FASE 4- Jose Felipe Riaño
1. Desarrollar los siguientes puntos:
a) Describir
con sus propias palabras las principales aplicaciones de los sistemas de
comunicación por microondas.
En la actualidad el empleo de sistemas de
microondas es importantísimo y sus aplicaciones incluyen control de tráfico
aéreo, navegación marina, control de misiles, aviación, telecomunicaciones,
entre muchas otras.
Las aplicaciones de las microondas son
varias, sin embargo, su uso más frecuente se da dentro de las
telecomunicaciones a largas distancias como un sustituto de la fibra óptica o
el cable coaxial.
Radares, debido a que pueda captar
diversas características como rango de velocidad de objetos que están a
distancias grandes. Este uso en particular puede presentarse también en control
de tráfico aéreo, navegación marina, control de misiles y aviación.
b) Describa
con sus propias palabras en que consiste el plan de frecuencias y los tipos de
configuración (Polarización alternada, canal adyacente, uso de tecnología
co-canal), presente un ejemplo de cada tipo.
• POLARIZACION ALTERNADA
La corriente alterna de alta frecuencia
tiene 3 características importantes:
Es una señal sumada a la señal de audio que se deseaba grabar, y no un proceso de modulación, como se interpreta a veces erróneamente.
La amplitud de la frecuencia de
polarización depende de la curva de histéresis propia de la cinta, y debe
ajustarse para alcanzar de centro a centro las zonas lineales de la misma. Si
la amplitud no es la adecuada, se pueden presentar los siguientes casos:
Si la amplitud de la onda de polarización
es demasiado grande, se reduce mucho la respuesta de frecuencia.
Si la amplitud de la onda de polarización
es pequeña, se produce distorsión de las bajas frecuencias.
La frecuencia de la corriente de
polarización no es crítica, pero con el fin de minimizar la interacción de los
armónicos de la señal se elige como frecuencia de polarización una que sea, por
lo menos, 3,5 veces mayor que la frecuencia más alta de audio que deba
grabarse.
• CANAL ADYACENTE
La interferencia de canal adyacente es la
interferencia en una canal adyacente producida por el funcionamiento de un
transmisor, cuando las bandas laterales del transmisor de canal adyacente baten
con la señal portadora a la estación deseada; este fenómeno también se conoce
como interferencia de banda lateral. Es la interferencia entre la portadora
deseada y la banda lateral más próxima (modulación) de una transmisión
indeseada en la recepción.
Parte de la potencia de una portadora es capturada por un transpondedor o una estación terrena sintonizados a la frecuencia de una portadora adyacente. La causa de esta interferencia radica en un mal filtrado entre canales. En la siguiente figura se muestra un esquema simplificado de lo que ocurre en este tipo de interferencia:
TECNOLOGÍA CO-CANAL
La interferencia de un canal
adyacente (ACI) se produce cuando la contribución de densidad espectral de
potencia del enlace descendente de un haz que emplea una determinada banda de
frecuencias se superpone al espectro del enlace descendente que mantiene otro
haz que opera en una banda de frecuencias adyacente
Las interferencias de canal adyacente
son las interferencias procedentes de señales que son adyacentes en frecuencia
a la señal deseada. Estas interferencias están producidas por la imperfección
de los filtros en los receptores que permiten a las frecuencias cercanas
colarse dentro de la banda pasante.
c) Describa con sus propias palabras las normas de seguridad o medidas pertinentes que se deben tener en cuenta para mitigar los riesgos asociados a la puesta en marcha del sistema de comunicación por microondas referentes a peligros: de trabajo en alturas, eléctricos, de radio frecuencia, de descarga electrostática y todos los que considere.
2. Desarrollar los siguientes puntos:
a. Describa con
sus palabras el tipo de condiciones del entorno que
afecta los radioenlaces: curvatura de la tierra, zonas de Fresnel, pérdidas de
espacio libre, pérdidas por absorción, pérdidas en conectores y todos aquellos
que considere pertinentes; incluya su descripción matemática.
Curvatura de la tierra
Un haz radioeléctrico que atraviesa
la porción inferior (no ionizada) de la atmósfera, experimenta curvaturas
debidas al gradiente del índice de refracción. Como el índice de refracción
varía principalmente con la altitud, por lo general sólo se considera su
gradiente vertical. Por ello, la curvatura en un punto está contenida en el
plano vertical.
Esta curvatura del rayo se considera
positiva cuando se dirige hacia la superficie de la Tierra. Este fenómeno es
prácticamente independiente de la frecuencia cuando el gradiente no varía
significativamente a lo largo de una distancia igual a la longitud de onda.
Zonas Fresnel
Son unos elipsoides concéntricos que
rodean el rayo directo de un enlace radioeléctrico y que quedan definidos a
partir de las posiciones de las antenas transmisora y receptora. Tienen la
propiedad de que una onda que, partiendo de la antena transmisora, se reflejara
sobre la superficie del elipsoide y después incidiera sobre la antena
receptora, habría recorrido una distancia superior a la recorrida por el rayo
directo en múltiplos de media longitud de onda. Es decir, la onda reflejada se
recibiría con un retardo respecto al rayo directo equivalente a un desfase
múltiplo de 180°. Precisamente este valor del múltiplo determina el n-ésimo
elipsoide de Fresnel.
