Radio Enlace
Universidad de Aquino Bolivia Microondas CALCULO DE RADIO ENLACES (PORTADA – KALAJAHUIRA) OBJETIVO El objetivo del pre
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Microondas
CALCULO DE RADIO ENLACES (PORTADA – KALAJAHUIRA) OBJETIVO El objetivo del presente trabajo de investigación es observar, analizar, calcular y presentar un informe técnico y gráfico del càlculo de Radio enlaces viendo la factibilidad de transmisión y recepción de la portada a Kalajahuira, realizando los cálculos en el entorno de Matlab . OBJETIVOS ESPECIFICOS •
Calcular el Radio enlaces portada a Repetidora y de Repetidora a Kalajahuira
•
Representar gráficamente en Google Earth el radio enlace
•
Realizar los cálculos de radio enlaces en función de la altura de torre.
•
Calcular la potencia entre Transmisor y Receptor de los equipos
MARCO TEORICO ¿Qué es una radioenlace? Se denomina radio enlace a cualquier interconexión entre los terminales de telecomunicaciones efectuados por ondas electromagnéticas. Si los terminales son fijos, el servicio se lo denomina como tal y si algún terminal es móvil, se lo denomina dentro de los servicios de esas características. Se puede definir al radio enlace del servicio fijo, como sistemas de comunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de información, con características de calidad y disponibilidad determinadas. Los enlaces se hacen básicamente entre puntos visibles, es decir, puntos altos de la topografía. Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para un correcto funcionamiento es necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la propagación en toda época del año, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones atmosféricas de la región. Para poder calcular las alturas libres debe conocerse la topografía del terreno, así como la altura y ubicación de los obstáculos que puedan existir en el trayecto.
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CALCULO DE ENLACE En un sistema de comunicaciones lo ideal es que la señal enviada desde el transmisor hasta el receptor tenga un nivel aceptable después de sufrir todas las perdidas a las que estará sometida, por lo tanto para analizar si una instalación es viable debemos realizar el calculo del enlace, que consiste en tomar la potencia de transmisión en términos de ganancia absoluta, sumarle las ganancias, restarle las perdidas y ver si el resultado alcanza para sensibilizar al receptor. PRESUPUESTO DE POTENCIA DE ENLACE Un presupuesto de potencia para un enlace punto a punto es el calculo de ganancias y perdidas desde el radio transmisor a través de cables, conectores y espacio libre hacia el receptor. La estimacion del valor de potencia en diferentes partes del radio enlace es necesaria para hacer el mejor diseño y elegir el equipamiento adecuado. Los elementos del presupuesto de enlace pueden ser divididos en tres partes principales. -
El lado de Transmision con potencia efectiva de transmisión.
-
Perdidas en la propagación.
-
El lado de recepcioncon efectiva sensibilidad receptiva.
Un presupuesto de radio enlace completo es simplemente la suma de todos los aportes en decibles en el camino de las tres partes principales. Potencia del trnamisor [dBm]- Peridad en el cable Tx[dB]+Ganancia de antena Tx[dBi] – perdidas en la trayectoria en el espacio aabierto[dB]+ Ganancia de antena Rx[dBi] – perdidas en el cable del Rx[dB]= Margen – Sensibilidad del receptor [dBm].
Trayectoria completa de transmisión entre el Transmisor y el receptor
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ZONA DE FRESNEL 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. Lo ideal es que la primera zona de Fresnel no este obstruida, pero normalmente es suficiente despejar el 60% del radio de la primera zona de Fresnel para tener un enlace satisfactorio. Se debe hacer el calculo de las condiciones anómalas de propagación, en la cual las ondas de radio se curvan hacia arriba t 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 formula es la primera zona de fresnel. r= d1= distancia al obstáculo desde el transmisor [Km] d2= distancia al obstáculo desde el receptor [km] d= distnacia entre transmisor y recpetor [Km] f= Frecuencia [GHz] c=Velocidad de la luz r= radio[m]
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Zona de Fresnel CONVERSION DE WATT A dBm La conversión entre potencia(W) y dBm es muy útil para hacer cálculos de enlaces. En los cálculos de enlace. Hay tres tipos de unidades logarítmicas.
