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• Juan Fernando Castro Rodriguez

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Microondas Fase 1 - Contextualizar un Sistema de Comunicaciones por Microondas

Presentado por: Yorindey Galvis Ramírez Código: 1114093889

Tutor: Mario Andrés Ramos

Grupo: 208018_9

Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Septiembre del 2019

Introducción

El siguiente trabajo cuenta con la elaboración de la fase 1 del curso de microondas el cual tiene como propósito identificar los fundamentos, reglamentación y tipos de enlaces de microondas; a través de la contextualización de los conceptos en un escenario de comunicaciones por microondas todo esto por

medio de la realización de consultas en donde se apropian los conceptos básicos de comunicaciones por microondas, las bandas de frecuencia y reglamentación de comunicaciones por microondas y los Tipos de enlaces de microondas.

Objetivos 

Adoptar los conceptos básicos de comunicaciones por microondas conociendo sus ventajas y desventajas.



Analizar las diferentes características de las hondas y la reglamentación de comunicaciones por microondas.



Estudiar los tipos de enlaces de microondas para implementarlos en escenarios de comunicaciones.

Desarrollo de la Actividad 1.

Desarrollar los siguientes puntos:

a) Defina con sus palabras las principales características de las microondas incluyendo sus ventajas y desventajas. Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas; generalmente de entre 300 MHz y 30 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns a 33 ps y una longitud de onda en el rango de 1 m a 10 mm. Otras definiciones, por ejemplo, las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro. El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high frequency - frecuencia ultra alta) 0,3-3 GHz, SHF (super-high frequency - frecuencia súper alta) 3-30 GHz y EHF (extremely-high frequency - frecuencia extremadamente alta) 30-300 GHz. Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor longitud de onda que las microondas. Las microondas de mayor frecuencia y menor longitud de onda (en el orden de milímetros) se denominan ondas milimétricas. Ventajas 

Su implementación se puede realizar sin necesidad de cables.



Posee múltiples canales disponibles.



Las antenas para su propagación relativamente pequeñas, son efectivas.



Se puede transmitir grandes cantidades de datos



El volumen de inversión generalmente es más reducido, a partir de una infraestructura existente (torre)



Su instalación es más rápida y sencilla.



El mantenimiento o su conservación generalmente son más económica y de actuación rápida.



Las antenas son diseñadas para operar bajo intemperie de forma permanente.



La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo.



Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las torres

Desventajas 

La línea de visión se verá afectada, si cualquier obstáculo, tales como edificios de nueva construcción, están en el camino.



Las microondas sufren de atenuación debido a las condiciones atmosféricas.



Su infraestructura es muy costosa, la construcción de las torres es de un valor elevado.



La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los sistemas por cable, la multiplexación en un enlace de microondas requiere de una alta inversión en cuanto a equipos y antenas que permitan aumentar las condiciones de propagación



Por su estructura serial si una terminal falla se cae la red, por lo que es necesario sistemas de supervisión y control, de forma habitual los enlaces por microondas no cuentan con redundancia, lo que genera un alto riesgo en caso de fallas.

b) Realice una tabla que relacione las bandas de frecuencias de microondas con su respectivo nombre, tamaño de longitud de onda y aplicaciones. Explique qué

implicaciones tiene el tamaño de la longitud de onda de la banda; en los usos, condiciones que la afectan y calidad de las comunicaciones en dicha banda.

Tabla 1: bandas de frecuencias de microondas BANDA FRECUENCIA

LONGITUD

VHF

30-300 Mhz

1m-10m

HF

3-30 Mhz

10m-100m

UHF

300-3000 Mhz

1m-100mm

VLF

3-30 kHz

10-100 km

LF

30-300 kHz

SLF

30–300 Hz

1-100 km 10,000-1000 k m

ULF

300–3000 Hz

100-1000 km

SHF

3–30 GHz

10-100 mm

MF L S C

300–3000 kHz 1Ghz 2Ghz 4Ghz

100 m - 1 km 300 mm 150 mm 75 mm

X

8Ghz

37.5 mm

Ku K Ka V w

12Ghz 18 Ghz 27 Ghz 40 Ghz 75 Ghz

25 mm 16.7 mm 11.1 mm 7.5 mm 4 mm

APLICACIONES La televisión, radiodifusión en FM, banda aérea, satélites, comunicaciones entre buques y control de tráfico marítimo Servicio de Avión en tierra y sistemas especiales gubernamentales Uno de los servicios UHF más conocidos por el público son los canales de televisión tanto locales como nacionales Radio ayuda, señales de tiempo, comunicación submarina, pulsómetros inalámbricos, Geofísica Radio ayuda, señales de tiempo, radiodifusión en AM(onda larga) (Europa y partes de Asia), RFID, Radio afición Comunicación con submarinos Comunicación con submarinos, Comunicaciones en minas a través de la tierra Radioastronomía, Comunicaciones por microondas, Redes inalámbricas, radares modernos, Comunicaciones por satélite, Televisión por satélite, DBS, Radio afición Radiodifusión en AM (onda media), Radio afición En las aeronaves de última generación Sistemas Meteorológicos Comunicaciones Satelitales Sistemas Meteorológicos especiales de alta frecuencia Se aplica para el sector petrolero y bancario con altos anchos de banda Se aplica en transiciones de Radiodifusión Comunicaciones Satelitales Sistemas de Radar a corta distancia Sistemas de Radar