Perdidas de espacio libre
Es la perdida de potencia en el espacio
libre porque esparce sobre una determinada región en el espacio a medida que se
aleja de la antena transmisora, esta se calcula sobre la base de un radiador
isotrópico o antena imaginaria omnidireccional que irradia la potencia en forma
de esfera completamente uniforme en todas las direcciones.
Perdidas
en absorción
a tierra no es el espacio, tenemos la suerte de que
existe una atmósfera que no está vacía. Multitud de materiales, que se
descomponen en moléculas y a su vez en átomos, campan a sus anchas. Cuando una
onda electromagnética irrumpe en el aire, atraviesa toda esta capa de elementos
produciéndose una pérdida de energía por transferencia,
que denominamos absorción.
Una vez absorbida, la energía se pierde para siempre y causa una atenuación en las intensidades de voltaje y campo magnético, así como una reducción en la densidad de potencia. La absorción se mide en decibelios (dB) por kilómetro y sobre todo se produce por la presencia de oxígeno y vapor de agua, pues los momentos magnéticos de estas moléculas tienen especial incidencia en la radiofrecuencia
pérdidas en conectores
Estime por lo menos 0,25 dB de pérdida
para cada conector en su cableado. Estos valores son para conectores bien
hechos mientras que los conectores mal soldados DIY (Do It Yourself) pueden
implicar pérdidas mayores. Vea la hoja de datos para las pérdidas en su rango
de frecuencia y el tipo de conector que usará. Si se usan cables largos, la
suma de las pérdidas en los conectores está incluida en una parte de la
ecuación de “Pérdidas en los cables”. Pero para estar seguro, siempre considere
un promedio de pérdidas de 0,3 a 0,5 dB por conector como regla general.
Además, Ios protectores contra descargas eléctricas que se usan entre las
antenas y el radio debe ser presupuestado hasta con 1 dB de pérdida,
dependiendo del tipo. Revise los valores suministrados por el fabricante (los
de buena calidad sólo introducen 0,2 dB).
Pérdida en el cable
Las pérdidas en la señal de radio se
pueden producir en los cables que conectan el transmisor y el receptor a las
antenas. Las pérdidas dependen del tipo de cable y la frecuencia de operación y
normalmente se miden en dB/m o dB/pies. Independientemente de lo bueno que sea
el cable, siempre tendrá pérdidas. Por eso, recuerde que el cable de la antena
debe ser lo más corto posible. La pérdida típica en los cables está entre 0,1
dB/m y 1 dB/m. En general, mientras más grueso y más rígido sea el cable menor
atenuación presentará. Para darle una idea de cuán grande puede ser la pérdida
en un cable, considere que está usando un cable RG58 que tiene una pérdida de 1
dB/m, para conectar un transmisor con una antena. Usando 3 m de cable RG58 es
suficiente para perder el 50% de la potencia (3 dB).
b. Describa los criterios de
calidad que se deben tener en cuenta en la planeación de un radioenlace: Margen
de desvanecimiento, umbral de receptor y sensibilidad; incluya
su descripción matemática.
Indisponibilidad:
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.
Las causas de estas interrupciones pueden
ser muy diversas, aunque podemos destacar las siguientes: ruido externo e
interferencias, atenuación por lluvia, obstrucción del haz, desvanecimientos de
la señal radioeléctrica o fallos y averías de los equipos.
BER:
(Bit Error Rate Tutorial) Tasa de errores de bits, se utiliza para cuantificar
un canal que transporta datos contando la tasa de errores en una cadena de
datos. Se utiliza en las telecomunicaciones, las redes y los sistemas de radio.
Desvanecimiento
O margen de desvanecimiento, se define
como una pérdida adicional, que se debe tener en cuenta en las ya consideradas
pérdidas de transmisión. En el margen de desvanecimiento se consideran las
perdidas intermitentes de la intensidad de señal provocada por perturbaciones
meteorológicas como la lluvia, la nieve, trayectos múltiples de transmisión y
por la superficie irregular de la tierra que afecta la propagación de las ondas
electromagnéticas.
Margen de Desvanecimiento
Si definimos la señal puesta sobre los
bordes de receptor y la sensibilidad del mismo. Entonces podemos definir el
margen de desvanecimiento como la diferencia entre ambos valores. Todo esto se
cumple en caso ideal, donde no hay obstrucciones, donde la atmosfera se
mantiene en los valores ideales previstos, donde no hay lluvia o granizo,
polvo, arena donde no hay tormentas eléctricas ni otros factores climáticos que
perturben al enlace. Pero realmente esto no se da y además existen otro tipo de
estaciones que nos producen interferencia, tanto en nuestro canal, como en los
canales adyacentes y que tienden a enmascarar nuestra señal.
Es por esto que una señal nunca llega
igual a como la enviamos por todos estos factores que nombramos, de todo esto
es necesario establecer un Margen de Desvanecimiento que permita hacer frente a
estos factores.
