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Ing. en Sistemas Computacionales

Redes de Inalámbricas

M. en C.C. Héctor Caballero Hernández Luisa Donay Mayo Sánchez

Calculadora de Fresnel 14/06/2018 1

Resumen La Zona de Fresnel es el área en donde se difunde una onda luego de ser emitida por una antena. Mientras menos obstáculos haya en esta área, mejor será transmitida la onda. En los sistemas inalámbricos que se manejan en la frecuencia de 2.4 GHz, la zona fresnel es muy importante, pues debe mantenerse limpia de obstáculos que detengan la señal. Por ejemplo, los árboles suelen detener mucho más esas señales que las paredes, por su alto contenido en agua. Entonces siendo así el principal objetivo de la zona de fresnel, tener un cálculo que permita definir a que altura posicionar la antena emisora de señal de internet hacia la antena receptora, donde no exista grado de interferencia entre ambas antenas evitando la perdida de señal. En la presente practica se describe el desarrollo de la aplicación calculadora de la zona de fresnel, la cual permite realizar el cálculo de la primera fórmula de fresnel.

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Índice

Capítulo I Introducción .............................................................................................................................5 Capítulo II Problema .................................................................................................................................6 Capítulo III Justificación ...........................................................................................................................7 Capítulo IV Marco Teórico .......................................................................................................................8 Capítulo V Diseño de la solución .............................................................................................................10 Capítulo VI Desarrollo .............................................................................................................................10 Capítulo VII Pruebas ...............................................................................................................................13 Conclusiones .............................................................................................................................................15 Referencias ................................................................................................................................................16

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Índice de Figuras Figura 1 NetBeans IDE 8.2 ........................................................................................................................10 Figura 2 Diseño de Interfaz. .......................................................................................................................11 Figura 3 Calculo con distancia de 200 mts y frecuencia de 2.4 GHz ..........................................................11 Figura 4 Calculo con distancia de 400 mts y frecuencia de 5 GHz. ............................................................12 Figura 5 Calculo con distancia de 600 mts y frecuencia de 2.4 GHz. .........................................................12 Figura 6 Validación para no admitir letras. ................................................................................................13 Figura 7 Validación para no admitir caracteres especiales. ........................................................................14 Figura 8 Validación para no admitir copiar y pegar. ..................................................................................14

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Capítulo I Introducción En la presente documentación se detalla el desarrollo de una calculadora que permite calcular la primera fórmula de la zona de fresnel. La zona de fresnel hace referencia a el espacio alrededor del eje para evitar la interferencia en el envió de potencia desde el punto emisor hacia el receptor. Lo ideal de la primera zona de fresnel es que esta no se encuentre obstruida pero generalmente es suficiente despejar el 60% del radio para tener un enlace exitoso.

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Capítulo II Problema Los alumnos de la carrera de Ingeniería en Sistemas Computacionales del octavo semestre del Grupo IS-802 necesitan desarrollar una calculadora que permita calcular la primera zona de fresnel en el lenguaje de programación Java, dicha calculadora al ingresar los datos correspondientes deberá mostrar una representación del espacio entre las antenas emisora y receptora.

Objetivos: General: Desarrollar una calculadora que permita calcular la primera zona de fresnel en el lenguaje de programación Java.

Específico: 

Definir el entorno para desarrollar la calculadora.



Instalar el entorno de desarrollo NetBeans.



Definir las interfaces del programa.



Programar la aplicación de la calculadora.



Validar el programa.



Generar el archivo .jar

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Capítulo III Justificación En esta práctica se propone desarrollar una aplicación que permita calcular la primera zona de fresnel y obtener el radio adecuado para la colocación de las antenas emisora y receptora evitando así que exista interferencia en la comunicación, para ello se debe de tener en cuenta los aspectos como: la distancia que existirá entre cada antena y la frecuencia con la que se transmitirá.

