208019 13 Luis Sanchez Radio Enlace Individual

Fase 3  – Calculo del Radio Enlace

Grupo: 208019_13

Luis Alberto Alberto Sánchez Correa- C.C. 16.786.134 16.786.134

Presentado a: Paola Andrea Buitrago

Universidad Nacional Abierta y a Distancia  – UNAD Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Antenas y Propagación - 208019_13 Noviembre - 2018

Introducción

El siguiente documento tiene el desarrollo de la actividad Fase Calculo del radio Enlace, identifica los principios de radiofrecuencia, las características de las bandas de frecuencias, los entes reguladores del espectro radioeléctrico, y los tipos de antenas según su aplicación y se presenta como requisito para el curso Antenas y Propagación, grupo 208019_13.

La importancia que tiene la realización de este trabajo, radica en tarea individuales, mediante esta fase del curso, se apropiarán los conceptos generales de antenas y propagación durante el desarrollo de esta estrategia, se plantean algunas situaciones donde se utilizan las bandas de frecuencias libres, para brindar cobertura en zonas donde aún no hay conectividad. A continuación.

Las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) han dejado de ser una curiosidad tecnológica exclusiva de algunos pocos para convertirse en una herramienta esencial para el desarrollo de los países. Como lo confirman varios estudios, el desarrollo de la industria TIC y la masificación del uso de Internet conllevan importantes beneficios sociales y económicos. Este impacto es especialmente importante en los países en vías de desarrollo. La digitalización es un factor determinante para el progreso económico y social, y desempeña un papel clave en la reducción de la brecha digital.

Se realizará un proyecto de conectividad (Internet) mediante un radioenlace punto a punto para llevar internet a zonas del territorio nacional que aún no posean este servicio., contenidos previos, aplicaciones de las ondas electromagnéticas e integración a nuestra vida moderna por medio de responder preguntas de problemas de aplicación de la vida cotidiana, donde se debe hacer uso de programas de simulación recomendados tal como Google Earth y Radio Mobile. Mobile.

OBJETIVOS

Principal 

Desarrollar el contenido del trabajo fase Cálculo del radio enlace.

Secundarios



Dar respuestas de modo individual a las preguntas planteadas en este ejercicio.



Elaborar el informe

requerido y presentarlo presentarl o en el espacio debido. Establecer lazos de

comunicación con los integrantes del grupo colaborativo. 

Dar respuestas de modo individual a las preguntas planteadas en este ejercicio, que incluye Parámetros de antenas, Parámetros de radiación de antenas, Diagramas de patrón de radiación.

 

Reconocer los principios de radiofrecuencia, las características de las bandas de frecuencias y los entes reguladores, y los tipos de antenas según su aplicación.

Actividades a desarrollar Trabajo Individual 1. Defina que es un radioenlace. Consulte los diferentes tipos de radioenlace: Punto a punto, punto a multipunto y multipunto a multipunto.

R/ Se denomina radio enlace a cualquier interconexión entre los terminales de telecomunicaciones efectuados por ondas electromagnéticas. Además 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. Típicamente estos enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42 GHz. El radio enlaces, establecen un concepto de comunicación del tipo dúplex, de donde se deben transmitir dos portadoras moduladas: una para la Transmisión y otra para la recepción. Al par de frecuencias asignadas para la transmisión y recepción de las señales, se lo denomina radio canal. 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. Enlaces Punto a Punto. 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. Los dispositivos AP Y CPE que ofrecemos soportan el modo de punto de acceso y de modo de estación o transmisión, por lo tanto una conexión punto a punto puede ser creada a partir de AP y CPE o del 2 CPE o del 2 de AP, de acuerdo al diseño de red. La configuración más simple de una conexión punto a punto, es utilizando dos CPE debido a que cuentan con antenas direccionales integradas, nuestra

tecnología integra todos estos elementos y más para poder dar soluciones viables, de larga duración y rentabilidad. ENLACES PUNTO A MULTIPUNTO (PMTP) Nuestras soluciones permiten ofrecer tecnologías de conectividad punto multipunto inalámbrico que garantizan alta disponibilidad, estas pueden trabajar bajo estándares 802.11a / g y IEEE 802.11n que proporcionan un rendimiento varias veces mayor a (802.11a / g). El objetivo primario de los multipuntos es la transmisión de datos, pero también puede transmitir VoIP. Los dispositivos El AP/CPE que manejamos puede operar con tecnología MIMO 2X2 (2 transmisiones y 2 recepciones). Muchos de nuestros dispositivos están equipados con antenas de polarización dual que incrementan la confiabilidad, con funciones de radio MIMO que provee una mayor seguridad en la salida real de datos. Podemos implementar coberturas de redes PTP y PMTP en frecuencia de 2.4 Ghz y en frecuencia 5Ghz, con un amplio alcance. Enlaces Multipunto a Multipunto

Un repetidor técnicamente trabaja como una estación y un punto de acceso al mismo tiempo, se utiliza para extender la zona inalámbrica tomando la señal de una base de punto de acceso y transmitirla a las áreas no cubiertas. Este tipo de cobertura puede incrementarse sin una puerta de enlace adicional. El repetidor usualmente requiere una antena omnidireccional y puede ser móvil. Esta solución puede ser para interiores y exteriores. La red extendida puede tener la misma o diferente configuración de seguridad que la base AP.

