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ANTENAS Y PROPAGACIÓN Fase 5 – Evaluación de Radio Enlace

Estudiantes JULIÁN DAVID ESTRADA C.C. 1085273342 YEISSON ALEXANDER ENRIQUEZ GIRALDO C.C. 12747933 ANDERSON HISNARDO PLATA C.C. 1093758023 ROGER BRYAN BETANCOURTH C.C 87064456

Docente Tutor PAOLA ANDREA BUITRAGO

Grupo 208019-10

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Ingeniería de Telecomunicaciones San Juan de Pasto Mayo 2019

INTRODUCCION Con el desarrollo de esta última actividad de antenas y propagación se compila este documento el cual se desarrolló a lo largo del curso y que estuvo dividido en diferentes etapas o fases que se construyeron en forma grupal, en esta etapa se unifica todos los conceptos llegando al desarrollo y puesta en marcha de un proyecto real viable y funcional de un radio enlace que se podría implementar sin ningún problema de diseño y confiabilidad del proyecto ya que todos los parámetros se encuentran elaborados los cuales pueden fácilmente ser interpretados por un ingeniero.

Actividades a desarrollar Trabajo colaborativo: De acuerdo al proyecto que eligieron en la fase 1: Cada estudiante debe realimentar los pasos del 1. al 7 del trabajo individual de alguno de sus compañeros. Con las realimentaciones realizadas por cada uno de los estudiantes, el grupo debe consolidar un único documento. Teniendo en cuenta la información que cada estudiante socializo en los aportes individuales, el grupo realiza una presentación donde se evidencie el desarrollo del proyecto, teniendo en cuenta los siguientes ítems: SIMULACION GOOGLE EARTH

1. Coordenadas del proyecto, y la red de comunicación. DATOS DE LA ANTENA TRANSMISORA Nombre del sitio Volcán Galeras Municipio/Departamento Pasto Nariño Longitud: Latitud: Coordenadas geográficas Altura 77°20'45.05" 1°12'45.60 (longitud, latitud, y altura) 3818 mt O "N Tipo de antena fabricante / Modelo: Alcance: (fabricante/marca, modelo, marca: AG-HP50 Km alcance) Ubiquiti 2G20 Potencia (W), eficiencia, potencia Ganancia Eficiencia ganancia 500mW 20 dBi Altura, acimut e inclinación Acimut Inclinación Altura 10 mt de la antena 32.2° -1.68° Altura de la torre (en Altura 10 mt Tipo atirantada metros), tipo de torre

DATOS DE LA ANTENA REPETIDORA Nombre del sitio Berruecos Municipio/Departamento Arboleda Nariño Coordenadas geográficas Longitud: Latitud: Altura (longitud, latitud, y altura) 77°08'44"O 1°31'51"N 2731 mt Tipo de antena fabricante / Modelo: Alcance: (fabricante/marca, modelo, marca: AG-HP50 Km alcance) Ubiquiti 2G20 Potencia (W), eficiencia, potencia Ganancia Eficiencia ganancia 500mW 20dBi

Altura, acimut e inclinación de la antena hacia la receptora Altura, acimut e inclinación de la antena hacia la transmisora Altura de la torre (en metros), tipo de torre

Altura 10 mt

Acimut 11.02°

Inclinación - 4.98°

Altura 10 mt

Acimut 212.2°

Inclinación 1.31°

Altura 10 mt

Tipo atirantada

DATOS DE LA ANTENA RECEPTORA Nombre del sitio Norte de la Unión Municipio/Departamento La Unión Nariño Longitud: Latitud: Coordenadas geográficas Altura 77°07'40.19" 1°37'18.47" (longitud, latitud, y altura) 1841 mt O N Tipo de antena fabricante / Modelo: Alcance: (fabricante/marca, modelo, marca: AG-HP50 Km alcance) Ubiquiti 2G20 Potencia (W), eficiencia, Potencia Ganancia Eficiencia ganancia 500mW 20dBi Altura, acimut e inclinación Acimut Inclinación Altura 10 mt de la antena 191.02° 4.89° Altura de la torre (en Altura 10 mt Tipo atirantada metros), tipo de torre

La red de comunicación buscara la conectividad (Internet) mediante un radioenlace punto a punto para llevar internet entre dos localidades separadas por una distancia de 50 m y que se encuentren obstruidas no debe haber línea de vista directa, según el perfil de elevación entre la Unidad A (Origen) y la Unidad C (Destino). Para lograr que el radioenlace funcione se implementarán 3 antenas, la transmisora, receptora y una repetidora para evitar dicha obstrucción, estas antenas trabajaran a una frecuencia de 2.4 GHz. 2. Ficha técnica de las antenas que utilizaron. Ficha técnica antena Ubiquiti AG-HP-2G20. {En línea}. {24 abril 2019}. Recuperado de: https://dl.ubnt.com/datasheets/airgridm/airGrid_HP.pdf Antena Ubiquiti AG-HP-2G20 Output Power: 28 dBm

3. Explicación detallada de los parámetros obtenidos en la simulación. Evidenciar con capturas de pantalla. Pasto – Repetidora: en estos dos puntos del proyecto, la simulación nos arroja los datos (con letras de color azul) que se configuraron en las antenas, en el recuadro de transmisor y receptor, nos indica un S9 en ambos puntos, que según la aplicación radio Mobile, nos indica que el enlace es óptimo ya que la margen mínima que maneja la aplicación es de S7. En la parte superior se nos presenta la gráfica del radioenlace y varios datos, como la distancia, ángulo de azimut, ángulo de elevación entre otros, pero un dato importante es la zona Fresnel o F1, la cual nos indica un F0,8 teniendo en cuenta que el mínimo es de 0.6, podemos decir que el enlace funciona correctamente.

Repetidora – La Unión: en estos dos puntos del proyecto, la simulación nos arroja los datos (con letras de color azul) que se configuraron en las antenas, en el recuadro de transmisor y receptor, nos indica un S9 en ambos puntos, que según la aplicación radio Mobile, nos indica que el enlace es óptimo ya que la margen mínima que maneja la aplicación es de S7. En la parte superior se nos presenta la gráfica del radioenlace y varios datos, como la distancia, ángulo de azimut, ángulo de elevación entre otros, pero un dato importante es la zona Fresnel o F1, la cual nos indica un F1,4 teniendo en cuenta que el mínimo es de F0.6, podemos decir que el enlace funciona correctamente.

4. Proceso matemático y comparación con los resultados obtenidos en la simulación. Cálculo del presupuesto del enlace (cálculo de todas las ganancias y pérdidas desde el transmisor hasta el receptor) Cálculo de los elementos del radioenlace Lado de Transmisión 

Potencia de transmisión, pérdidas en el cable, ganancia de antena

Potencia de transmisión 𝑃𝑇𝑋 (𝑑𝐵𝑊 ) = 10 log(0.631𝑊 ) = −1.9 𝑑𝐵𝑊 𝑃𝑇𝑋 (𝑑𝐵𝑚) = −1.9𝑑𝐵𝑊 + 30 = 28𝑑𝐵𝑚 

Pérdidas en el cable coaxial y banda de transmisión de 2.4 GHz.

Datos 5.8 dB/100m en banda 2.4 GHz 1.2 dB por par de acoples 50 m de cable 5.8 𝑑𝐵 → 100𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎 50 𝑚 =

5.8 ∗ 50 = 2.9 𝑑𝐵 100

2.9 𝑑𝐵 𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 + 1.2 𝑎𝑐𝑜𝑝𝑙𝑒𝑠 = 4.1 𝑑𝐵 

Ganancia de antena

De acuerdo a la siguiente tabla tenemos

Diámetro 650 mm = 0.65 m Tenemos una ganancia de 20 dBi en la frecuencia 2.4 GHz Zona de propagación 

Determina la corrección por curvatura 𝑑1 𝑑2 2ka 10.8km ∗ 31.17km 𝑓= = 0.035 2 ∗ ¾ ∗ 6370 km 𝑓=



Determinar el despeje de las zonas de Fresnel Pasto - Repetidora 𝑟 = 17.32√

𝑑1 (km)𝑑2 (km) 𝑑 (km)𝑓 (𝐺𝐻𝑧)

𝑟 = 17.32√ 

10.8(km)31.17(km) = 31.66 41.97(km)2.4(𝐺𝐻𝑧)

Determinar el despeje de las zonas de Fresnel Pasto - Repetidora 𝑟 = 17.32√

𝑟 = 17.32√ 

𝑑1 (km)𝑑2 (km) 𝑑 (km)𝑓 (𝐺𝐻𝑧)

2.34(km)7.96(km) = 15.03 10.3(km)2.4(𝐺𝐻𝑧)

FSL (Pérdidas de trayectoria en el espacio libre), zona de Lado Transmisor (Pasto - repetidora) 𝐿𝑝 (𝑑𝐵) = 32.4 + 20 log10(2400) + 20 log10(41.97) = 132.46 𝑑𝐵



FSL (Pérdidas de trayectoria en el espacio libre), zona de Lado Receptor (repetidora – La Unión) 𝐿𝑝 (𝑑𝐵) = 32.4 + 20 log10 (2400) + 20 log10(10.3) = 120.26 𝑑𝐵

