Radio Microondas

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD EXPERIMENTAL DE LAS FUERZAS ARMADAS (UNEFA)

Sistemas de Radio Microondas

Alumno: Rudyski Salaverria Jose Ostos Federico Lozada

Guacara, Febrero 2014

¿Qué es un radioenlace? Se conoce como radioenlace a cualquier interconexión entre terminales de telecomunicación efectuada por ondas electromagnéticas, específicamente por aquellas que entran en el rango de las señales de radio. Los radios 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. Una onda portadora es una forma de onda, generalmente sinusoidal, que es modulada por una señal que se quiere transmitir. Ésta onda portadora es de una frecuencia mucho más alta que la de la señal moduladora (la señal que contiene la información a transmitir). Al modular una señal se desplaza su contenido espectral en frecuencia, ocupando un cierto ancho de banda alrededor de la frecuencia de la onda portadora. Esto permite multiplexar en frecuencia varias señales simplemente utilizando diferentes ondas portadoras y conseguir así un uso más eficiente del espectro de frecuencias. En otras palabras, la modulación de onda codifica a la señal en una señal de radiofrecuencia, a la que se llama portadora. Un radioenlace terrestre o microondas terrestre provee conectividad entre dos sitios (estaciones terrenas) en línea de vista (Line-of-Sight, LOS) usando equipo de radio con frecuencias de portadora por encima de 1 GHz. La forma de onda emitida puede ser analógica (convencionalmente en FM) o digital.

CLASIFICACIÓN Según sean sus terminales se dividen en: Radioenlace de servicio fijo: 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. Radioenlace de servicio móvil: como el nombre lo indica, son aquellas en la que las terminales son móviles. Por la situación de las terminales pueden ser:

Todos en la tierra: radioenlaces terrenales Uno o más repetidores en satélite: radioenlace espacial o por satélite Según el tipo de señal que transmiten: Analógicas: fueron las primeras. Tenían finalidad de transmitir canales telefónicos y de televisión Digitales: permiten regeneración de la señal, mayor tolerancia al ruido e interferencias. CARACTERÍSTICAS 

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Las microondas son ondas electromagnéticas cuyas frecuencias se encuentran dentro del espectro de las súper altas frecuencias (entre los 109 hasta aproximadamente 3x1011 Hz con longitud de onda entre 30 cm a 1 mm). Protocolo IEEE802.11B, transmite a 2.4 GHz, alcanzando velocidades de 11 Mbps Otras redes utilizan el rango de 5,4 a 5,7 GHz para el protocolo IEEE 802.11a Necesitan estar en puntos topográficos altos para poder enlazarse Las principales frecuencias utilizadas en microondas se encuentran alrededor de los 12 GHz, 18 y 23 GHz, con alcance entre 1 y 25 km. El equipo de microondas que opera entre 2 y 6 GHz puede transmitir a distancias entre 30 y 50 kilómetros. Sistema de transmisión de punto a punto Vista espaciada entre antenas de 40-50 Km Mientras más alta la frecuencia de operación mayor es la cantidad de canales que pueden ser obtenidos por multiplexación. se realizan sólo si existe una vista de línea (LOS, Line Of Sight), es decir que tanto el emisor como el receptor puedan “verse”. Capacidades hasta de 140 Mbps (dependen de la frecuencia de operación). Estructuralmente los enlaces son sistemas en serie utiliza tecnología dúplex.