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Capítulo IV Marco Teórico Zona de Fresnel Se llama zona de Fresnel al volumen de espacio entre el emisor de una onda -electromagnética, acústica, etc.- y un receptor, de modo que el desfase de las ondas en dicho volumen no supere los 180º. Así, la fase mínima se produce para el rayo que une en línea recta al emisor y el receptor. Tomando su valor de fase como cero, la primera zona de Fresnel abarca hasta que la fase llegue a 180º, adoptando la forma de un elipsoide de revolución. La segunda zona abarca hasta un desfase de 360º, y es un segundo elipsoide que contiene al primero. Del mismo modo se obtienen las zonas superiores [1]. La obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del factor K (curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar despejada al 100% mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel [2]. Para establecer las zonas de Fresnel, primero debemos determinar la línea de vista de RF [3], que, de forma simple, es la línea recta que une los focos de las antenas transmisora y receptora. La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es:

Donde: 

rn = radio de la enésima zona de fresnel (n=1,2,3...).



d1 = distancia desde el transmisor al centro del elipsoide en metros.



d2 = distancia desde el centro del elipsoide al receptor en metros.



λ = longitud de onda de la señal transmitida en metros.

Aplicando la fórmula se obtiene del radio de la primera zona de Fresnel (r1 de la fórmula superior), conocida la distancia entre dos antenas y la frecuencia en la cual transmiten la señal, suponiendo al objeto situado en el punto central. En unidades del SI:

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Donde: 

r1 = radio en metros (m).



D = distancia en kilómetros (km) (d1 = d2, D = d1 + d2).



f = frecuencia de la transmisión en gigahercios (GHz) (λ= c/f)

Aplicando la fórmula se obtiene del radio de la primera zona de Fresnel (r1 de la fórmula superior), conocida la distancia entre dos antenas y la frecuencia en la cual transmiten la señal, suponiendo que varios objetos se encuentren situados en lugares diferentes del punto central. En unidades del SI:

donde 

r1 = radio en metros (m).



d1= distancia desde el transmisor al centro del elipsoide en metros.



d2 = distancia desde el centro del elipsoide al receptor en metros.



D = distancia en kilómetros (km) (D = d1 + d2).



f = frecuencia de la transmisión en gigahercios (GHz) (λ = c/f)

Aplicando la fórmula se obtiene del radio de la primera zona de Fresnel (r1 de la fórmula superior), conocida la distancia entre dos antenas y la frecuencia en la cual transmiten la señal, suponiendo que ningún objeto se encuentre situado en lugares diferentes del punto central, es decir que no haya obstrucción de la línea de vista. En unidades del SI:

donde 

r1 = radio en metros (m).



D = distancia en kilómetros (km) (D = d 1 + d2).



f = frecuencia de la transmisión en gigahercios (GHz) (λ = c/f)

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Capítulo V Diseño de la solución Se planteó utilizar el NetBeans ya que es una herramienta básica y fácil de implementar que permite programar en el lenguaje Java, así mismo en el diseño del programa se pretende ocupar un Frame y dos Panels uno en el cual se pidan los datos correspondientes y otro para la representación de la simulación de las antenas. Para poder realizar el desplazamiento de la antena se pensó obtener el dato ingresado en la distancia y colocarlo en la posición de la antena, para así ver los diferentes cambios de perspectiva y simular la representación de la posición de la misma en cuanto a distancia entre las antenas.

Capítulo VI Desarrollo Inicialmente se ingresó a NetBeans IDE 8.2 en el cual se desarrollará la calculadora que permita calcular la primera fórmula de la zona de fresnel, Fig. 1.

Figura 1 NetBeans IDE 8.2

Después se creó un nuevo proyecto con el nombre de calculadora el cual contendrá una clase de tipo Frame y dentro de ella dos Paneles, uno en el cual serán ingresados los datos correspondientes como: distancia y frecuencia; y en el otro panel la representación de la distancia entre la antena emisora y la receptora Fig. 2. 10

Figura 2 Diseño de Interfaz.

Como se muestra en la Fig. 3, ya ejecutando el archivo .jar se ingresan datos como: distancia 200 Km y frecuencia 2.4 GHz, al presionar el botón convertir, realizará el respectivo cálculo y al mismo tiempo en el panel dos se mostrará la representación de las dos antenas mostrando el resultado obtenido de la operación de la formula; en caso de terminar de ejecutar el programa se encuentra el botón para salir.

Figura 3 Calculo con distancia de 200 mts y frecuencia de 2.4 GHz

En la próxima Fig. 4, se realiza el mismo procedimiento antes mencionado, pero en este caso se obtuvieron datos como: distancia: 400 Km. y frecuencia: 5GHz. Se puede observar el cambio en cuanto a la distancia entre las antenas. 11

Figura 4 Calculo con distancia de 400 mts y frecuencia de 5 GHz.