Matemáticamente se define como:
𝐹𝑚 = 30
log 𝐷 + 10 log(6𝐴𝐵𝑓)
− 10 log(1 − 𝑅) − 70
Donde:
Fm= margen de
desvanecimiento D = distancia en Km f = Frecuencia en GHz
R = Confiabilidad expresada como decimal
(99.99%)
1-R = objetivo de confiabilidad para una
trayectoria de 400Km en un solo sentido
A
= factor de rugosidad
=
4 sobre agua o terreno muy parejo
=
1 sobre terreno normal
=
0.25 sobre terreno montañoso muy disparejo
B
= factor para convertir una probabilidad
del peor mes a una probabilidad anual
=
1 para convertir una disponibilidad anual a una base para el peor mes
=
0.5 para áreas calientes y húmedas
=
0.25 para áreas normales tierra adentro
=
0.125 área montañosa muy secas
Umbral del receptor
Un parámetro muy importante cuando se
evalúa el rendimiento de un sistema de comunicaciones de microondas es la
portadora a ruido.
La potencia de la portadora de banda ancha
mínima en la entrada de un receptor que proporcionara una salida de banda base
que puede utilizarse se llama umbral de receptor o sensibilidad del receptor.
La potencia del ruido de entrada se
expresa matemáticamente como:
𝑁 = 𝐾𝑇𝐵
Donde
N= potencia de ruido (watts)
K= constante de Boltsmann( 1.38x 10-23
J/K)
T = temperatura de ruido equivalente del
receptor (Kelvin)
B = ancho de banda de ruido en Hertz
Expresado en dBm
𝐾𝑇𝐵 𝐾𝑇 0.001 0.001
a. De acuerdo con los
conceptos definidos en la actividad anterior, realice el cálculo de todos los
elementos necesarios en la planificación del radioenlace (presupuesto de
potencia) de la propuesta escogida por el grupo en la fase 1, defina si el
radioenlace es viable de acuerdo a los criterios de calidad definidos en 1b.
Antes de realizar estos enlaces es
necesario realizar un estudio de viabilidad sobre la zona, antes de ir al
terreno, se debe realizar una estimación del enlace mediante el software Radio
Mobile y Google Earth porque dichos programas trabajan con mapas topográficos,
con lo cual se puede lograr una aproximación para establecer la viabilidad del
enlace.
➢ Datos
Datas sheed NanoBeam Modelo NBE-M5-16
Frecuencia de trabajo: 5GHz
Ganancia 16 dBi
Potencia de TX: 26 dBm
• Margen de Desvanecimiento
𝐹𝐴 = 1
𝐵 = 0.125
𝐹𝑚 = 30𝑙𝑜𝑔𝑑
𝐹𝑚
𝐹𝑚 = 41.99
𝑑𝐵
|
Enlace |
Distancia en Km |
Frecuencia de Operación en GHz |
Confiabilidad (%) |
Factor de rigurosidad |
Factor de Clima |
Margen en (db) |
|
Barranca de Upia |
7.14 km |
5 |
99.99 |
0.25 |
0.5 |
41.99 db |
Calculamos la perdida en espacio libre
𝐿 = 32.4 + 20𝑙𝑜𝑔(5800𝑀𝐻𝑧) + 20𝑙𝑜𝑔(7.14𝑘𝑚)
𝐿 = 124.74 𝑑𝐵
Perdida por vegetación
𝑨𝒗𝒆𝒈
. 𝟑𝟗
𝟓 𝟐𝟎𝟎.𝟐𝟓 = 𝟏. 𝟓𝟒𝟓(𝒅𝑩)
• Presupuesto de potencia
En los radios enlaces el presupuesto de
potencia es muy importante ya que sin importar que se cuente con buenos equipos
o se consiga línea de vista. Un
presupuesto de potencia para un enlace punto a punto es el cálculo de ganancias
y pérdidas desde el radio transmisor a través de cables, conectores y espacio
libre hacia el receptor, cabe destacar que la estimulación del valor de
potencia en diferentes partes del radio enlace es completamente necesario para
tener un enlace correcto y de alta precisión, así como usar los mejores
dispositivos para realizar el mismo
𝑷𝒕𝑷𝒓 = 𝑷𝒕𝒙 – 𝑨𝒃𝒕𝒙 – 𝑨𝒍𝒕𝒙 + 𝑮𝒕𝒙 – 𝑳𝒔 + 𝑮𝒓𝒙 – 𝑨𝒍𝒓𝒙 − 𝑨𝑩𝒓𝒙
𝑷𝒓 = 𝟐𝟔 𝒅𝑩𝒎 – 𝟎 𝒅𝑩 – 𝟐 𝒅𝑩 + 𝟏𝟔 𝒅𝑩𝒊 – 𝟏𝟐𝟒. 𝟕𝟒 𝒅𝑩 + 𝟏𝟔 𝒅𝑩𝒊 – 𝟎 𝒅𝑩 – 𝟐 𝒅𝑩
𝑷𝒓 = – 𝟕𝟎. 𝟕𝟒 𝒅𝑩𝒎
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