2. Caracterice un radioenlace:

a. Defina la curvatura terrestre y consulte como se calcula. R/ 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, y se expresa por:

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. Normalmente este radio modificado se suele expresar como un factor k que multiplica al radio de la tierra: a’ = ka.

Para los valores de atmósfera estándar que recomienda la UIT-R, y considerando: a = 6370 km. Se llega a un valor de radio modificado de la tierra igual a: a’ = 8490 km, que equivale a un factor de modificación del radio de la Tierra igual a: k=4/3. El grado y dirección de la curvatura de la tierra se puede definir por un factor equivalente al de la curvatura de la tierra, este factor viene conocido con el nombre de "factor K"

K es el factor por el que se debe modificar el radio de la tierra para  “enderezar” la curvatura de la onda electromagnética. electromagnética.

Comúnmente los radioenlaces, incorrectamente sugieren que la efectividad de las comunicaciones está limitada por el horizonte óptico (K=1). Pero, la mayoría de los radioenlaces no están restringidos a la propagación en línea de vista. En realidad, frecuentemente se pueden lograr comunicaciones más allá del horizonte óptico.

También el Factor K puede ser directamente relacionado al radio de dos esferas. La primera esfera es la Tierra (Ro= 3670 Km) y la segunda esfera es la formada por la curvatura del rayo con su centro coincidiendo con el centro de la Tierra. Entonces, el factor K resulta como una relación de dos radios, el radio real de la Tierra Ro y el radio de la curvatura del haz Re. K es frecuentemente llamado factor del "radio efectivo o real de la Tierra" pero trabaja en conjunto con el "radio ficticio de la tierra".

El radio de la Tierra (r) es de 6371 km o 3959 millas, que da una circunferencia (c) de c = 2 * π * r = 40 030 km. Deseamos encontrar la altura (h) que es la caída de la curvatura en la distancia (d). Usando la circunferencia encontramos que 1 kilómetro tiene el ángulo 360° / 40 030 km = 0.009° . El ángulo (a) es entonces a = 0.009° * distancia (d). La fórmula derivada h = r * (1 - cos a) es precisa para cualquier distancia (d)

b. Defina la zona de Fresnel y consulte como se calcula.

R/ La Zona de Fresnel es la altura ideal (radio) en la cual se deben posicionar el NODO y CPE para poder realizar un enlace confiable dependiendo de la frecuencia y la distancia. La constante de Fresnel establece lo siguiente:

  = .∗  .∗   ==>  = .. ∗   

r = radio en metros * D = distancia total del enlace en kilómetros

* f = frecuencia del enlace en gigahertz (2.4, 5.8Ghz, etc) De esta manera, para un simple enlace de 3km, aplicando la fórmula, necesitaremos un radio de 9.68mts, por lo que el NODO y el CPE se deberían encontrar al menos a 10mts de altura. En el caso de que la altura del nodo sea significativamente mayor (40mts por ejemplo) necesitaremos menor altura en el CPE para poder realizar el radioenlace. Zona de Fresnel al volumen de espacio entre el emisor de una onda electromagnética, acústica, etc.- y un receptor, de modo que el desfase de las ondas en dicho volumen no supere los 180º. Así, la fase mínima se produce para el rayo que une en línea recta al emisor y el receptor.

c. Defina la BER y consulte como se calcula

R/ Tasa de error de bit. En la transmisión digital, el número de errores de bit es el número de bits recibidos de un flujo de datos a través de un canal de comunicación que se han alterado debido a errores de ruido, interferencia,

distorsión o sincronización de bits. La tasa de error de bits (BER) es el número de errores de bits por unidad de tiempo. En la transmisión de telecomunicaciones, la tasa de error de bits (BER) es el porcentaje de bits que tienen errores en relación con el número total de bits recibidos en una transmisión, generalmente expresados como diez a una potencia negativa. Por ejemplo, una transmisión podría tener una BER de 10 a menos 6, lo que significa que, de cada 1,000,000 de bits transmitidos, un bit tenía un error. La BER es una indicación de la frecuencia con la que se debe retransmitir un paquete u otra unidad de datos debido a un error. Una BER demasiado alta puede indicar que una velocidad de datos más lenta mejoraría realmente el tiempo de transmisión total para una cantidad dada de datos transmitidos, ya que la BER podría reducirse, reduciendo el número de paquetes que debían reenviarse. Un BERT (prueba de tasa de error de bits o probador) es un procedimiento o dispositivo que mide la BER para una transmisión determinada. La potencia recibida tiene una relación inversa con los transmisores. La calidad de la comunicación es una cuestión de cómo se decodifican los datos sin errores de bit en una potencia débil, y está determinada por la relación entre la potencia de señal C y la potencia de ruido N. En las especificaciones del equipo de radio, la sensibilidad del receptor se muestra como -110 dBm cuando BER = 0.1%, etc., lo que indica que la potencia recibida Pr debe ser al menos -110 dBm. Cuando la radio se encuentra en un entorno de línea de visión, es necesario ubicarla en una posición donde se pueda obtener una potencia recibida de -90 dBm, lo que permite un margen de aproximadamente 20 dB en relación con este valor.

Las relaciones señal a ruido y las cifras Eb / No son parámetros que están más asociados con los enlaces de radio y los sistemas de comunicaciones de radio. En términos de esto, la tasa de error de bits, BER, también se puede definir en términos de la probabilidad de error o POE. Para determinar esto, se utilizan otras tres variables. Son la función de error, erf, la energía en un bit, Eb y la densidad espectral de potencia de ruido (que es la potencia de ruido en un ancho de banda de 1 Hz), No. Cabe señalar que cada tipo diferente de modulación tiene su propio valor para la función de error. Esto se debe a que cada tipo de modulación funciona de manera diferente en presencia de ruido. En particular, los esquemas de modulación de orden superior (por ejemplo, 64QAM, etc.) que pueden transportar velocidades de datos más altas no son tan robustos en presencia de ruido. Los formatos de modulación de orden inferior (por ejemplo, BPSK, QPSK, etc.) ofrecen tasas de datos más bajas pero son más robustos. La energía por bit, Eb, puede determinarse dividiendo la potencia de la portadora por la velocidad de bits y es una medida de energía con las dimensiones de Joules. No es una potencia por Hertz y, por lo tanto, tiene las dimensiones de potencia (julios por segundo) divididas por segundos). Al

observar las dimensiones de la relación Eb / No, todas las dimensiones se cancelan para dar una relación sin dimensiones. Es importante tener en cuenta que el POE es proporcional a Eb / No y es una forma de relación señal / ruido. Factores que afectan la tasa de error de bit, BER

Se puede ver en el uso de Eb / No, que la tasa de error de bits, BER puede verse afectada por una serie de factores. Al manipular las variables que se pueden controlar, es posible optimizar un sistema para proporcionar los niveles de rendimiento que se requieren. Esto normalmente se lleva a cabo en las etapas de diseño de un sistema de transmisión de datos para que los parámetros de rendimiento se puedan ajustar en las etapas iniciales del concepto de diseño. Interferencia:  los

niveles de interferencia presentes en un sistema generalmente están establecidos por factores externos y no pueden ser modificados por el diseño del sistema. Sin embargo, es posible configurar el ancho de banda del sistema. Al reducir el ancho de banda, se puede reducir el nivel de interferencia. Sin embargo, reducir el ancho de banda limita el rendimiento de datos que se puede lograr. Aumente la potencia del transmisor: también es posible aumentar el nivel

de potencia del sistema para aumentar la potencia por bit. Esto debe compararse con factores como los niveles de interferencia a otros usuarios y el impacto de aumentar la potencia de salida en el tamaño del amplificador de potencia y el consumo de energía general y la duración de la batería, etc. Modulación de orden inferior: se pueden usar esquemas de modulación de orden inferior, pero esto es a expensas del rendimiento de los datos. Reducir el ancho de banda: otro enfoque que se puede adoptar para reducir la tasa de error de bits es reducir el ancho de banda. Se recibirán niveles más bajos de ruido y, por lo tanto, la relación señal a ruido mejorará. Nuevamente, esto resulta en una reducción del rendimiento de datos alcanzable. Es necesario equilibrar todos los factores disponibles para lograr una tasa de error de bits satisfactoria. Normalmente, no es posible cumplir todos los requisitos y se requieren algunas compensaciones. Sin embargo, incluso con una tasa de error de bits inferior a la idealmente requerida, se pueden hacer más concesiones en términos de los niveles de corrección de errores que se introducen en los datos que se transmiten. Aunque se deben enviar más datos redundantes con niveles más altos de corrección de errores, esto puede ayudar

a enmascarar los efectos de cualquier error de bit que ocurra, mejorando así la tasa general de errores de bit.

   =     

La tasa de error de bits BER es un parámetro que proporciona una excelente indicación del rendimiento de un enlace de datos, como un sistema de radio o fibra óptica. Como uno de los principales parámetros de interés en cualquier enlace de datos es el número de errores que ocurren, la tasa de errores de bits es un parámetro clave. El conocimiento de la BER también permite adaptar otras características del enlace, como la potencia y el ancho de banda, etc., para permitir obtener el rendimiento requerido.

d. Defina las pérdidas de propagación de un radioenlace y consulte como se calcula.

R/ 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. Pérdidas en el espacio libre. La mayor parte de la potencia de la señal de

radio se perderá en el aire. Aún en el vacío, una onda de radio pierde energía (de acuerdo con los principios de Huygens) que se irradia en direcciones diferentes a la que puede capturar la antena receptora. Nótese que esto no tiene nada que ver con el aire, la niebla, la lluvia o cualquier otra cosa que puede adicionar pérdidas. La Pérdida en el Espacio libre (FSL), mide la potencia que se pierde en el mismo sin ninguna clase de obstáculo. La señal de radio se debilita en al aire debido a la expansión dentro de una superficie esférica. La Pérdida en el Espacio libre es proporcional al cuadrado de la distancia y también proporcional al cuadrado de la frecuencia. Aplicando decibeles, resulta la siguiente ecuación:

  

d = distancia f = frecuencia K = constante que depende de las unidades usadas en d y f

Si d se mide en metros, f en Hz y el enlace usa antenas isotrópicas, la fórmula es:

Como regla general en una red inalámbrica a 2.4 GHz, 100 dB se pierden en el 1er kilómetro y la señal es reducida a 6 dB cada vez que la distancia se duplica. Esto implica que un enlace de 2 km tiene una pérdida de 106 dB y a 4km tiene una pérdida de 112 dB, etc.

