ESCUELA SUPERIOR DEINGENIEROS

Departamento de Ingeniería ElectrónicaArea de Teoría de la Señal y Comunicaciones

Asignatura: RADIACIÓN Y RADIOCOMUNICACIÓNCurso 1999/2000

Boletín 3: Transmisores y receptores. Radio digital

Problema 31) La tensión de salida de un amplificador se puede expresar como:v v vo i i= −2 3 3

Donde vi es la tensión de entrada. El amplificador está terminado en 50 Ω a la entrada y a la salida.

a) Haga el gráfico de la variación de la potencia de salida del amplificador en función de la potenciade entrada, señalando las características fundamentales del mismo. (abscisas: -21 a +10 dBm;ordenadas: -40 a +30 dBm)

b) Refleje en el gráfico anterior la característica del producto de intermodulación de tercer orden.Señale el punto de intercepción y determine su valor.

Problema 32) Considere un receptor descrito por el diagrama de bloques de la figura, caracterizadopor los datos siguientes:

• Preamplificador de RF− Ganancia.................................................................................................................................G = 15 dB− Punto de intercepción..................................................................................................... IPo = 20 dBm− Ancho de banda RF ........................................................................................................ B = 4 MHz

• Mezclador− Pérdidas de conversión...........................................................................................................L = 7 dB− Punto de incercepto ........................................................................................................ IPo = 15 dBm

• Amplificador de frecuencia intermedia− Ganancia.................................................................................................................................G = 30 dB− Ancho de banda ................................................................................................................. B = 25 kHz

Determine el nivel de los productos de intermodulación a la salida cuando aparecen a la entrada delreceptor dos tonos separados 1 y 2 MHz de la frecuencia de sintonía, con una potencia de –30 dBm.

G1 = 15 dB

IPo = +20 dBm

L2 = 7 dB

IPo = +15 dBm G3 = 30 dB

B = 25 kHz

Fig. P32: Receptor del problema 32

Problema 33) Partiendo de las especificaciones comerciales del mezclador TFM-15 de Mini-circuits(ver hoja adjunta), obtenga el nivel de salida de las frecuencias espúreas que aparecen a la salidacuando la señal de entrada es un tono puro de 1.2 GHz con una potencia de –25 dBm en un caso, y de+3 dBm en otro, y la frecuencia del oscilador local es de 1.5 GHz. Considere sólo las frecuenciascomprendidas en la banda de 10 MHz a 1 GHz.

Sugerencia: considere fFI = m fRF – n fLO y evalúe la potencia de salida del producto de orden m,n enfunción de la potencia de entrada en dBm.

Boletín 3 de Radiación y Radiocomunicación: Transmisores y receptores. Radio digital 2

Problema 34) El receptor de la figura debe entregar al demodulador una frecuencia intermedia de 40MHz y un ancho de banda de 6 MHz. El nivel máximo de señal a la entrada del mezclador no excede+10 dBm de potencia, y el oscilador (que se supone no ruidoso) tiene una salida de +10 dBm a 560MHz. Se exige una especificación de 85 dB de protección contra todas las señales espúreas que puedanalcanzar el demodulador.

a) ¿Cumpliría con la especificación este receptor?b) ¿Qué protección tiene con respecto a la frecuencia imagen?c) ¿Qué sensibilidad podemos esperar del receptor si la SNR a la salida de frecuencia intermedia

debe ser, al menos, de 45 dB?

L = 2 dB

B = 40 MHz

L = 4 dB F = 8 dB

G = 40 dB

(Butt, n = 6)

fRF = 600 MHz

TFM-15

+10 dBm(máx)

+10 dBm

fOL = 560 MHz

B = 6 MHz

(Butt, n = 2)

DEMOD

Fig. P34: Diagrama de bloques del receptor

Problema 35) El receptor de la figura se utiliza para recibir una señal BPSK a 450 MHz. Conteste a lassiguientes preguntas:

a) ¿Qué tensión eficaz hace falta en la entrada, si para garantizar una BER de 10-5 es necesario tenerSNR = 10 dB a la entrada del demodulador?

b) ¿Qué atenuación se logra a la frecuencia imagen?c) ¿Qué protección frente a la intermodulación se logra si el punto de intercepto del mezclador es de

+20 dBm, referido a la salida?d) Se tiene la posibilidad de utilizar un preamplificador con F = 3 dB, G = 6 dB, y con un punto de

intercepto mucho mayor que el del mezclador. Discuta las ventajas o inconvenientes de conectarloantes del mezclador, considerando que el receptor debe cumplir con las siguientes especifica-ciones:

• Sensibilidad: -89 dBm• Protección frente a intermodulación: 75 dB• Atenuación de espúreas: 70 dB

L = 2 dB

B = 5 MHz

L = 2 dB F = 4 dB

G = 66 dB

(Butt, n = 4)

TFM-15

+10 dBm

fOL = 493.3 MHz

B = 1 MHz

DEMOD.BPSK

IPO = + 20 dBm

Fig. P35: Diagrama de bloques del receptor BPSK

Problema 36) En la figura se muestra el diagrama de bloques del front-end de un receptor para unservicio de radiocomunicaciones móviles en la banda de 800 MHz.

a) Determine el número de polos para el filtro de RF, suponiendo que presenta una respuesta tipoButterworth, que el mezclador es ideal y que se desea una protección frente a espúreas de 75 dB.

Boletín 3 de Radiación y Radiocomunicación: Transmisores y receptores. Radio digital 3

L1= 3 dB

B = 4 MHz

L3= 4 dB F4 = 6 dB

G4 = 30 dBfRF = 800 MHz

+10 dBm

fOL = 780 MHz

B = 2 MHz

(Butt, n = 2)

DEMOD

L2= 3 dB

IPo= +10 dBm

Fig. P36: Diagrama de bloques del receptor

b) Suponga ahora que el mezclador tiene una carta de atenuación armónica que presenta lossiguientes productos de intermodulación m fRF – n fLO:

m n At. Arm.2 1 38 dB2 2 45 dB3 2 49 dB3 3 37 dB

¿Cumple el receptor la especificación del apartado a) cuando el nivel máximo de entrada almezclador es +10 dBm?

c) ¿Qué sensibilidad (en µV) podemos esperar del receptor del apartado b) si la SNR a la salida delfront-end debe ser, al menos, de 20 dB?. Suponga Ro = 50 Ω.

d) Calcule la protección frente a intermodulación y el margen dinámico del receptor.e) ¿En cuántos dB se degrada el margen dinámico si el punto de intercepto del amplificador de FI es

de +10 dBm referido a la salida?.

Problema 37) El receptor FM de la figura está destinado a un sistema de telefonía celular analógicacuya canalización es de 12.5 kHz, y se quiere comprobar si cumple las normas CEPT para este tipo deservicio.a) Calcule el ancho de banda del filtro de RF para asegurar que la características de iprotección frente

a respuestas parásitas tiene un margen de seguridad de 10 dB.b) Calcule el número de polos del filtro de FI que garantiza una selectividad respecto al canal

adyacente, con un margen de 10 dB. Suponga B = 7 kHz.c) Determine la sensibilidad del receptor si a la entrada del limitador debe haber una relación señal a

ruido superior a 8 dB, y además una tensión eficaz de 5 µV, como mínimo.d) Calcule la protección frente la intermodulación y compruebe si se cumple la norma.e) Resuelva los incisos c) y d) si en la entrada se intercala un amplificador con G = 10 dB, F = 2 dB, y

un punto de intercepto de + 15 dBm (a la salida).

L1= 4 dB fC= 21.4 MHz

F3 = 10 dB

G3 = ?fRF = 450 MHz

(Butt, n = 3)

LIMITADOR +DISCRIM.

G2= 10 dB

IPo= +15 dBm

F2 = 6 dB SNRO> 8 dBVo > 5 µVef

Fig. P37: Diagrama de bloques del receptor FM

Boletín 3 de Radiación y Radiocomunicación: Transmisores y receptores. Radio digital 4

Problema 38) Para transmitir 480 canales telefónicos, se utiliza un equipo de radio que añade a laseñal PCM (34.368 Mbps) un tren de datos auxiliar a 3.064 Mbps antes de la emisión. La transmisión serealiza codificando diferencialmente el tren de bits resultante, y modulando directamente unaportadora en 7.5 GHz. El transmisor está compuesto fundamentalmente por tres módulos, cuyascaracterísticas son:

