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Modelos de radio propagación, Parámetros de un radioenlace, Cálculos de un radioenlace

Jose Luis Orjuela Oñate. Noviembre 2019

Universidad nacional Abierta y a Distancia. Ingeniería de telecomunicaciones. Antenas y Propagación.

2 Tabla de Contenidos Actividades a Desarrollar Bibliografía

7 14

3 Índice de Graficas

Ilustración 1 Antena a utilizar Ilustración 2 Torre Autosoportada Ilustración 3 Torre Riendada Ilustración 4 RF Antena Ilustración 5 Azimut B y C Ilustración 6Azimut B y C

7 8 8 10 11 12

4

Índice de tablas

Tabla 1 Detalles tecnicos Antena Tabla 2 Ubicacione de puntos Tabla 3 Informacion Antenas

9 11 13

5

Introducción En el siguiente documento se realizan las actividades individuales respecto a definiciones y tipos de antenas, se asigna proyecto solicitado y se realiza la intersección de los puntos en línea de vista y sus respectivas ubicaciones.

Objetivos Identificar el concepto de cada una de las preguntas enunciadas.

6 Búsqueda de diferentes proyectos de telecomunicaciones con los que podemos trabajar y aportar el conocimiento adquirido.

Actividades a Desarrollar

7 1. Defina que es un radioenlace. Consulte los diferentes tipos de radioenlace: Punto a punto, punto a multipunto y multipunto a multipunto. Es una conexión entre diferentes equipos de telecomunicaciones usando ondas electromagnéticas. Se conoce como Enlace Estudio Transmisor o por sus siglas inglesas STL, Studio Transmiter Link. Un radioenlace consta de un pequeño transmisor de radio (TX) que envía la señal desde los estudios a un receptor (RX) que se encuentra en la planta, ambos con sus respectivas antenas.

Enlaces Punto A Punto (PTP) Las redes punto a punto se aplican para un tipo de arquitectura de red específica, en la que cada canal de datos se usa para comunicar únicamente dos nodos. Enlaces Punto A Multipunto (PMTP) Conectividad punto multipunto inalámbrico que garantizan alta disponibilidad, estas pueden trabajar bajo estándares 802.11a / g y IEEE 802.11n que proporcionan un rendimiento

8 varias veces mayor a (802.11a / g). El objetivo primario de los multipuntos es la transmisión de datos, pero también puede transmitir VoIP. Enlaces Multipunto A Multipunto (MTPTMTP) Las redes multipunto son redes de computadoras en las cuales cada canal de datos se puede usar para comunicarse con diversos nodos. En una red multipunto solo existe una línea de comunicación cuyo uso está compartido por todas las terminales en la red. 2. Caracterice un radioenlace: a. Defina la curvatura terrestre y consulte como se calcula. Todos los levantamientos topográficos son representados a escala sobre el plano horizontal, por lo que cuando se mide una distancia entre dos puntos sobre la superficie terrestre, ésta debe ser enproyección horizontal. Para conocer hasta que punto la superficie de la tierra puede ser considerada como plana, para la realización de trabajos topográficos Suponer de acuerdo a la figura, que se conoce la distancia real entre los puntosAB(arco); la distancia en proyección sobre el plano horizontaltangente en el punto A es la distancia AB’(recta); la diferencia entre la distancia en proyección ( AB’) y la distancia real AB es el error E que se comete al considerar la Tierra como plana.