Estos valores son teóricos y pueden muy bien diferir de las mediciones tomadas, El término “espacio libre” no es siempre tan “libre”, y las pérdidas

pueden ser muchas veces más grandes debido a las influencias del terreno y las condiciones climáticas. En particular, las reflexiones en cuerpos de agua o en objetos conductores pueden introducir pérdidas significativas. Ver unidad  “Física Básica de Radio”  para  para mayor información.

e. Defina que es el presupuesto de potencia de un radioenlace y consulte como se calcula.

R/ Un presupuesto de potencia para un enlace punto a punto es el cálculo de ganancias y pérdidas desde el radio transmisor (fuente de la señal de radio), a través de cables, conectores y espacio libre hacia el receptor. La estimación del valor de potencia en diferentes partes del radioenlace es necesaria para hacer el mejor diseño y elegir el equipamiento adecuado. adecuado . Los elementos pueden ser divididos en 3 partes principales:  El lado de Transmisión con potencia efectiva de transmisión.  Pérdidas en la propagación.

El lado de Recepción con efectiva sensibilidad receptiva (effective receiving sensibility). Un presupuesto de radio enlace completo es simplemente la suma de todos los aportes (en decibeles) en el camino de las tres partes principales.  Potencia del transmisor [dBm] – Pérdida en el cable TX [dB] + ganancia de antena TX [dBi] –  Pérdidas en la trayectoria en el espacio abierto [dB] + ganancia de antena RX [dBi] –  Pérdidas en el cable del RX [dB] = Margen – Sensibilidad del receptor [dBm]. 

La potencia del transmisor y la del receptor no son iguales debe realizarse el cálculo del presupuesto tanto en el sentido transmisor-receptor como en el sentido inverso para asegurarnos que el enlace se puede establecer

efectivamente. Podría darse el caso, por ejemplo, de tener una radio base de mucha potencia para que llegue a varios clientes a distintas distancias y que uno de los clientes reciba la señal pero no tenga la potencia suficiente para comunicarse con la radio base con lo que el enlace no podrá establecerse. Potencia de Transmisión (Tx). La potencia de transmisión es la potencia de

salida del radio. El límite superior depende de las regulaciones vigentes en cada país, dependiendo de la frecuencia de operación y puede cambiar al variar el marco regulatorio. En general, los radios con mayor potencia de salida son más costosos. La potencia de transmisión del lradio, normalmente se encuentra en las especificaciones técnicas del vendedor. Tenga en cuenta que las especificaciones técnicas le darán valores ideales, los valores reales pueden variar con factores como la temperatura y la tensión de alimentación. La potencia de transmisión típica en los equipos IEEE 802.11 varía entre 15 – 26 dBm (30 – 400 mW). mW). Por ejemplo, en la Tabla 1, vemos la hoja de datos de una tarjeta IEEE 802,11a/b:

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 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). Las pérdidas en los cables dependen mucho de la frecuencia. Por eso al calcular la pérdida en el cable, asegúrese de usar los valores correctos para el rango de frecuencia usada. Controle la hoja de datos del distribuidor y si fuera posible, verifique las pérdidas tomando sus propias mediciones. Como regla general, puede tener el doble de pérdida en el cable [dB] para 5,4 GHz comparado con 2,4 GHz. Pérdidas en los 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. usa rá. 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, los 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). Opcionalmente, se pueden usar amplificadores para compensar la pérdida en los cables o cuando no haya otra manera de cumplir con el presupuesto de potencia. En general, el uso de amplificadores debe ser la última opción. Una escogencia inteligente de las antenas y una alta sensibilidad del receptor son mejores que la fuerza bruta de amplificación. Los amplificadores de alta calidad son costosos y uno económico empeora el espectro de frecuencia (ensanchamiento), lo que puede afectar los canales adyacentes. Todos los amplificadores añaden ruido extra a la señal, y los niveles de potencia resultantes pueden contravenir las normas legales de la región. Técnicamente hablando, prácticamente no hay límites en la cantidad de potencia que puede agregar a través de un amplificador, pero nuevamente, tenga en cuenta que los amplificadores siempre elevan el ruido también. En la figura siguiente se puede observar el efecto del amplificador en la señal recibida. Obsérvese que se aumenta tanto el nivel de la señal como el del

Amplificadores.

ruido. Además, se puede notar que la señal amplificada presenta mayores fluctuaciones de amplitud que la original, esto significa que la relación Señal/Ruido se ha deteriorado a consecuencia de la amplificación.