Ganancia de antena, pérdidas en el cable, sensibilidad del receptor Pérdidas en el cable coaxial y banda de transmisión de 2.4 GHz. (Usamos la misma tabla utilizada en el lado transmisor) Datos: 5.8 dB/100m en banda 2.4 GHz 1.2 dB por par de acoples 50 m de cable 5.8 𝑑𝐵 → 100𝑚 𝑝𝑎𝑟𝑎 50 𝑚 =

5.8 ∗ 50 = 2.9 𝑑𝐵 100

2.9 𝑑𝐵 𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 + 1.2 𝑎𝑐𝑜𝑝𝑙𝑒𝑠 = 4.1 𝑑𝐵 Ganancia de antena (Usamos la misma tabla utilizada en el lado transmisor) Diámetro 650 mm = 0.65 m Tenemos una ganancia de 20 dBi en la frecuencia 2.4 GHz



Sensibilidad del receptor = -92 dBm, según la hoja de datos del proveedor

Presupuesto del enlace Pasto - Repetidora Potencia de transmisión + 28 dBm Cables y conectores - 4 dB Ganancia antena TX + 20 dBi Ganancia antena RX + 20 dBi Cables y conectores - 4 dB Ganancia Total 60 dB FSL - 132.46 dB Nivel de señal recibida - 72 dB Sensibilidad del receptor - - 92 dB Margen Total 20 dB Presupuesto del enlace Repetidora – La Unión Potencia de transmisión Cables y conectores Ganancia antena TX Ganancia antena RX Cables y conectores Ganancia Total FSL Nivel de señal recibida Sensibilidad del receptor Margen Total

+ 20 dBm - 4 dB + 20 dBi + 20 dBi - 4 dB 52 dB - 120.26 dB - 68 dB - - 92 dB 24 dB

Detalles de Pasto – Repetidora

Detalles Repetidora – La Unión

Observamos que existen diferencias en los resultados de los cálculos y la simulación, esto se presento debido a que esta versión de radio Mobile,

no permitió ingresar algunos datos de las perdidas, entre otros como se muestra a continuación.

5. Diseño de la topología y la arquitectura que consideren más pertinente para el desarrollo del proyecto Para este trabajo se trabajó topología maestro esclavo. Donde la transmisora ubicada en Pasto sería el maestro y la antena repetidora sería el esclavo. Por otra en el otro segmento, la antena repetidora dirigida hacia la Unión seria la maestra y la antena ubicada en la Unión seria la esclava. Esta topología se escogió gracias a las consultas de las unidades 1 y 2, donde se encontró que esta topología es la más utilizada en los radio enlace punto a punto, donde el maestro transmite datos y el esclavo los recibe. 6. Realizar un diagrama de los patrones de radiación de las antenas usadas en el sistema y las repetidoras del mismo. 

Antena transmisora ubicada en Pasto



Antena repetidora, que en este caso recibe la señal de Pasto



Antena repetidora, que en este caso transmite la señal recibida de Pasto hacia la Unión.



Antena receptora ubicada en la Unión

7. Diseño de toda la red y la respectiva explicación. En primera instancia se localizaron los puntos donde se quería establecer el radio enlace, estos puntos debían cumplir con los objetivos del proyecto que fueron mencionados en el primer punto de este trabajo colaborativo.

Una vez se obtuvieron estos datos de ubicación y frecuencia de trabajo, se pasó a evaluar y escoger la antena adecuada para este proyecto, la cual fue una antena Ubiquiti AG-HP-2G20 Output Power: 28 dBm, presentada en el segundo punto de este trabajo. A continuación, se pasó a realizar los cálculos correspondientes del radio enlace, en busca de la viabilidad del radioenlace. Estos cálculos se muestran en el punto 4 de este trabajo. Finalmente, y gracias a la aplicación Radio Mobile, se paso a simular el radioenlace, dejando como resultado la viabilidad del proyecto, como senos muestra en el punto 3 de este trabajo.

CONCLUSIONES -

Con el desarrollo de esta última actividad podemos deducir que un radio enlace se debe realizar utilizando toda la teoría de antenas para garantizar un óptimo funcionamiento del mismo

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El análisis de pérdidas y ganancias es muy indispensable en este tipo de radio enlaces porque siempre existen márgenes de errores

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El simulador google earth es una herramienta indispensable para el desarrollo de los radioenlaces ya que es aquí donde se ubican las coordenadas esenciales para el desarrollo y ejecución

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La aplicación de radio Mobile es una herramienta que es la base fundamental para simular el radio enlace porque nos arroja parámetros que el estudio matemático del radio enlace nos arroja para así saber si lo teórico está acorde con la simulación

BIBLIOGRAFIA -

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