dB(Decibel) Se usa para medir perdidas en los cables y conectores o gananacias de antenas y amplificadores. El decibel es una unidad relativa correspondiente al algoritmo decimal del cociente de dos valores de potencia. dB= 10+log(P2/P1) el dB son positivos cuando se refiere a una ganancia, como la de una antena o amplificador y negativo cuando corresponde a una atenuación como la de un cable. dBm(dB referido a un mW) el dB es una unidad logarítmica referida a la potencia de 1 miliWatt (0.001 W) por lo tanto mide potencia absoluta. Será positivo cuando se refiere a valores superiores a 1mW y negativo para valores inferiores a 1mW, como los correspondientes a potencias recibidas. dBm= 10+log(P/0.001W)=10*log(P/1mW) dBi (decibel respect a la isotropica) Usado para expresar la ganancia de una antena en comparación con una antena isotrópica, es decir aquella que irradia en todas direcciones con la misma intensidad dBi=dB relativo a una antena isotrópica cuando se usa dB para calcular la Potencia es útil recordar lo siguiente: 1. Duplicar la potencia es igual que agregar 3 dB
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2. Reducir potencia
la a
a
mitad es igual que restar 3 dB
Supongamos
que
tenemos una potencia de
transmisión
100mW(20
dBm).
de Si
duplicamos la potencia del transmisor a 200W, agregamos 3 dB a 20 dBm que da 23 dBm. De esta forma, 400mW dan 26 dBm y 800 mW dan 29 dBm.
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Zona de Fresnel CASO 1 Existe línea de vista, el radio enlace es “FACTIBLE” CASO 2 No existe línea de vista, el radio enlace “NO ES FACTIBLE” CASO 3 El radio enlace es “CRITICO”
PRESUPUESTO DE ENLACE COMPLETO El calculo de presupuesto de enlace es para estar seguro de que el margen en el receptor es mayor que un cierto umbral, además la PIRE debe estar dentro de las regulaciones. El margen de un presupuesto de enlace puede ser resumido de la siguiente manera: Margen = Potencia de Transmision[dBm]- perdidas en el Cable Tx[dB]+Ganancia de antena Tx[dBi]- perdida en la trayectoria del espacio abierto [dB] + Ganancia de antena Rx[dbi]- Perdida de cable Rx[dB] – sensibilidad del receptor [dBm].
LINEA DE VISTA Los radio enlaces de microondas se realizan sólo si existe una vista del receptor (LOS, Line Of Sight), proveen conectividad de una manera sencilla y práctica entre dos o más sitios. La línea de visión (LOS) implica que la antena en un extremo del radio enlace debe poder "ver" la antena del otro extremo. El diseño de un radio enlace de microondas LOS involucra cuatro pasos básicos: •
Elección del sitio de instalación
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•
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Relevamiento del perfil del terreno y cálculo de la altura del mástil para la antena
•
Cálculo completo del radio enlace, estudio de la trayectoria del mismo y los efectos a los que se encuentra expuesto.
•
Prueba posterior a la instalación del radio enlace, y su posterior puesta en servicio con tráfico real.
Figura de una “Linea de Vista”
POTENCIA ENTRE TRANSMISOR (Tx) Y RECEPTOR (Rx) Es la potencia isotropica y lo que se encuentra en el medio, se conforma las perdidas del medio y del sistema. Lo=92.44 + 20*log(d)+20*log(f) d = km f = GHz
LTotal = Lo – (GTx + GRx)+[ ∆LSis Tx+∆LSisRx] GTx = Ganancia del Transmisor GRx = Ganancia del Receptor ∆LSis Tx+∆LSisRx= Atenuacion del sistema Pen/dBm = Po-LTotal
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Po/Bm= 10*log[PN/1x10-3] Umbral de Ruido = -110 dBm CALCULOS DE RADIO ENLACES EN FUNCION DE LA ALTURA DE LA
TORRE
ro=
;
C=Velocidad de la luz (3x108 m/s) F=Frecuencia(GHz)
∆h= h1 -
R’=KR ;
R’=Radio de la Tierra ;
K=
R=6.73x106
Lo=92.44 + 20*log(d) + 20*log(f) d=distancia total f=Frecuencia
Ltotal =Lo – (Gtx+Grx) + [∆LSisTx+∆LSisRx] Pen/dBm=Po-LTotal
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Po/dBm = 10 log[PN/1x10-3]
MARCO PRACTICO
LINEA DE VISTA ( GOOGLE EARTH )
Fig. 1 - CASA DE HUGO – REPETIDORA – EX_TRANCA KALAJAHUIRA
CALCULOS DE RADIO ENLACE - TRAMO 1
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Fig. 2 - VISTA GOOGLE EARTH (CASA DE HUGO - REPETIDORA)
Fig 2.1 - CALCULO DE RADIO ENLACES EN MATLAB - (TRAMO 1)
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RESULTADOS DE CALCULOS DE RADIO ENLACE
hT1=0 TRAMO
hT2=0 1
UBICACIÓN CASA DE HUGO – REPETIDORA DATOS
NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
UNIDADES
d1
2.86
Km
h1
4028
Km
d2
0.84
Km
h2
4019
Km
f
7.2
GHz
ho
3819
Km
PT x
3200
Mw
Gtx+G Rx
58
dBi
RESULTADOS NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
5.20
m
Lo
201.78
m
UNIDADES
120.95
dB
LTota l
67.95
dB
Pent/ Tx
-32.89
dBm
ro ∆h ∆h > ro COMPARA
FACTIBLE
Pent/Tx > -110 dBm
UMBRAL
FACTIBLE
TABLA DE RESULTADOS hT1
hT2
∆h
UNIDADES
0
0
201.78
m
Fig 2.2
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hT1=12[m] TRAMO
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hT2=12[m]
1
UBICACIÓN CASA DE HUGO – REPETIDORA DATOS
NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
UNIDADES
d1
2.86
Km
h1
4040
Km
d2
0.84
Km
h2
4031
Km
f
7.2
GHz
ho
3819
Km
PT x
3200
mW
Gtx+G Rx
58
dBi
RESULTADOS NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
5.20
m
Lo
213.78
m
UNIDADES
120.95
dB
LTota l
67.95
dB
Pent/ Tx
-32.89
dBm
ro ∆h ∆h > ro COMPARA
FACTIBLE
Pent/Tx > -110 dBm
UMBRAL
FACTIBLE
TABLA DE RESULTADOS hT1
hT2
∆h
UNIDADES
12
12
213.78
m
Fig 2.3
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CALCULO DE PRESUPUESTO DE ENLACE DEL TRAMO 1
DATOS CASA DE HUGO (Tx) - REPETIDORA(Rx)
LATITUD Y LONGITUD
Punto estación Tx : Latitud: 16o29.44’ 57’’ S Punto estación Rx : Latitud: 16o28.53’ 48’’ S
Longitud: 68o09.48’ 47’’ O Longitud: 68o07,57’ 77’’ O
GANANCIAS DEL SISTEMA
Potencia del Transmisor:
35 dBm = 3200mW
Ganancia de la antena Tx:
29 dBi
Ganancia de la antena Rx:
29 dBi
Ganancia Total:
93 dB
PERDIDAS DEL SISTEMA
Perdidas de Trayectoria
(Lo):
120.95 dB
Atenuacion del sistema(
):
Perdidas por conectores:
0.5 dB
Perdidas por cable coaxial Perdidas totales
5 dB
0 dB 126.45 dB
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CALCULOS DE RADIO ENLACE - TRAMO 2
Fig. 3 - VISTA GOOGLE EARTH (REPETIDORA- ex_tranca KALAJAHUIRA)
Fig 3.1 - CALCULO DE RADIO ENLACES EN MATLAB - (TRAMO 2) RESULTADOS DE CALCULOS DE RADIO ENLACE
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hT1=0 TRAMO
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hT2=0 2
UBICACIÓN REPETIDORA – ex_tranca KALAJAHUIRA DATOS
NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