La ganancia de una antena típica varía entre 2 dBi (antena integrada simple) y 8 dBi (omnidireccional estándar) hasta 21 – 30 dBi (parabólica). Tenga en cuenta que hay muchos factores que disminuyen la ganancia real de una antena. Las pérdidas pueden ocurrir por muchas razones, principalmente relacionadas con una incorrecta instalación (pérdidas en la inclinación, en la polarización, objetos metálicos adyacentes). Esto significa que sólo puede esperar una ganancia completa de antena, si está instalada en forma óptima. Ganancia de antena.

f. Defina indisponibilidad de un radioenlace y consulte como se calcula

R/ 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. 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. Si dejamos aparte las interrupciones causadas por un aumento transitorio de los niveles de ruido o interferencia, el principal motivo de indisponibilidad de un radioenlace se debe a una disminución del nivel de potencia recibida por debajo del umbral de sensibilidad del equipo receptor. Los aumentos de atenuación causados por la lluvia o la obstrucción del haz ya fueron tratados en artículos anteriores, por lo que ahora nos centraremos en los desvanecimientos.

Los desvanecimientos pueden clasificarse en base a diferentes criterios que se listan a continuación:  Profundidad: éstos pueden ser profundos (3 dB aprox.) o muy profundos (> 20 dB).  Duración: se tienen desvanecimientos de corta o larga duración temporal.  Espectro: pueden afectar a todas las componentes del espectro del canal (desvanecimiento plano) o bien ser selectivos en frecuencia. Estos últimos provocan distorsión de la señal.  Mecanismo: existen fundamentalmente de dos tipos, factor k y multitrayecto. Los primeros se producen por variaciones del índice de refracción troposférico, reduciéndose el margen libre de obstáculos. Los segundos se originan por interferencias debidas a la aparición de múltiples caminos de propagación entre el transmisor y el receptor.  Distribución probabilística: puede ser de tipo gaussiano, Rayleigh o Rice.  Dependencia temporal: actúan de forma continuada o puntual. En la práctica se utilizan diferentes modelos para caracterizar la probabilidad de aparición de un desvanecimiento, los cuales dependen de diversas variables del sistema, así como factores geoclimáticos. Los más habituales son los debidos a propagación multitrayecto, para los que se emplea la siguiente ecuación: Pind(%) = P0 · 10−F/10 × 100,

Donde Pind es la probabilidad de indisponibilidad, F es el margen frente a desvanecimientos y P0 se define como el factor de aparición de desvanecimiento, definido en la Recomendación UIT-R P.530. Para evitar los

desvanecimientos, o al menos reducir su probabilidad, suelen emplearse técnicas de diversidad. Estas técnicas pueden clasificarse atendiendo al dominio en el que se apliquen: espacio, tiempo, frecuencia o código. Las técnicas de diversidad espacial hacen uso de dos o más antenas que determinan distintos trayectos de propagación. Dichas antenas pueden ser iguales o de características diferentes (polarización, diagrama de radiación, etc.), así como emplear técnicas MIMO. Por otro lado, las técnicas de diversidad temporal hacen uso del procesado de señal para mejorar la calidad de la señal recibida, bien trabajando con distintas frecuencias (por ejemplo, OFDM y FHSS) o códigos (por ejemplo, ecualizador Rake). Por último, otra causa de indisponibilidad de un radioenlace es la debida a fallos en equipos. Ésta puede calcularse como Pind(%) = [ MTTR / (MTBF + MTTR) ] × 100 ≈ ( MTTR / MTBF ) × 100

Donde MTBF es el tiempo medio entre fallos y MTTR es el tiempo medio que se tarda en reparar o sustituir un equipo por el de reserva. Indisponibilidad de un radioenlace por fallos en equipos. La fiabilidad de los equipos de radiocomunicaciones suele ser elevada, pero dado que éstos se encuentran en ocasiones en lugares de difícil acceso (colinas o torres de comunicaciones), cualquier fallo tiene repercusiones importantes en la calidad del servicio, ya que pueden pasar varias horas hasta su sustitución o reparación. Por ello, y dependiendo del tipo de servicio, resulta necesario instalar equipos redundantes en configuraciones 1+1 o N+1 en general. De este modo, se reduce considerablemente el tiempo de indisponibilidad del radioenlace.

g. Defina viabilidad de un radio enlace y consulte como se calcula.

R/ 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 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:

R/ se procedió a ajustar la red de forma tal que cumpliera con los requerimientos del diseño y que el enlace quedara operativo, teniendo en cuenta que: • Aumentar la ganancia de las antenas es la forma mas efectiva para mejorar el alcance. • Aumentar la potencia de transmisión puede llevarnos a violar las normas vigentes en el país. • Disminuir las perdidas en los cables de antena sigue siendo importante. Mejorar la sensibilidad del receptor significa escoger un modelo que tenga mejores prestaciones o conformarse con trabajar a bandas frecuenciales inferiores. •

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

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. R/

Centro de la UNAD

Punto geográfico Unidad

Latitud

Antena altura

Unidad

A

76°21'5.17"W

3°20'4.26"N 3°20'4.26"N

955.3 m

7m

Unidad

B

76°26'58.4298"W 76°26'58.4298"W

3°41'13.5342"N 3°41'13.5342"N

1135 m

7m

Unidad

C

76°18'35.88"W 76°18'35.88"W

3°53'24.86"N

949 m

7m

(CALI) CALI

Longitud

Altura geográfica

(Repetidora) (BUGA)

GRAFICO GENERAL DE LAS TRES ANTENAS

En el siguiente imagen se observa la Localizacion física de las tres antenas de acuerdo a esta propuesta elaborada en Google Earth.

LINEA DE VISTA CALI – REPETIDORA

En esta grafica se observa la línea de vista entre Cali y la antena repetidora ubicada en un cerro.