• Modulador QPSK........................................................................................................directamente en SHF• Amplificador de potencia

− Potencia de salida .....................................................................................................................+20 dBm• Filtro de salida

− Pérdidas...........................................................................................................................................1.2 dB− Todas las emisiones no esenciales están 60 dB por debajo de la fundamental

El receptor tiene una sensibilidad de –79 dBm, para una BER = 10-6, y está constituido por lossiguientes bloques:

• Filtro de entrada− Pérdidas...........................................................................................................................................1.3 dB− Ancho de banda ........................................................................................................................100 MHz

• Amplificador de bajo ruido− Ganancia...........................................................................................................................................20 dB− Factor de ruido ...............................................................................................................................2.5 dB− Punto de intercepto de 3er orden (referido a la salida) .......................................................+10 dBm

• Filtro premodulador: respuesta ideal con un ancho de banda ajustado a la anchura de banda detransmisión en banda base.

• Demodulador en SHF− QPSK coherente− Factor de ruido ................................................................................................................................10 dB− Filtrado en banda base .................................................................................. coseno alzado, α = 0.145

a) Si el filtro transmisor debe ser tipo Butterworth y tener un ancho de banda igual a W1 + 2 MHz,donde W1 es la anchura de banda de transmisión en banda base, calcule el ancho de banda delfiltro y el número de polos.

b) Calcule la sensibilidad teórica de un equipo de similares características que utilice QPSKcoherente, pero sin codificación diferencial, y compárela con el dato real.

c) Halle la relación C/N, potencia de portadora a potencia de ruido, que se necesita a la entrada deldemodulador del receptor real, para tener una VER = 10-6.

d) Calcule el nivel máximo de dos señales a la entrada del receptor, situadas a 25 y 50 MHz, respectode la portadora, para que su producto de intermodulación de tercer orden no exceda la potenciade ruido equivalente.

2 4 6 8 10 1210-9

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

Eb/No (dB)

BE

R

QPSK Coherente

0 1 2-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

fTb

dB

PSD Normalizada QPSK

Boletín 3 de Radiación y Radiocomunicación: Transmisores y receptores. Radio digital 5

Problema 39) Un receptor doméstico de TV vía satélite responde a un esquema básico que se presentaen la Fig. P39, en la que los cinco canales disponibles ocupan una banda de 27 MHz cada uno, y estánseparados 76.72 MHz entre portadoras consecutivas. Los canales se separan al nivel de la segundafrecuencia intermedia, por lo que la linealidad de las etapas de RF y primera FI debe ser alta paraevitar procesos de intermodulación.

a) Considere una potencia de entrada al receptor de –54 dBm por canal y calcule la relación entreportadora y productos de intermodulación .

b) ¿Cuál es la máxima potencia a la entrada para que los productos de intermodulación no superenun nivel de 45 dB por debajo de la portadora?.

c) Determine la señal mínima a la entrada para que la relación SNR de predetección sea superior a 14dB. ¿Cuál es el margen dinámico del receptor.?.

G1 = 20 dB

F1 = 2.5 dB

L2 = 8 dB

F2 = 8.5 dB

G3 = 30 dB

F3 = 3.5 dB

Ta = 35º K

IPo = +17 dBm IPo = +21 dBm

Cable

Separadorde canales

2ª FI

Unidad int.

Fig. P.39: Receptor de televisión por satéliteDatos del receptor:

• Amplificador de RF− Banda de trabajo............................................................................................................ 11.7 a 12.2 GHz− Ganancia...........................................................................................................................................20 dB− Factor de ruido ...............................................................................................................................2.5 dB− Punto de intercepto de tercer orden.......................................................................................+17 dBm

• Mezclador− Pérdidas de conversión....................................................................................................................8 dB− Factor de ruido ...............................................................................................................................8.5 dB− Punto de intercepto ..................................................................................................................+11 dBm

• Amplificador de FI− Ganancia...........................................................................................................................................30 dB− Factor de ruido ...............................................................................................................................3.5 dB− Punto de intercepto ..................................................................................................................+21 dBm

• Cable de bajada− Atenuación.......................................................................................................................................20 dB− Temperatura .................................................................................................................................. 293º K