UNIDADES
d1
4.21
Km
h1
4019
Km
d2
0.95
Km
h2
3997
Km
f
7.1
GHz
ho
3968
Km
PT x
3200
Mw
Gtx+G Rx
58
dBi
RESULTADOS NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
5.72
M
Lo
32.60
M
UNIDADES
123.71
dB
LTota l
70.71
dB
Pent/ Tx
-35.66
dBm
ro ∆h ∆h > ro COMPARA
FACTIBLE
Pent/Tx > -110 dBm
UMBRAL
FACTIBLE
TABLA DE RESULTADOS hT1
hT2
∆h
UNIDADES
0
0
32.60
m
Fig 3.2
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hT1=12[m] TRAMO
Microondas
hT2=12[m]
2
UBICACIÓN REPETIDORA – ex_tranca KALAJAHUIRA DATOS
NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
UNIDADES
d1
4.21
Km
h1
4031
Km
d2
0.95
Km
h2
4009
Km
f
7.1
GHz
ho
3968
Km
PT x
3200
mW
Gtx+G Rx
58
dBi
RESULTADOS NUMERICO
UNIDADES
NUMERICO
5.72
m
Lo
44.60
m
UNIDADES
123.71
dB
LTota l
70.71
dB
Pent/ Tx
-35.66
dBm
ro ∆h ∆h > ro COMPARA
FACTIBLE
Pent/Tx > -110 dBm
UMBRAL
FACTIBLE
TABLA DE RESULTADOS hT1
hT2
∆h
UNIDADES
12
12
44.60
m
Fig 3.3
CALCULO DE PRESUPUESTO DE ENLACE DEL TRAMO 2
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DATOS REPETIDORA (Tx) – EX_TRANCA_KALAJAHUIRA (Rx)
LATITUD Y LONGITUD
Punto estación Tx : Latitud: 16o28.53’ 48’’ S Punto estación Rx : Latitud: 16o27.11’ 17’’ S
Longitud: 68o07.57’ 77’’ O Longitud: 68o05,42’ 42’’ O
GANANCIAS DEL SISTEMA
Potencia del Transmisor:
35 dBm = 3200mW
Ganancia de la antena Tx:
29 dBi
Ganancia de la antena Rx:
29 dBi
Ganancia Total:
93 dB
PERDIDAS DEL SISTEMA
Perdidas de Trayectoria
(Lo):
123.95 dB
Atenuacion del sistema(
):
Perdidas por conectores:
0.5 dB
Perdidas por cable coaxial Perdidas totales
5 dB
0 dB 129.21 dB
CARACTERISTICAS DEL LINEAR (Tx/Rx)
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LINEAR(Tx-Rx) LINEA FACILE µPROCESSED RADIO NUMERO DE SERIE: JK-00341 (RX) NUMERO DE SERIE:JB-0042(Tx) FRECUENCIA DE SALIDA: 7.0 A 7.4 GHZ (Tx/Rx) POTENCIA Tx: 3200mW CONECTOR DE ENTRADA: N HEMBRA(Tx/Rx) SALIDA DEL CONECTOR: 1,0 a 1,5 GHz / N HEMBRA IMPEDANCIA CONECTORES: AUDIO=600 Ohms - VIDEO 75 Ohms
Fig. LINEAR
PROGRAMA DE ‘CALCULO DE RADIO ENLACES’ EN MATLAB
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fig. Programa Realizado Por Hugo C. Santos Ch.
CONCLUSIONES Para realizar un buen calculo de radio enlace se debe tomar en cuenta todos los equipos necesarios para su buen funcionamiento al igual que un presupuesto acorde a las necesidades, tomando en cuenta las ganancias y perdias ya sea del Transmisor y del Receptor. La representación de estos cálculos se lo realizo en MatLab que ya fue programado, para asi poder realizar los debidos cálculos con precisión y de esta forma ser mas eficiente al momento de realizar los cálculos que se requieren para un enlace de radio frecuencia. El uso de todas las formulas estimar la precisión para una se utilizo el google Earth Transmision y recepción al repetidora dándonos latitud elevaciones.
para los repectivos cálculos es una forma de buena Transmision y/o recepción, para lo cual como mapa geográfico de los puntos de igual que el punto donde se encuentra la y longitud y las distancia respectivas y las
Bibliografía •
Ing.Raul Pinto.Apuntes de Clase,Udabol,2011
•
http://earth.google.com/intl/es/license.html
•
It46.s6/courses2/wireless/calculator/en/
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•
www.LINEAR.com.br
•
Aprenda Matlab 7.0 , Javier García de Jalón, José Ignacio Rodríguez y Jesús Vidal, ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA INDUSTRIAL, Universidad Politécnica de Madrid,2005
Página 20