LINEA DE VISTA REPETIDORA – BUGA

En esta siguiente grafica se observa la línea de vista entre la antena repetidora y buga.

https://www.fcc.gov/media/radio/dms-decimal

Usando el software airlink el cual nos permite revisar dos cosas fundamentales el perfil de elevación y escoger la antena que reúne los requerimientos basados en distancias de última tecnología.

Aquí se observa las líneas Fresnel y la ganancia en decibeles de acuerdo a la distancia en el primer tramo Cali a la estación Repetidora y estimados del presupuesto de transmisión y el sistema recomienda para este primer tramo adquirir la antena Airfiber5x con ganancia potencia de 20 dbm y Ganancia de antena de 23 dbi y ancho de banda de 50 Mhz.

En el segundo segundo tramo de la repetidora a Buga con el software software Airlink permite observar Fresnel y la línea de vista y la transmisión y el envió, el software recomienda el uso de la antena Airfibe 5x con Potencia de salida de 20 dbm y ganancia de antena de 23 dbi.

R/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. R/

6. 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  Ganancia de antena, pérdidas en el cable, sensibilidad del receptor 

7. Con los datos obtenidos complete las siguientes tablas: 8. Datos del radioenlace

Longitud

Ubicación Unidad A (Cali) Ubicación Unidad B (Repetidora) Ubicación Unidad C (Buga)

-76.51134294 -76.44699097 -76.30022049

Latitud 3.44501046 3.65664909 3.89782309

Altura 963.70 942.20 978.70

9. Tabla 1: Datos del radioenlace 10. Datos del Radioenlace

Distancia (Km) Frecuencia central(MHz) Frecuencia minima Frecuencia maxima Presupuesto del enlace Elemento

+ Potencia del Transmisor [dBm] - Pérdidas Pérdidas en el Cable TX [dB] + Ganancia de Antena TX [dBi] - FSL [dB] + Ganancia de Antena RX [dBi] - Pérdidas en el Cable RX [dB] - Sensibilidad del receptor [dBm] = Margen

Tabla 2: Presupuesto del radioenlace

Unidad A – Unidad B

Unidad B – Unidad C

24.593 5575

31.375 5575

5550 5600

5550 5600

Valor

Valor

3.00 23.0 80.1

20 3.00 23.00 81.3

23

23

3

3

-113.02

-113.02

-47

-48

20

11. Nota: debe indicar todas las fórmulas y ecuaciones empleadas en todos los cálculos realizados. R/ La fórmula para calcular la pérdida del espacio libre es:

 =20() +20( ) +  =     ñ    =    ñ Dónde:

 =                                          .  = 187, 18 7, 5          . ..  == 9292,3232,,,445 .  = 25.967   =20 = 5400( =32. 4 5 ) ( ) 24. 6 +20 5400 +92. 4  = . .  -

Operamos de acuerdo a los datos del radioenlace

=     ñ    ==      ñ                                           .  = 187, 18 7, 5         .  .  = 92, 92 , 4          . .  = 3232,,45  = 27.68    =20  = 5400(27.68) +20(5400 =32.) +92.4 5 4   .       = .   =  + +   +                          ++       =43+23134,91+23+3  =42.91 -

Operamos de acuerdo a los datos del radioenlace

-

Hallamos

 (Cali – Repetidora)





dBm = 10 log 10 [ ( Pout (W) ) / ( P in ( = 1 mW ) )



Pout (W) = 1000 x 10

-

]

(dBm / 10)

  =       =  + +   +                          ++       =43+23138,94+23+3  =38.88 Hallamos

 (Repetidora - Buga)





dBm = 10 log 10 [ ( Pout (W) ) / ( P in ( = 1 mW ) )



Pout (W) = 1000 x 10

(dBm / 10)

]

  =   

http://www.physics.ohio-state.edu/~ssmith/dbm2power.php?input=38.88+dBm&conv=d2p

Calculo del radio de la zona de Fresnel

La ecuación que determina los radios de las zonas de Fresnel a cualquier distancia de la trayectoria es:

1()=8.655∗  

Dónde: D: distancia del sitio 1 a sitio 2  Cali - Repetidora. f: frecuencia expresada en GHz.

=25.967   = 5.2  ()=8.655∗√  55∗ √ ... () ) = ,  

Se reemplazan valores:

60% r = 11.6 m

D: distancia

del sitio 1 a sitio 2  Repetidora - Buga. f: frecuencia expresada en GHz.