Problema 40) Un sistema de comunicaciones a 8448 kbit/s utiliza una portadora de 1173 MHz conmodulación 8-PSK. El transmisor utiliza un mezclador que traslada directamente a RF una frecuenciaintermedia de 523 MHz. Este mezclador, que recibe una potencia de +3 dBm, presenta una carta deatenuación armónica en la que el producto de intermodulación más destacado es el de tercer orden,con un punto de intercepto a la entrada de +20 dBm.

a) Calcule la anchura de banda y el número de polos del filtro transmisor si se desea que todas lasemisiones no esenciales caigan, al menos, 70 dB por debajo de la fundamental.

El receptor está descrito por el diagrama de bloques que se indica en la Fig. P40(b), estando lasensibilidad ajustada a una BER = 10-6. Se especifica un nivel mediano a la entrada del receptor de 36µVef sobre 50Ω.

b) Calcule el valor máximo que puede tomar el factor de ruido el amplificador de RF.c) Suponga ahora un valor de F = 6 dB. ¿Cómo deberá elegir el punto de intercepto del amplificador

de FI si se desea una protección frente intermodulación de 70 dB?.d) Calcule el margen dinámico del receptor si se elige un IP3º de +25 dBm para el amplificador de FI.

Boletín 3 de Radiación y Radiocomunicación: Transmisores y receptores. Radio digital 6

e) ¿Cuál ha de ser la potencia de las señales espúreas a la entrada del receptor para provocar unaintermodulación de tercer orden equivalente a una SDR igual a la relación Eb/No umbral?. ¿Quévalor toma la SINAD en este punto de trabajo?.

0 0.5 1-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0PSD normalizada modulación 8-PSK

fTb

dB

10 15 2010-12

10-11

10-10

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

Eb/No (dB)B

ER

Probabilidad de error

Fig. P40 (a): Características de la modulación 8-PSK

Coax.L1 = 3 dB

G2 = 10 dBIP3

o = + 20 dBm L3 = 5 dB

BW = 3 MHzfc = 6.309 MHz

Demod.8-PSK

fRF = 1173 MHz

F2 = ?

L4 = 2 dBG5 = 5 dBIP3

o = ?

F5 = 7 dB

Fa < 2.5 dB

Fig. P40 (b): Diagrama de bloques del receptor

Problema 41) Un radar de tráfico, de onda continua, trabaja a una frecuencia de 12 GHz y utiliza unaantena de bocina para las funciones de transmisión y recepción. El diagrama de radiación presentaanchuras del haz a 3 dB de 18.75º y 37.5º en los planos E y H, respectivamente.

a) Determine las dimensiones de la abertura radiante, supuesta rectangular, y la ganancia de laantena, si el rendimiento de iluminación es del 63 %.

b) La arquitectura del radar se corresponde con la Figura P41. Explique brevemente sufuncionamiento.

c) Suponga que se hace orientar la antena hacia un vehículo que presenta una sección eficaz deabsorción de 10 m2, y que éste irradia la densidad de potencia incidente de forma isótropa.Determine el alcance (distancia máxima) del radar si el detector utilizado requiere una relación S/Nmínima de 16 dB y para tener una resolución de 2 km/h en velocidad se precisa un banco de filtrosde predetección con anchura de banda de 39 Hz. El transmisor entrega una potencia de 100 mW yla ganancia de la antena se puede tomar de 18 dB.

d) Calcule el margen dinámico del radar si los mezcladores tienen un punto de intercepto de +20 dBmreferido a la salida.

Comente qué sucede cuando un vehículo se aproxima a menos de 10 m del radar.

Notas• La anchura del haz θ(º) se relaciona con el correspondiente diámetro D de la abertura mediante la

expresión: θ(º) = 75 λ / D.

Boletín 3 de Radiación y Radiocomunicación: Transmisores y receptores. Radio digital 7

Tx100 mW

Detector

fRF fFI

fRF - fFI

Ta = 500 º K

L1 = 3 dB

L2 = 2 dB

L4 = 2 dB L5 = 2 dBF = 6 dB

G3 = 15 dB

IP3o = +20 dBm

IP3o = +20 dBm B = 39 Hz

Figura P41: Diagrama de bloques del radar