c) Consulte y describa de forma resumida cuáles son las disposiciones legales de la ANE para uso del espectro en Colombia, nombre la serie de recomendaciones de la ITU para radioenlaces. El uso libre implementa dispositivos de corto alcanza y baja potencia, con un rango especifico de trabajo dentro del espectro, una restricción importante es que la infraestructura de uso libre no puede generar interferencia ni exigir a la ANE protección al canal, legalmente la resolución 711/2016 establece las frecuencias, condiciones técnicas y operativas para que la ciudadanía use el espectro libre. Así como se cuenta con regulaciones para el uso libre, también existen para el uso privado, el artículo 64 de la ley 1341/2009 establece las amonestaciones, multas económicas, suspensiones y cancelaciones en casos extremos donde se realicen modificaciones a la infraestructura de telecomunicaciones sin la aprobación por parte de la ANE, lo anterior como vigilancia y control del espectro. El artículo 257 del código penal define las consecuencias administrativas y penales que se pueden presentar cuando se realiza el uso clandestino del espectro radioeléctrico. La implementación de dispositivos que amplifiquen o generen bloqueos a las señales radioeléctricas también se tipifica como prohibición que genera sanciones y multas, esto cobijado bajo la resolución 2774/2013 del MinTIC. La ANE de forma periódica realiza mediciones como medidas de control garantizando los umbrales legales a través de la recomendación de la OMS y con fundamento en la resolución 754/2016 emitida por la ANE, esta también contiene toda la reglamentación técnica y las condiciones para la implementación de antenas, promoviendo el uso de nuevas tecnologías,

asegurar la promoción en despliegues de infraestructura a través de alternativas que garanticen el cumplimiento técnico, que no genere ruido y otorgue la tranquilidad a la ciudadanía.

Disposiciones de la UIT:

F.390 F.391 F.392

F.393 F.395 F.555 F.557

F.701 F.283 F.382 F.383 F.384 F.385

Tabla 1. Circuito ficticio de referencia Rec. UIT-R Definición de términos y referencias relativos a circuitos ficticios de referencia y trayectos digitales ficticios de referencia para sistemas de relevadores radioeléctricos Circuito ficticio de referencia para sistemas de relevadores radioeléctricos de telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia con una capacidad de 12 a 60 canales telefónicos Circuito ficticio de referencia para sistemas de relevadores radioeléctricos para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia con capacidad superior a 60 canales telefónicos Tabla 2. Potencia de ruido admisible y disponibilidad Rec. UIT-R Potencia de ruido admisible en el circuito ficticio de referencia de sistemas de relevadores radioeléctricos para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Ruido en la sección radioeléctrica de circuitos que se establezcan por enlaces reales de relevadores radioeléctricos para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Ruido admisible en el circuito ficticio de referencia de sistemas de radioenlaces para televisión Objetivo de disponibilidad en sistemas de relevadores radioeléctricos para un circuito ficticio de referencia y un trayecto digital ficticio de referencia Tabla 3. Disposiciones de radiocanales Rec. UIT-R Disposiciones de radiocanales para sistemas radioeléctricos analógicos y digitales punto a multipunto que funcionan en bandas de frecuencias de la gama 1,350 a 2,690 GHz (1,5; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4 y 2,6 GHz) Disposición de radiocanales para sistemas inalámbricos fijos analógicos o digitales de baja y media capacidad que funcionan en la banda de 2 GHz Disposición de radiocanales para sistemas de relevadores radioeléctricos que funcionan en las bandas de 2 y 4 GHz Disposición de radiocanales para sistemas de radioenlaces de alta capacidad que funcionan en la parte inferior de la banda de 6 GHz Disposición de radiocanales para sistemas de radioenlaces analógicos o digitales de media y gran capacidad que funcionan en la parte superior de la banda de 6 GHz Disposición de radiocanales para sistemas de relevadores radioeléctricos que funcionan en la banda de 7 GHz