=27. 6    = 5.2  ()=8.655∗  27.25.7.268 () ) = ,,   

Se reemplazan valores:

60% r = 11.98 m

Altura de las antenas Calculo para la altura de la antena Tx

ℎ =      +    ((0,0,6 ∗ 1)1) +       ℎ =0+( =0+ (11.6 )) + 6  = .   ℎ =      +    ((0,0,6 ∗ 1)1) +       ℎ =0+( =0+ (11.98) 8) + 6  = ,            =   = 43, 01 0 1        +  =23 = 5           =  = 70 7 0      +  =23 = 5  

Calculo para la altura de la antena Rx



Elementos de Transmisión Tx   

Elementos de Recepción Rx   

Calculo del Margen de Potencia de Recepción

 =  +  +   =        =       =           = =                     1=          =                        =2   =43,01  5 + 23 134,91 + 23  5 (70)

Cali - Repetidora Dónde:   

 =,

 =  +  +   =        =       =           = =                     1=          =                        =2   =14.10  5 + 23 138,94 + 23  5 (70)

Repetidora - Buga Dónde:   

 =,

Las siguientes graficas presentan los resultados Radio Mobile software asi:

Cali-Repetidora

Cali-Unad (1) Latitud Longitud Elevación del terreno Altura de la antena Azimuth Inclinación

3.456143 ° -76.484239 ° 963.7 m 7.0 m 8.52 TN | 13.74 MG ° 0.75 °

(2) Repetidora Latitud

3.687093 °

Longitud

-76.449564 °

Elevación del terreno

1357.9 m

Altura de la antena Azimuth

7.0 m 188.52 TN | 193.81 MG °

Inclinación

Sistema de radio Potencia TX Pérdida en cable TX

-0.99 °

Propagation 43.01 dBm

Pérdida en espacio libre

80.69 dB

3.00 dB

Pérdida por obstrucción

10.09 dB

Ganancia de antena TX

23.00 dBi

Pérdida por bosque

1.00 dB

Ganancia de antena RX

23.00 dBi

Pérdida por urbanización

0.00 dB

Pérdida estadística

4.81 dB

Pérdida en cable RX Sensibilidad RX

3.00 dB -113.02 dBm

Pérdida total

96.59 dB

Performance Distance

25.967 km

Precisión

13.0 m

Frecuencia Potencia de Radiación Isotrópica Equivalente

10.000 MHz 2000.000 W

Ganancia del sistema

196.03 dB

Fiabilidad requerida

70.000 %

Señal recibida

-13.58 dBm

Señal recibida Márgen de escucha

46873.19 μV 99.44 dB

Repetidora-Buga** Repetidora (1) Latitud Longitud Elevación del terreno

(2) Buga-UNAD 3.687093 ° -76.449564 °

Latitud Longitud

1357.9 m Elevación del terreno

3.888761 ° -76.303306 ° 978.7 m

Altura de la antena Azimuth

7.0 m Altura de la antena 35.89 TN | 41.17 MG °

Inclinación

-0.91 °

Azimuth Inclinación

Sistema de radio Potencia TX Pérdida en cable TX

7.0 m 215.90 TN | 221.31 MG ° 0.66 °

Propagation 43.01 dBm

Pérdida en espacio libre

81.24 dB

3.00 dB

Pérdida por obstrucción

9.58 dB

Ganancia de antena TX

23.00 dBi

Pérdida por bosque

1.00 dB

Ganancia de antena RX

23.00 dBi

Pérdida por urbanización

0.00 dB

Pérdida estadística

5.19 dB

Pérdida en cable RX Sensibilidad RX

3.00 dB -113.02 dBm

Pérdida total

97.02 dB

Performance Distance

27.680 km

Precisión

13.8 m

Frecuencia Potencia de Radiación Isotrópica Equivalente

10.000 MHz 2000.000 W

Ganancia del sistema

196.03 dB

Fiabilidad requerida

70.000 %

Señal recibida

-14.01 dBm

Señal recibida Márgen de escucha

44613.95 μV 99.01 dB

Resultados del estudio online de Radio Mobile

Descripción Frecuencia  Nombre de la estación base Latitud Longitud Latitud Longitud QRA UTM (WGS84) Elevación Altura de la antena base Ganancia de la antena base

Cali-Repetidora 5.4 MHz Cali-Unad 3.45614300 ° -76.48423900 ° 03° 27' 22.11"N 076° 29' 03.26"W FJ13SK 18N E335121 N0382141 963.7 m 7m 23.0 dBi

Tipo de antena base Azimuth de la antena base Inclinación de la antena base Altura de la antena móvil Ganancia de la antena móvil Potencia Tx de transmisión Pérdidas en el cable de transmisión Pérdidas en el cable de recepción Sensibilidad del receptor Fiabilidad requerida Margen requerido para una señal fuerte Zona de señal débil Zona de señal fuerte Área cubierta por la señal débil Área cubierta por la señal fuerte Población alcanzada por una señal débil Población alcanzada por una señal fuerte Tipo de terreno usado Método de dos rayos empleado ID del usuario ID del análisis de radio Generado en

ellipse 8.52 ° 0.75 ° 7.0 m 23.0 dBi 20.00000 W 3.0 dB 3.0 dB 46873.190 μV (-13.6 dBm)

70% 30.0 dB 55.3 dBμV/m 85.3 dBμV/m

1932 km2 1606 km2 2613030 pop 2119789 pop Si Si alsanorito RM1D94E4E6AF28_2 11/20/2018 11:26:28 PM

Resultados del estudio online de Radio Mobile

Descripción Frecuencia  Nombre de la estación base Latitud

Repetidora-Buga 5.4 MHz Repetidora 3.68709300 °

Longitud Latitud Longitud QRA UTM (WGS84) Elevación Altura de la antena base Ganancia de la antena base Tipo de antena base Azimuth de la antena base Inclinación de la antena base Altura de la antena móvil Ganancia de la antena móvil Potencia Tx de transmisión Pérdidas en el cable de transmisión Pérdidas en el cable de recepción Sensibilidad del receptor Fiabilidad requerida Margen requerido para una señal fuerte Zona de señal débil Zona de señal fuerte Área cubierta por la señal débil Área cubierta por la señal fuerte Población alcanzada por una señal débil Población alcanzada por una señal fuerte Tipo de terreno usado Método de dos rayos empleado ID del usuario ID del análisis de radio Generado en

-76.44956400 ° 03° 41' 13.53"N 076° 26' 58.43"W FJ13SQ 18N E339014 N0407671 1357.9 m 7m 20.0 dBi ellipse 35.89 ° -0.91 ° 7.0 m 23.0 dBi 20.00000 W 3.0 dB 3.0 dB 44613.950 μV (-14.0 dBm) 70% 30.0 dB 54.8 dBμV/m 84.8 dBμV/m

14828 km2 4846 km2 3590803 pop 1274078 pop Si Si alsanorito RM1D94E4E6AF28_3 11/20/2018 11:32:42 PM

Sustentación del radioenlace Para la simulación del enlace con el uso de Radio Mobile, se configuro el sistema los análisis teóricos, las especificaciones de la antena, las perdidas por cables y terminales y el tipo de clima, en este caso es clima ecuatorial.

ANALISIS CALI -REPETIDORA











Hay varios supuestos a realizar en el cálculo del radio enlace así, los resultados dependen de la calidad del equipo usado. La potencia recibida está determinada por tres factores que son la potencia del transmisor, la ganancia de la antena transmisora y la ganancia de la antena receptora. Si esa potencia, menos las perdidas por trayectoria es mayor que el nivel mínimo de señal recibida del receptor tendremos un enlace viable. La diferencia entre el nivel de la señal recibida y el nivel mínimo de señal recibida (sensibilidad del receptor) es el margen de enlace. El margen de enlace debe ser positivo y debemos tratar de maximizarlo al menos (10 db para un enlace viable)

En el gráfico de la zona Fresnel se observa que está totalmente viable de acuerdo a los puntos geográficos elegidos.

En las dos graficas anteriores se observa que el enlace cali a la estación Repetidora es viable tiene un margen positivo de 20.11 db lo cual indica que con los equipos y las locaciones es técnicamente viable realizar este enlace. https://link.ubnt.com/#l=ccdac2022d3e4d75a144a442aabe8ca2

ANALISIS REPETIDORA BUGA

En este segundo tramo entre la estación repetidora y buga se observa la zona Fresnel totalmente despejada sin obstáculos, lo cual es un buen indicador que no hay muchos obstáculos en esta transmisión.

Con los resultados obtenidos, se llega a la conclusión de considerar el sistema de radio-enlace como viable de ejecutar; ya que si se toma la simulación de Radio Mobile, el Nivel RX en dBm, se encuentra = 14 dBm y la teoría dice que cuanto mayor sean los niveles de RX, mejor será la calidad del enlace, por lo que el enlace si se puede efectuar. Por otra parte, se halló el margen de ganancia del receptor por medio de cálculos teóricos y prácticamente, con el uso del simulador Radio Mobile, en donde se evidencia una excelente ganancia del receptor; aunque los cálculos guardan un margen de error:  

V_T=Valor Teorico V_P=Valor Practico BER CALI - REPETIDORA

%   = −  ∗100 %   = ,,−.  ∗100 %  = ..  % %  = −  ∗100 %   = ,,−.  ∗100 %  = .  % 



BER BUGA - REPETIDORA 



Márgenes de acuerdo al Airfiber 5x

https://community.ubnt.com/t5/airFiber/AF5X-use https://community.ubnt.com/t5/a irFiber/AF5X-useful-info-power-sens ful-info-power-sensitivity-to-achieve-certainitivity-to-achieve-certainmodulation/td-p/1222992

Conclusiones

  











Al terminar hemos captado conceptos importantes de las antenas. Aplicaciones y comportamiento que utilizaremos en el desempeño profesional. Las telecomunicaciones telecomunicaciones marcan la globalización y la han mejorado en todo sentido, ya que gracias a las comunicaciones tecnológicas actuales, es posible saber qué está pasando del otro lado del mundo. Entender los elementos de un enlace y su aporte a todo el presupuesto, en términos de ganancias o pérdidas, es crucial para implementar una red que funcione confiable. Los temas importantes de esta unidad pueden ser resumidos como: Tener un buen presupuesto de enlace es requerimiento para el buen funcionamiento. Un presupuesto de enlace de red es la cuenta de todas las ganancias y pérdidas desde el radio transmisor hacia el receptor. Las pérdidas grandes del enlace se producen en propagación en espacio libre debido a la atenuación geométrica de la señal. Con este proyecto se ve la complejidad que tiene un radio enlace, plasmando los conocimientos que se tenían teóricamente a la práctica, como el efecto que tienen las ganancias de las antenas a la hora de una transmisión, como también la potencia, la altura de las torres para colocar las antenas, las pérdidas que hay a la hora de transmitir por un medio no guiado como es el aire, ya sea por refracción, difracción, perdidas perdidas por lluvias entre entre otras. Todos estos valores los proporciona proporciona el programa radio Mobile de forma directa.

BIBLIOGRAFIA

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