9

De la figura se aprecia que AB’= Rtan (Ecuacion - 1) El radio promedio de la Tierra se halla igualando el área de la elipse y el área del círculo: 𝜋 𝑥 𝑎 𝑥 𝑏 = 𝜋𝑥𝑅 2 Despejando R tenemos que: 1

𝑅 = (6378 ∗ 6356)2 = 6367 𝑘𝑚 De la definición de radián:

𝛼=

180 𝐴𝐵 𝑥 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 − 2 𝜋 𝑅

El error que se comete al considerar la tierra como plana queda definido como: 𝐸 = 𝐴𝐵 ′ − 𝐴𝐵 𝐸𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 − 3 Emplenando las ecuaciones 1, 2 y 3 se obtiene la siguiente table AB (m) 20.000



AB' m

E (m)

E' (mm/km)

0° 10' 48"

20.000,0658

0,0658

3,289

Er

Er

1/304.039 1/300.000

10

25.000 30.000 35.000 40.000

0° 13' 30"

25.000,1285

0,1285

5,1392

1/194.584 1/200.000

0° 16' 12"

30.000,2220

0,2220

7,4004

1/135.128 1/135.000

0° 18' 54"

35.000,3525

0,3525

10,0718

1/99.287

1/100.000

0° 21' 23"

40.000,5263

0,5263

13,1564

1/76.009

1/76.000

b. Defina la zona de Fresnel y consulte como se calcula. Zona de Fresnel Teniendo como punto de partida el principio de Huygens, podemos calcular la primera zona de Fresnel, el espacio alrededor del eje que contribuye a la transferencia de potencia desde la fuente hacia el receptor. Basados en esto, podemos investigar cuál debería ser la máxima penetración de un obstáculo (por ej., un edificio, una colina o la propia curvatura de la tierra) en esta zona para contener las pérdidas. Lo ideal es que la primera zona de Fresnel no esté obstruida, pero normalmente es suficiente despejar el 60% del radio de la primera zona de Fresnel para tener un enlace satisfactorio. En aplicaciones críticas, habrá que hacer el cálculo también para condiciones anómalas de propagación, en la cuales las ondas de radio se curvan hacia arriba y por lo tanto se requiere altura adicional en las torres. Para grandes distancias hay que tomar en cuenta también la curvatura terrestre que introduce una altura adicional que deberán despejar las antenas. La siguiente fórmula calcula la primera zona de Fresnel: 𝑟 = 17,32 ∗ √(𝑑/4𝑓) d1 = distancia al obstáculo desde el transmisor [km] d2 = distancia al obstáculo desde el receptor [km]

11 d = distancia entre transmisor y receptor [km] f = frecuencia [GHz] r = radio [m] Si el obstáculo está situado en el medio (d1 = d2), la fórmula se simplifica: Tomando el 60% nos queda: 0,6𝑟 = 5,2 ∗ √𝑑/𝑓 Distancia [km] 915 MHz 1 10 100

9 29 90

2,4 GHz

5,8 GHz

6 18 56

4 11 36

Altura de la curvatura terrestre 0 4,2 200

Tabla 1 Radio [m] para la primera zona de Fresnel La “Altura de la curvatura terrestre” describe la elevación que la curvatura de la tierra crea entre 2 puntos.

c. Defina la BER y consulte como se calcula

d. Defina las pérdidas de propagación de un radioenlace y consulte como se calcula. Las pérdidas de propagación están relacionadas con la atenuación que ocurre en la señal cuando esta sale de la antena de transmisión hasta que llega a la antena receptora. 4𝜋∗𝑑 4𝜋 ∗ 𝑑 ∗ 𝑓 𝐿𝑏𝑓 = 20𝑙𝑜𝑔 ( ) = 20𝑙𝑜𝑔 ( ) [𝑑𝐵] 𝜆 𝑐 donde: perdidas espacio libre Lbf : pérdida básica de transmisión en el espacio libre (dB) d : distancia

12 λ : longitud de onda c : velocidad de la luz d y λ se expresan en las mismas unidades. e. Defina que es el presupuesto de potencia de un radioenlace y consulte como se calcula. El cálculo de todas las ganancias y pérdidas desde el transmisor hasta el receptor, un buen presupuesto de enlace es esencial para el funcionamiento del mismo. Estimación de pérdidas/ganancias en un radioenlace: o Diseño adecuado o Correcta elección de los equipos o Lado de Transmisión 

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

o Lado de Propagación 

FSL, zona de Fresnel

o Lado Receptor 

Ganancia de antena, pérdidas en el cable, sensibilidad del receptor

13

+ Potencia del Transmisor [dBm] - Pérdidas en el Cable TX [dB] + Ganancia de Antena TX [dBi] - Pérdidas en la trayectoria en el espacio libre [dB] + Ganancia de Antena RX [dBi] - Pérdidas en el Cable RX [dB] = Margen – Sensibilidad del receptor [dBm]

f. Defina indisponibilidad de un radioenlace y consulte como se calcula La indisponibilidad o corte de un radioenlace se produce cuando la señal recibida no alcanza el nivel de calidad mínimo exigido, lo que se traduce en un aumento significativo de la tasa de error. Es decir, existe una interrupción del servicio puesto que el demodulador no puede recuperar correctamente la señal de voz, vídeo o datos transmitida.

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g. Defina viabilidad de un radio enlace y consulte como se calcula. Para analizar si una instalación es viable, es necesario realizar el cálculo del enlace, el cual consiste en tomar la potencia de transmisión en términos de ganancia absoluta, sumarle las ganancias, restarle las pérdidas y ver si el resultado alcanza sensibilizar al receptor.

Tomando en cuenta todas las pérdidas expuestas en puntos anteriores, así como las ganancias presentes en las antenas, el cálculo del presupuesto de enlace se realiza de la siguiente

15 manera:

Dónde:  PRX: potencia de recepción [dBm].  PTX: potencia de transmisión [dBm].  FSL: pérdidas por propagación en el espacio libre [dB].  AOBST: pérdidas debidas a obstáculos en el enlace [dB].  AG: atenuación total debida a gases [dB].  AR: atenuación total debida a precipitaciones [dB].  LCT: pérdidas en cable en el transmisor [dB].  LCR: pérdidas en cable en el receptor [dB].  M: margen de desvanecimiento [dB].  GAT: ganancia de la antena en el transmisor [dBi].  GAR: ganancia de la antena en el receptor [dBi]. De esta manera, lo que se busca con este cálculo es obtener un valor para la potencia de recepción que sea mayor al valor de la sensibilidad del receptor, lo cual asegura que el enlace es viable. De no ser viable, se deberá proceder a variar parámetros como la distancia, frecuencia de operación, potencias, tipos de antenas, tipo de cables, etc; con la finalidad de buscar la viabilidad del enlace. 3. Requerimientos de un radio enlace:

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4. Consulte los equipos necesarios para un radioenlace: antenas, transmisor, receptor, amplificador, filtros, cables, conectores y define cada uno de los parámetros de estos.

Para que un radioenlace, no tenga problemas durante su instalación y funcionamiento, el site survey debe ser realizado por personal con experiencia en dicho tema, ya que basándose en la ingeniería aplicada durante su diseño se toman todas las decisiones para el mismo, entre estas podemos encontrar: Tamaño de las antenas: las antenas están diseñadas con ciertos parámetro, entre los primordiales tenemos: la ganancia, la banda de frecuencias y el tamaño; estas tres características se pueden tener en cuenta para la escogencia de las antenas en un nuevo

Radioenlace, pues dependen estrictamente de la longitud y las condiciones físicas que éste presente. Es así que para radioenlaces de gran longitud se debe utilizar antenas con mayor ganancia, por consiguiente de mayor tamaño y con frecuencias más bajas, comprendidas entre las

17 bandas de 6 GHz a 11 GHz; si el enlace tiene una longitud relativamente corta, se debe utilizar antenas con frecuencias de 13 GHz a 23 GHz, de menor tamaño y baja ganancia, esto debido a las pérdidas a mayores frecuencias, esta conclusión fácilmente deducible de la ecuación de pérdidas en espacio (1) libre, a mayor longitud y mayores frecuencias mayores pérdidas. Tipos de Conectores

5. Información técnica detallada de los emplazamientos de las antenas (Unidades), y del radioenlace correspondiente: Coordenadas de latitud, longitud, y altitud; y los respectivos perfiles de elevación.

6. Determine cuál es el margen mínimo aceptable para el proyecto, teniendo en cuenta la BER, explique la utilidad de la zona de Fresnel, realice el análisis de la zona de Fresnel para cada tramo del radioenlace.

18 Distancia (Kms) Frecuencia K FSL

54.00 902.0 25.0 111.92

Elementos de Trasmision TX + Potencia de Trasmision [dBm] - Perdidas en el cable TX [dB] + Ganancia de Antena TX [dBi] - FSL [dB]

43.01 3.00 6.00 111.92

Elementos de Recepcion + Ganancia de Antena RX [dBi] - Perdidas en el cable RX [dB] - Sensibilidad del receptor [dBm]

2.00 0.50 -11302

Margen de Potencia Recepcion (dB) Zona Fresel

48.61

Altura de la Antena + H Altura del obstaculo + Zf Zona Fresnel + Curvatura de la tierra (mts) Total

Tx 7.00 1.43 5.84 14.27

1.430 Rx 6.00 1.62 14.36 21.98

7. Realizar el 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 Zona de propagación ● Determina la corrección por curvatura ● Determinar el despeje de las zonas de Fresnel FSL (Pérdidas de trayectoria en el espacio libre), zona de Lado Receptor

19 ● Ganancia de antena, pérdidas en el cable, sensibilidad del receptor 8. Con los datos obtenidos complete las siguientes tablas: Datos del radioenlace Ubicación Unidad A (Origen) Ubicación Unidad B (Repetidora) Ubicación Unidad C (Destino)

Longitud 74° 6'19.55"O 74°15'53.11"O 74°20'23.13"O

Latitud 4°34'24.69"N 4°51'8.15"N 4°59'59.03"N

Altura 2585 m 2610 m 1164 m

Tabla 1: Datos del radioenlace Datos del Radioenlace Distancia (Km) Frecuencia central Frecuencia mínima Frecuencia máxima Presupuesto del enlace Elemento + Potencia del Transmisor [dBm] - Pérdidas en el Cable TX [dB] + Ganancia de Antena TX [dBi] - FSL [dB] + Ganancia de Antena RX [dBi] - Pérdidas en el Cable RX [dB]

Unidad A – Unidad B 35.7

Unidad B – Unidad C 18

Valor 43.01 3.00 6.00 111.92 2.00

Valor 43.01 3.00 6.00 119.4 2.00

0.50

0.50

- Sensibilidad del receptor [dBm]

-11302

-11302

= Margen

14.27

21.98

Tabla 2: Presupuesto del radioenlace

Bibliografía bibliotecavirtual.unad.edu.co. (2014-07-01). Análisis del mercado de productos de comunicaciones (UF1869). Obtenido de Rafael Jiménez Camacho: https://ebookcentralproquest-

20 com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/lib/unadsp/reader.action?docID=4310535&ppg=154&t m=1529601437950 More, J. (12 de 01 de 2014). gadgerss.com. Obtenido de https://gadgerss.com/2014/01/12/obtener-perfil-de-elevacion-con-google-earth/ Pascual, F. R. (2007-01-01). Radiocomunicaciones. Obtenido de bibliotecavirtual.unad.edu.co: https://ebookcentral-proquestcom.bibliotecavirtual.unad.edu.co/lib/unadsp/reader.action?docID=3175449&ppg=18&t m=1529599517694 Periódicos técnicos profesionales online. (2001). comunicacionesinalambricashoy. Obtenido de https://www.comunicacionesinalambricashoy.com/wireless/las-bandas-libres-defrecuencias/ Pimentel, F. (1998). WNI MÉXICO S.A. Obtenido de https://www.wni.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=50:los&catid=31: general&Itemid=79