Tecnología RC (parte III)

Para la tercera entrega de las tecnologías usadas en nuestros equipos de RC, vamos a hablar de las diferentes modulaciones utilizadas. Seguro hemos escuchado hablar en los campos de vuelo de AM, FM, PCM.. y ahora?? que es esto de espectro ensanchado? de que habla esta gente??. Justamente la idea de este artículo es entender un poco mejor estas tecnologías.

Modulaciones analógicas

Los servos de nuestros equipos reciben ordenes de pulsos eléctricos que especifican su posición. Estos pulsos tienen una duración total de unos 20 ms en cuyo lapso de tiempo hay ds estados lógicos definidos. El estado lógico 1 representado cuando la señal del puso alcanza los 5 Vcc y el estado lógico 0 representado con la señal a nivel de los 0 Vcc.

El tiempo de permanencia en estado lógico 1 nos indica la posición del servo, como bien lo ilustra la siguiente figura.

Estas son las señales que estan presentes en cada uno de los canales de nuestro receptor hacia los servos. Como transime esta información nuestro equipo de radio? En primer lugar necesitamos conocer el concepto de multiplexado.

La multiplexación es el proceso por el cual dos o mas canales se combinan en forma serial en un unico canal. Cuando hablamos de forma serial nos referimos a que los datos (en este caso pulsos) viajen uno detras de otro en forma consecutiva.

En la figura superior cada bloque CH1, CH2, CH3 y CH4 representa un pulso destinado a los servos de los canales 1 al 4 respectivamente. La misma situación encontramos en transmisores de 6 u 8 canales.

Hasta este momento sabemos como se codifica electronicamente la posición de los servos, pero como se transmite esta información al aire? es en este momento donde intervienen los esquemas de modulación. Un esquema de modulación basicamente permitirá convertir estos puslos digitales en una señal capaz de ser transmitida por el aire.

Veamos en forma esquematica como trabaja nuestro equipo transmisor

El codificador PCM toma las señales analógicas de los sticks y las tansforma en un tren de pulsos mediante la multiplexación como se explico arriba. La señal codificada en PCM compuesta por la secuencia CH1, CH2, CH3 y CH4 viaja hacia el modulador, donde se combina con una señal portadora generada por el cristal. La frecuencia de oscilación de este cristal establece el CANAL DE TRANSMISION de nuestro equipo RC.

El modulador puede ser un modulador en amplitud (AM) o un modulador en frecuencia (FM)

Modulación en Amplitud

En este esquema, la señal de pulsos llamada señal moduladora, afecta directamente a la amplitud de la señal portadora.

Modulación en frecuencia

En este esquema la señal de pulsos afecta a la señal portadora produciéndole un corrimiento en su frecuencia original.

Seguramente el siguiente diagrama puede aclarar un poco como afecta la señal de pulsos a la señal portadora


Esto es muy similar a la forma de trabajar de las trasmisoras de audio tanto en AM como en FM, donde en este caso la señal moduladora es una señal de audio analógica en vez de una serie de pulsos.

La modulación AM si bien es fácil de implementar electrónicamente tiene una gran desventaja que es su debilidad ante las interferencias. Lo mismo que sucede una noche tormentosa cuando estamos escuchando radio AM, se produce en nuestros equipos RC.

Cualquier variación de amplitud en la señal provocada por factores externos provoca la destrución de la información que consigo lleva, siendo la modulación FM mucho mas robusta frente a este tipo de interferencias.

Aun asi, la emisión FM tiene otras desventajas que comparte con la modulación AM. Ningún otro piloto podrá usar mi mismo canal, y muchas veces dependiendo de la calidad del equipamiento ni siquiera se pueden utilizar canales adyasentes, debido a las armónicas de las emisoras de alta potencia o a receptores con filtros selectivos de baja calidad o descalibrados.

Modulaciones digitales: Espectro ensanchado (Spread Spectrum)

En este caso la información que se desea transmitr ya no son pusos codificados sino una secuencia de 0's y 1's binarios que representan en este caso la posición de los servos.

Escuche en alguna oportunidad un interesante paralelismo que sirve para describir la idea. Supongamos que necesitams llevar un cargamento impotante a una ciudad lejana. Como es mas seguro llevar la carga? en un unico gran camion o en una flota depequeños camiones? Si en el primer caso se accidenta el camión perdemos toda nuestra preciada carga, en cambio si se accidenta un camión de una flota solo perderé parte de la mercadería. Con esto en mente entremos en el campo de la transmisión digital de datos.

Existe una relación directa entre la cantidad de información binaria que se desea transmitir y el ancho de banda ocupado en el aire necesario para transmitir esta información. Esta relación la da la ecuación de shannon

Ahora bien, la técnica de espectro ensanchado propone ocupar mas ancho de banda que el necesario, dando como ventajas

- Resistencia a la interferncia por ruido
- Resistencia a la interferencia por fadding
- Se puede compartir el canal con otros transmisores

Esta mayor amplitud de banda puede obtenerse de dos maneras. La primera es codificar la información con una señal seudo-aleatoria. La información codificada se transmite en la frecuencia en que funciona el emisor para lo cual se utiliza una amplitud de banda mucho mayor que la que se usa sin codificación (secuencia directa). La segunda posibilidad es codificar la frecuencia de trabajo con una señal seudo-aleatoria, por lo que la frecuencia de trabajo cambia permanentemente. En cada frecuencia se envía un trozo de información (Frecuencia Hopping).

Las dos tecnologías mas difundidadas de espectro ensanchado en aeromodelismo son Secuencia Diecta (DSSS) y Salto de Frecuencia (FHSS)

DSSS

Como se adelanto anteriormente con la modulación DSSS sobre la banda de 2.4 Ghz, los paquetes de datos digitales que llevan información al receptor son mezcados con un codigo pseudo aleatorio, simulando un ruido. De esta forma se logra ocupar mucho mas la banda debido a que la cantidad de información a transmitr es mayor. El receptor conoce este codigo aleatorio que usa el trasmisor, por lo que puede decodificar el mensaje y obtener el paquete de datos original. El resto de los transmisores que estan emitiendo con un codigo aleatorio diferente son vistos por el receptor como ruido ambiente, por lo que sus ordenes son ignoradas por completo.


FHSS

Esta es una estrategia muy interesante, que consiste en usar una frecuencia, llamemosla Fx durante un tiempo T1 para luego saltar a otroa fecuencia Fz y pasado un tiempo T2 a la ferecuencia Fy y asi sucesivamente.

El receptor se sincroniza con el transmitor sabiendo a priori la secuencia de frecuencias de trasnmisión que serán utilizadas.

Ing. Ulises Nicolini