1.4: Arquitectura de radio

Un dispositivo de radio se compone de varias unidades clave razonablemente bien definidas. Por frecuencia hay particiones de banda base, frecuencia intermedia (IF) y RF. En un dispositivo típico, la información, ya sea transmitida o recibida, bits o formas de onda analógicas, está completamente contenida en la unidad de banda base. En el caso de las radios digitales, la información digital que se origina en el procesador de señal digital de banda base (DSP) se convierte a una forma de onda analógica típicamente usando un convertidor digital a analógico (DAC). Esta arquitectura se muestra para un transmisor simple en la Figura 1.3.6. Cuando la información básica es analógica, digamos una señal de voz en radios de difusión analógicas, la información ya es una forma de onda analógica de banda base. Esta señal analógica de banda base puede tener componentes de frecuencia que van desde CC hasta muchos megahercios. Sin embargo, la señal de banda base puede variar de CC a gigahercios en el caso de algunos radares y enlaces punto a punto que operan a decenas de gigahercios.

El hardware RF interconecta el entorno EM externo con el resto del dispositivo de comunicación. La información que se representa en banda base se traduce a una señal de mayor frecuencia que puede propagarse más fácilmente por el aire y para la cual las antenas se pueden construir más fácilmente con tamaños manejables. Por lo tanto, el contenido de información generalmente está contenido en una banda estrecha de frecuencias centrada en la frecuencia portadora. El contenido de información generalmente ocupa una porción relativamente pequeña del espectro EM. Se emplea el término “generalmente” ya que no es estrictamente necesario que la comunicación se limite a una banda estrecha: es decir, estrecha en términos porcentuales respecto a la RF.

Las compensaciones en la elección de la frecuencia portadora son que las señales EM de baja frecuencia requieren antenas más grandes, típicamente de un cuarto a medio de longitud de onda de largo, pero se propagan a distancias más largas y tienden a seguir la curvatura de la tierra. Las estaciones de radio de difusión AM operan alrededor\(1\text{ MHz}\) (donde la longitud de onda\(\lambda\),, está\(300\text{ m}\)) utilizando antenas de transmisión que son\(100\text{ m}\) altas o más, pero es posible una buena recepción a cientos de kilómetros del transmisor. A frecuencias más altas, las antenas pueden ser más pequeñas, se puede transmitir una cantidad mucho mayor de información con un ancho de banda fraccionario fijo y hay menos congestión. Una antena en\(2\text{ GHz}\) (donde la longitud de onda del espacio libre\(\lambda_{0} = 15\text{ cm}\)) es alrededor de\(4\text{ cm}\) largo (y más pequeña con un dieléctrico o cuando está plegada o enrollada), que es un tamaño muy conveniente para un comunicador de mano.

El concepto de IF está relacionado con la arquitectura casi universal de los transmisores en el siglo XX cuando las señales de banda base se tradujeron por primera vez, o heterodinaron, a una banda alrededor de un IF antes de una segunda traducción a una RF superior. Inicialmente el IF estaba justo por encima del rango audible y se conocía como la frecuencia supersónica. La misma progresión se aplica a la inversa en un receptor donde la información transportada en RF se traduce primero a IF antes de ser finalmente convertida a banda base. Esta arquitectura dio como resultado un rendimiento de ruido casi óptimo y un hardware relativamente simple, particularmente en RF, donde los componentes son mucho más caros que a frecuencias más bajas.

La discusión anterior es una descripción amplia de cómo funcionan las radios. Hay muchas calificaciones, ya que hay muchas arquitecturas en evolución y un replanteamiento significativo de la forma en que las radios pueden operar. Las arquitecturas y las propiedades básicas de las radios son compensaciones de las capacidades de las tecnologías, la capacidad de procesamiento de señales, el costo, la dinámica del mercado y la política.