F.386 F.387 F.497 F.637 F.389

F.699 F.306 F.268 F.380

F.381 F.270 F.463 F.402 F.275 F.404 F.405 F.276 F.403

F.290

Rec. UIT-R Disposición de radiocanales para sistemas de radioenlaces analógicos o digitales de capacidad media o alta que funcionan en la banda de 8 GHz Disposiciones de radiocanales para sistemas de radioenlaces que funcionan en la banda de 11 GHz Disposición de radiocanales para sistemas de radioenlaces que funcionan en la banda de 13 GHz Disposición de radiocanales para sistemas inalámbricos fijos que funcionan en la banda de 23 GHz Características preferidas de los sistemas de relevadores radioeléctricos auxiliares que trabajan en las bandas de 2, 4, 6 u 11 GHz Tabla 4. Características a las frecuencias de radio, intermedias y de banda base Rec. UIT-R Diagramas de radiación de referencia de antenas de sistemas de radioenlaces con visibilidad directa para utilizarlos en los estudios de coordinación y en la evaluación de la interferencia en la gama de frecuencias de 1 GHz a unos 70 GHz Procedimiento para la interconexión internacional de sistemas de relevadores radioeléctricos de características distintas Interconexión en las frecuencias vocales de sistemas de relevadores radioeléctricos para telefonía Interconexión en las frecuencias de la banda de base de sistemas de relevadores radioeléctricos para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Condiciones relativas a las señales piloto de regulación de línea y demás señales piloto y a la limitación de las señales residuales fuera de la banda de base en la interconexión de sistemas de relevadores radioeléctricos y de sistemas de líneas para la telefonía Interconexión en las frecuencias de vídeo de los sistemas de relevadores radioeléctricos para televisión Limitación de los residuos de las señales fuera de la banda de base de sistemas de relevadores radioeléctricos para televisión Características preferidas de un canal único de sonido transmitido simultáneamente con una señal de televisión por un sistema de relevadores radioeléctricos analógico Características de pre acentuación en los sistemas de relevadores radioeléctricos de modulación de frecuencia para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Excursión de frecuencia en los sistemas de relevadores radioeléctricos analógicos para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Características de pre acentuación de los sistemas de relevadores radioeléctricos de modulación de frecuencia para televisión Excursión de frecuencia y sentido de modulación en los sistemas de relevadores radioeléctricos analógicos de televisión Características de frecuencia intermedia para la interconexión de sistemas de relevadores radioeléctricos Tabla 5. Mantenimiento Rec. UIT-R Mediciones a efectuar para el mantenimiento de los sistemas de

F.305 F.401

F.444 F.398 F.399

F.400

F.396 F.397 F.593 F.698 F.388 F.302

Rec. UIT-R relevadores radioeléctricos para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Dispositivos de reserva de los sistemas de relevadores radioeléctricos para telefonía y televisión Frecuencias y excursiones de frecuencia de las señales piloto de continuidad en los sistemas de relevadores radioeléctricos de modulación de frecuencia para televisión y telefonía Características preferidas para los dispositivos de conmutación de varios radiocanales en los sistemas de relevadores radioeléctricos analógicos Mediciones de sistemas de relevadores radioeléctricos para telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia en condiciones de explotación real Medición del ruido por medio de una señal de espectro continuo y uniforme en los sistemas de relevadores radioeléctricos para telefonía que utilizan multiplaje por distribución de frecuencia Tipos de canales de servicio que han de preverse para la explotación y el mantenimiento de los sistemas de relevadores radioeléctricos Tabla 6. Sistemas de radioenlaces transhorizonte Rec. UIT-R Circuito ficticio de referencia para sistemas de relevadores radioeléctricos transhorizonte de telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Potencia de ruido admisible en el circuito ficticio de referencia de sistemas de relevadores radioeléctricos transhorizonte para transmisión de telefonía con multiplaje por distribución de frecuencia Ruido en los circuitos reales de los sistemas de relevadores radioeléctricos transhorizonte multicanales con MF de longitud inferior a 2 500 km Bandas de frecuencias preferidas para los sistemas de relevadores radioeléctricos transhorizonte Disposición de los radiocanales para los sistemas de relevadores radioeléctricos transhorizonte Limitación de las interferencias causadas por los sistemas de radioenlaces transhorizonte

d) Grafique y explique brevemente los principales escenarios de aplicación de las comunicaciones por microondas: enlaces punto a punto, punto a multipunto, multipunto a multipunto, enlaces satelitales. Punto a Punto: Los enlaces punto a punto son conexiones entre dos extremos a través de ondas electromagnéticas que se propagan a través del aire y se usan generalmente para

comunicar datos o compartir una conexión a internet que hay en un lado hacia el otro, deben tener generalmente línea de vista entre los dos puntos.

Figura 1. Radioenlace Punto a Punto

Punto a Multipunto: El modelo Punto multipunto es comúnmente usado para compartir una conexión a varios nodos desde un punto central, Un ejemplo típico son las redes Wifi donde varias computadoras se conectan a un solo Access Point, este tipo de enlaces se utilizan para comunicar varios nodos entre sí de forma inalámbrica, teniendo en común un único punto de acceso, a corta o mediana distancia.

Figura 2. Radioenlace Punto-Multipunto

Multipunto a Multipunto: El tercer tipo de diseño de red es el multipunto a multipunto, el cual también es denominado red ad hoc o en malla (Mesh). En una red multipunto a

multipunto, no hay una autoridad central. Cada nodo de la red transporta el tráfico de tantos otros como sea necesario, y todos los nodos se comunican directamente entre sí El beneficio de este diseño de red es que aún si ninguno de los nodos es alcanzable desde el punto de acceso central, igual pueden comunicarse entre sí. Las buenas implementaciones de redes Mesh son auto reparables, detectan automáticamente problemas de enrutamiento y los corrigen. Extender una red Mesh es tan sencillo como agregar más nodos. Si uno de los nodos en la “nube” tiene acceso a Internet, esa conexión puede ser compartida por todos los usuarios.

Figura 3. Radioenlace Multipunto-Multipunto

Enlaces satelitales: A diferencia de las microondas terrestres (anteriores tipos), las microondas satelitales lo que hacen básicamente, es retransmitir información, se usa como enlace entre dos o más transmisores-receptores terrestres, denominados estaciones base. El satélite funciona como un espejo sobre el cual la señal rebota, su principal función es la de amplificar la señal, corregirla y retransmitirla a una o más antenas ubicadas en la tierra. Los satélites geoestacionarios (es decir permanecen inmóviles para un observador ubicado en la tierra), operan en una serie de frecuencias llamadas transponders, es importante que los satélites se mantengan en una órbita

geoestacionaria, porque de lo contrario estos perderían su alineación con respecto a las antenas ubicadas en la tierra.

Figura 4. Enlace satelital

2. De acuerdo a los escenarios de aplicación abordados en el punto anterior: 

Ingrese al siguiente enlace: https://www.mintic.gov.co/portal/vivedigital/612/w3-propertyvalue-7240.html



Consulte los detalles del proyecto “conectividad de alta velocidad”; escoja un municipio de los beneficiados con este proyecto y haga una propuesta para brindar internet de alta velocidad a una de las escuelas rurales del municipio que escogió (considere la conexión desde la cabecera municipal hasta la escuela, considere levantar el perfil de elevación con google earth para establecer detalles técnicos iniciales, revise el manual de google earth en el entorno de aprendizaje práctico).

Des pues de consultar los detalles del proyecto propuesto para la “conectividad de alta velocidad” escojo el municipio de Barranca de Upía de los beneficiados con este proyecto el cual está ubicado al norte del Departamento del Meta, cerca de Cundinamarca. Es parte de los Llanos Orientales y se encuentra a 107 km de la capital departamental, Villavicencio.



Realice el análisis del contexto, necesidad, restricciones y demás aspectos que considere.

Este municipio cuenta con 2 instituciones educativas, una de ellas es la escuela Francisco Walter que está dentro del casco urbano del municipio, y otra es la escuela el Algarrobo en zona rural, las dos se encuentran a una distancia de 8 km lineales aproximadamente, el acceso de la escuela el Algarrobo a la prestación de servicios de conectividad es casi nulo porque la escuela presta servicios para las veredas de la zona y por esta razón no se tiene en cuenta la necesidad de acceso a la información, por consiguiente para el desarrollo del curso es muy conveniente diseñar un medio por el cual la escuela y sus estudiantes tendrían acceso a internet y a través de este el acceso a la información global.  Escuela Francisco Walter  Escuela el Algarrobo

Con las herramientas google earth y airlink utilizadas para simular o crear radio enlaces se pude apreciar que tenemos un perfil de elevación que no presenta obstáculos, inclusive la zona de Fresnel tiene un espacio considerable, la zona es rural por lo cual no existen edificaciones que afecten la línea de vista, además se cuenta con suficiente espacio para el emplazamiento de las antenas en cada escuela.

Es conveniente usar espectro de uso libre, bajo la implementación de infraestructura que se ajuste a las características de la ANE

3. El grupo colaborativo discutirá los lineamientos TÉCNICOS de la propuesta y definirá cuál escogerá para desarrollarla a través del curso, esta discusión debe quedar evidenciada en el foro colaborativo.

Conclusiones 

Se adoptaron los conceptos básicos de comunicaciones por microondas



Se analizaron las diferentes bandas de frecuencia y la reglamentación de comunicaciones por microondas a través de la ANE e UIT.



Se estudiaron los diferentes tipos de enlaces por microondas para implementarlos en un escenario de comunicaciones.



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