COMPONENTES DE UNA RED DE MICROONDAS

Básicamente un enlace de vía de microondas tiene 3 componentes: Transmisor: Responsable de modular una señal a la frecuencia utilizada para transmitir. Receptor: Encargado de capturar la señal transmitida y llevarla de nuevo a señal. Canal aéreo: Representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor

En la estructuración física de los radioenlaces se requiere tener: Estaciones terminales. Se requieren dos frecuencias por radiocanal: 1. Frecuencia de emisión 2. Frecuencia de recepción Nota: La distancia entre repetidores se llama Vano. Estaciones intermedias. Las estaciones intermedias pueden ser nodales o repetidoras: Estaciones nodales: Aquí se demodula la señal y se baja a baja a banda base. Se pueden extraer o se introducir canales (drop-in). Al tramo terminal estación nodal se lo denomina sección de conmutación y es una entidad de control, protección y supervisión. Repetidoras: Se encargan de retransmitir la señal tal y como es recibida. Se dividen en activos y pasivos. El diagrama de bloque de un repetidor se muestra en la siguiente figura:

La estación del repetidor recibe una señal, la amplifica, le da nueva forma y luego retransmite la señal al siguiente repetidor o estación terminal que continua hacia abajo en la línea.

Activos: En ellos se recibe la señal en la frecuencia de portadora y se la baja a una frecuencia intermedia (FI) para amplificarla y retransmitirla en la frecuencia de salida. No hay demodulación y son transceptores. Pasivos: Se comportan como espejos que reflejan la señal y se los puede subdividir en: Pasivos convencionales, que son una pantalla reflectora (de fibra de vidrio o aluminio) Pasivos back-back, que están constituidos por dos antenas espalda a espalda. Se los utiliza en ciertos casos para salvar obstáculos aislados y de corta distancia.

Rebotador pasivo back-back APLICACIONES         

Las telecomunicaciones de largas distancias Enlazar edificios diferentes

Telefonía básica (canales telefónicos) Datos Telégrafo/Telex/Facsímile Canales de Televisión. Video. Telefonía celular (entre troncales). Transmisión de televisión y voz.

Ventajas

Desventajas

Bajo costo

Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces

Instalación rápida y sencilla Conservación más económica y de actuación rápida Supera irregularidades de terreno La regulación sólo debe aplicarse al equipo Capacidad de aumentar separación entre repetidores incrementando altura de torres

Al aumentar la frecuencias de operación se incrementa su capacidad de transmisión Las estaciones funcionan de manera no atendida

Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer Al ser ondas, las condiciones atmosféricas, así como los fenómenos físicos pueden ocasionar interferencias, por lo que se utilizan sistemas y equipo auxiliar Por su estructura serial si una terminal falla se cae la red, por lo que es necesario sistemas de supervisión y control Las licencias de operación resultan un poco difíciles ya que las autoridades deben de asegurarse que los enlaces no causen interferencia con los ya existentes

Básicamente hay dos tipos de repetidores, de banda base y de IF. La siguiente figura muestra los dos tipos:

Con repetidor de IF la portadora recibida se convierte descendentemente a una frecuencia de IF, amplificada y con nueva forma, se convierte ascendentemente a una frecuencia de RF y se retransmite luego. La señal nunca se demodula por debajo de IF, por lo tanto la inteligencia de la banda base nunca se modifica por el repetidor. Con el repetidor de banda base, la portadora de RF se convierte descendentemente a una frecuencia de IF, se amplifica, se filtra y luego se desmodula aún más a una frecuencia de banda base. La señal de banda base, que típicamente son canales de voz multicanalizados por división de frecuencia se demodula aun mas hasta llegar incluso al nivel de canal, esto permite que la señal de banda base se vuelva a configurar para cumplir con las necesidades de ruteo de la red general de comunicaciones. Una vez que la señal de banda base se ha vuelto a configurar, modula en FM a una portadora de

IF que se convierte en forma ascendente a una portadora de RF y luego se retransmite. La figura c muestra otra configuración para el repetidor de banda base. El repetidor demodula la RF en banda base, la amplifica y le da nueva forma y luego modula la portadora de FM. Con esta técnica la banda base no se vuelve a configurar, esencialmente esta configuración logra lo mismo que un repetidor de IF.

Planes de frecuencia

En una estación terminal se requieran dos frecuencias por radiocanal.

