e mena. 60 Oper acions ae r oportu àries • P ermet f er una ges tió e fic aç del sis tema CD M ( Co ll a bo r ative Decision Making) per a la pla nif icació i optimització d els h or aris , f ent u na m illor gestió en l’ as sig na ció de por t es i de l’ o r g an itz aci ó d el s movi ments de r ampa. 61 Cob ertur a c ompa r a tiv a PSR vs M L AT 62 P ermet s uprimir les z ones d’ ombr a T ema 5: ELS E QUIPS I ELS SIS TEME S RADIO ELÈ C TRICS AER OPOR TU ARIS Jor di Berenguer No vembr e 2021 DME Oper a tion P rinciple • DME tr a nsponder ID • Via M or se code @ 1350 Hz • DME is in terr og ating s y s tem: • Limit ed c apacity: 100 - 200 user s • DME pr ovide s “ sla nt r a nge, ” no t g r ound dis t anc e • Dif f er enc e depends on altitude 8 DME fr equen cy assig nmen t • 960- 1215 MHz (L - band) • Dir e ct Line - Of - Sigh t • F or e x ample: 500 0 ft, fla t terr ain: appr o xima t ely 60 nmi, r ough t err ain: 30 - 40 nmi • 1 MHz channels betw een 962 - 1 21 3 MHz • 126 c han nels, det erm ined by • In t err og ation fr e quency • R e ply fr equency • Dif f er ence betw een In t err og at ion & r eply = 63 MHz = In term edia t e Fr equency (IF) of DME/T ACAN equipm en t • Pulse code (X or Y) 9 DME Round-trip Delay Measurement T ot a l r ound t r i p de l a y - T r a ns ponde r de l a y r a n g e 12.36 / s n mi µ = ½ am plitude point (6 dB below peak) of first pulse is refer ence point f or time measurem ents 10 DME sear ch pr ocess • E ach i n t err og at or (airplane) tr ansmits its DME pulses a t a r andom time. • During sear ch, airplane sends out hi gh number (max 150) pulse pair s/ sec. • Det ect those r eplies with a s t atis tica lly r elev an t c ons t an t time dif f er ence. • Det ermine sl an t r ang e and slant r ang e r a te. 11 DME T rackin g • Approxim ate slant range and slant range rate known from Search. • “T rack” the received pulses by the predicted slant range. • Switch to 5 - 25 pulse pairs/sec. 12 DME an t enna 13 Ins trum en t Landin g S y s t e m ILS 14 ILS: Ins trumen t Landing S y s t em • ILS has ne ver been blamed f or an air c r aft ac ciden t during normal ILS oper ation: A perf ec t saf ety r ecor d. • About 1500 I LS in use (1097 in US A , 2008), • 100 a irp orts C A T - III, • 117.000 aircr aft wi th ILS ( 1996) 15 Ca t egories IL S • C at I • Cè l·lu le s de 200 ft (60, 96 m), 0,5 nmi (926 m) de visibilit a t • C at I I • Cè l·lu le s de 100 ft (30, 48 m), 1200 ft ( 365,76 m ) de Runaw a y visual ra n g e (R VR) • C at IIIa • Cè l·lu le s de 100 ft (30, 48 m), R VR > 700 ft ( 213,36 m) • C at IIIb • Cèl·lu les de 50 ft (15,24 c m) , R VR de 150 ft (45, 72 m) 1 nmi = 1852 m 1 ft = 30,48 cm 16 ILS: Ins trumen t Landing S y s t em • His to r y ILS a nd aut oland : • 1939: fi r s t comme r ci al usag e of ILS • 1947: c ivil a viation CA T -I • 195 9: pr ogr am st art ed aiming a t CA T IIIa aut oland in ea rl y 1970s • 1962 : flight tes t pr ogr am st arted a t Hatfield • 1965: CA T I ce rti fica ti on of aut oflar e : world fir s t aut oflar e in passeng er oper a tion • 1966: F ir s t aut oland in dev e lopmen t air cr aft in CA T IIIb conditions • 1968: CA T II ce rti fica ti on f or pass enger ope r ations • 1972: C A T IIIa cer tifica tion f or passeng er oper ations • 1974: C A T IIIb cer tifica tion f or passenger oper ations • 1976: C A T IIIc cer tifica tion 17 ILS Gli de Path or Gli de Slope 150 Hz 90 Hz Inner marker 1000- 1500 ft Middle mark er 3500 ft Outer marker 4- 7 mi Glide s lope antenna arr ay ≈ 300 MHz 3 ° FL Y DOWN F LY U P 24 Mark er Bea c on An t enna 25 ILS Gl ide P a th B A 3 ° 6 ° 9 ° +A -A +A -A -B +B 5 λ 10 λ + + + + +150 - 90 - 90 +150 Hz + + - - A:SBO B:CSB 26 ILS Gl ide P a th Depth of mo dulat ion diff ere nce between t he 90 and 150 Hz modulation is the me asurement. It is very linear throughout the guidance region (around 3 o , 1 o - 5 o ). Ve rtica l Deviatio n Indicator (V DI) nee dle at full scale for DDM ± 0. 175 at ± ө /4 (= ± 0.75 ° f or ө =3 ) Relat ive fiel d strength 1.5 1.0 0.5 0 0 o 3 o 6 o 9 o 12 o 15 o 18 o 21 o 0 o 180 o 0 o 180 o 0 o 180 o 0 o C=A+B D=B -A 150 Hz 90 Hz 0 o 180 o 0 o +A -A +B -B + + + + +150 - 90 - 90 + 150 H z + + - - A:SBO B:CSB 27 Glide pa th an t enna 28 Glide pa th an t enna 29 DME- ILS c oloc a tion an t enna 30 T ema 5: ELS E QUIPS I ELS SIS TEME S RADIO ELÈ C TRICS AER OPOR TU ARIS Jor di Berenguer No vembr e 2021 VO R VHF Omnidir ectional Rang e 2 Ve r y - Hi gh Fr equenc y Omni R ang e (V OR) • NO W US and Int ernational s t andar d • 108 MHz - 118 MHz • Principle: • Phas e off set betw een a r ef erence s ignal and a r o t a ting si gnal measures the angle • VHF , no sk y - wa ve co nta m i n at i o n • Signal s tructur e, FM AM Sub -c arrier • An tenn as • T r ans mit ting ant enna = re f + r ota ting • Phase lo ck ed signals • VO R and Doppler VO R Sym b ol 3