Esta aplicación permite realizar el cálculo de cantidades grandes en cuanto a distancia, pero se cuenta con una excepción, de que en caso de colocar una cantidad mayor a 550 Km no se vera de manera gráfica la representación de la distancia entre ambas antenas; en este caso se ingresó una distancia de 600 Km y una frecuencia de 2.4 GHz, se muestra que en efecto se realiza el cálculo, pero en este caso muestra un mensaje que informa que no habrá representación gráfica, Fig. 5.

Figura 5 Calculo con distancia de 600 mts y frecuencia de 2.4 GHz.

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Capítulo VII Pruebas Como parte de la validación de esta aplicación, en caso de querer agregar letras en vez de numeros se mostrará un mensaje de aviso que informa que únicamente se permite ingresar números, Fig. 6. En la Tabla 1 se muestra el código que fue ingresado para poder validar lo anterior, es necesario mencionar que se implementó el evento KeyTyped en las jLabels con nombre de variable: dis y fre. Este código lo que hace es obtener el dato ingresado y ver si es de tipo Letter, si se cumple esta condición no permitirá ingresar la letra y en seguida mostrará el mensaje. Tabla 1 Código de validación para no admitir letras.

char validar = evt.getKeyChar(); if (Character.isLetter(validar)) { getToolkit().beep(); evt.consume(); JOptionPane.showMessageDialog(null, "Solo se puede ingresar números"); } else

Figura 6 Validación para no admitir letras.

La siguiente validación abarca dos cosas, la primera evita que se ingresen caracteres especiales en los datos a ingresar y la segunda evita copiar y pegar algún fragmento de dialogo Tabla 2. Para ello de igual forma se obtienen los datos que se ingresan y se hacen comparación para que únicamente admita números del cero al nueve y valida si se ingresa espacio y caracteres especiales. En la Fig. 7 y 8 se encuentra un ejemplo del mensaje.

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Tabla 2 Código de validación para no admitir caracteres especiales.

else if (((validar < '0') || (validar > '9')) && (validar != KeyEvent.VK_BACK_SPACE) && (validar != '.' || dis.getText().contains("."))) { JOptionPane.showMessageDialog(null, "No se pueden ingresar caracteres, ni copiar datos"); dis.setText(null); evt.consume(); }

Figura 7 Validación para no admitir caracteres especiales.

Figura 8 Validación para no admitir copiar y pegar.

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Conclusiones En el desarrollo de esta aplicación pude distinguir que existen diversas fórmulas para calcular la zona de fresnel, en algunas se consideran más aspectos, pero en la básica únicamente se toma en cuenta la distancia entre las antenas y la frecuencia en que se transmitirá. Comprendí que realizar este cálculo es necesario ya que con la altura en que se posicionara las antenas evitara la interferencia en el envió de la señal. La fase de la primera zona llega a 180° y la segunda hasta un desfase de 360° ambas adoptando una forma de elipse en correspondencia a la distancia asignada. Fue necesario que se validara la aplicación en cuanto a ingresar letras y caracteres especiales para evitar algún tipo de error y a decir verdad es algo incoherente realizar algún calculo con este tipo de caracteres, para ello fue necesario implementar eventos de tipo KeyType y como respuesta mostrar mensajes de notificación en caso de ingresar letras y caracteres especiales.

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Referencias

[1] V. . Burguete y C. . Alberto, «Simulación de Zonas de Fresnel para Enlaces de Microondas Terrestres,» ,

2005.

[En

línea].

Available:

https://oatd.org/oatd/record?record=oai\:ciria.udlap.mx\:u-dl-

a\/tesis\/4021033468881. [Último acceso: 14 6 2018]. [2] N. . Manrique y I. . Javier, «Evaluación de interferencias electromagnéticas en la zona de fresnel,» , 1999. [En línea]. Available: http://edtb.euskomedia.org/947. [Último acceso: 14 6 2018]. [3] G. . Ríos, «Reflectores de zonas de Fresnel e invisibilidad al radar.,» , 2013. [En línea]. Available: http://oa.upm.es/26620/1/inve_mem_2013_164604.pdf. [Último acceso: 14 6 2018].

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