Frecuencia de emisión Frecuencia de recepción

Es una estación repetidora que tiene como mínimo una antena por cada dirección, es absolutamente necesario que las frecuencias de emisión y recepción estén suficientemente separadas, debido a: La gran diferencia entre los niveles de las señales emitida y recibida, que puede ser de 60 a 90 dB.

La necesidad de evitar los acoples entre ambos sentidos de transmisión.

La directividad insuficiente de las antenas sobre todas las ondas métricas.

Por consiguiente en ondas métricas (30-300 Mhz) y decimétricas (300 Mhz - 3 Ghz), conviene utilizar cuatro frecuencias (plan de 4 frecuencias). En ondas centimétricas, la directividad es mayor y puede emplearse un plan de 2 frecuencias. Técnicas de diversidad: de espacio, de frecuencia y de polarización. La diversidad sugiere que hay más de una ruta de transmisión o método de transmisión disponible, entre un transmisor y un receptor. En un sistema de microondas se analiza la diversidad con el fin de aumentar la confiabilidad incrementando su disponibilidad Diversidad de frecuencia: Se emplean dos frecuencias RF moduladas con la misma inteligencia de IF, así en el receptor se escoge la señal que tenga la mejor calidad para utilizarla, Diversidad de espacio: Se requiere el uso de dos antenas transmisoras y receptoras, así se tiene más de una ruta para que la señal llegue a su destino, y de la misma manera se selecciona la señal de mejor calidad para utilizarla. Diversidad de polarización: Una sola portadora de RF se propaga con dos diferentes polarizaciones electromagnéticas (vertical u horizontal) y en el receptor se tienen presentes dos antenas, una polarizada verticalmente y otra horizontalmente para poder comparar la calidad de las dos señales recibidas Sistemas de protección. Para evitar la interrupción de servicio durante los periodos de desvanecimiento severos o fallas en los equipos, temporalmente esta a su disposición un equipo alterna, al que se le llama arreglo para la conmutación de protección. Esencialmente hay dos tipos: a) Respaldo en línea b) Diversidad

Con la protección de respaldo en línea, cada canal de radio que esta trabajando tiene un canal de respaldo dedicado o un canal extra Con la protección de diversidad, un solo canal de respaldo esta disponible hasta para 11 canales que están trabajando. Los sistemas de protección de respaldo en línea ofrecen 100% de protección para cada canal de radio que esta trabajando.

Un sistema de diversidad ofrece 100% de protección solamente al primer canal que esta trabajando y que falla. Si dos canales de radio fallan al mismo tiempo, ocurrirá una ininterrupción del servicio Confiabilidad El numero de estaciones repetidoras, entre los interruptores de protección, depende de los objetivos de confiabilidad del sistema. Típicamente, hay entre dos y seis repetidoras entre las estaciones de conmutación. Un estudio estadístico del tiempo fuera de servicio (por ejemplo, las interrupciones al servicio) causados por el desvanecimiento del radio, fallas en el equipo y mantenimiento, es importante para el diseño de un sistema de radio de microondas. Como resultado de tal estudio, se pueden tomar decisiones de ingeniería sobre que tipo de sistema de diversidad o arreglo para el intercambio de protección es mas apto para una aplicación en particular. Estaciones de microondas FM Básicamente, hay dos tipos de estaciones FM de microondas: terminales y repetidoras. Las estaciones terminales son puntos, dentro del sistema, donde las señales de banda base se originan o terminan. Las estaciones repetidoras son puntos, dentro del sistema, donde las señales de banda base se pueden volver a configurar o donde las portadoras de RF simplemente se “repiten” o se amplifican. Desvanecimiento El término desvanecimiento se refiere a que dicha señal es atenuada debido a la pérdida en el espacio, los obstáculos y resistencia que debe traspasar durante toda su trayectoria hasta su destino. También lo podemos definir como una variación temporal de la amplitud, fase y polarización de la señal recibida con relación a la señal nominal debido al trayecto de Propagación: multitrayecto, conductos, reflexión, difracción y dispersión. 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:

Donde: