Diseo de RadioenlacesEmprendedores en WiFi Merida, marzo 2007

Ermanno Pietrosemoli Escuela Latinoamericana de Redes ermanno@ula.ve

Agenda

Factores de diseo Prospeccin de sitio (Site Survey) Software para radioenlaces Ejemplos de radioenlaces

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Diseo de Radioenlaces

Eleccin de la frecuencia Perfiles de trayectoria Presupuesto de potencia Area de cobertura Prospeccin de sitios

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Perfil de la trayectoria

Lnea de Vista Factor K (Curvatura Terrestre).

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Perfil de la trayectoriaEn un mapa con curvas de nivel se traza una recta entre transmisor y receptor Se procede a leer en cada interseccin de la recta con las curvas de nivel la altura del punto y la distancia desde el transmisor Se traza entonces un diagrama de alturas versus distancia para diferentes condiciones de propagacin

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Perfil de la trayectoriaK = 4/3, 90% del tiempo, la constante dielctrica disminuye con la altura alcance 1/3 ms all del horizonte K = infinito, trayectoria rectilnea K = 2/3, curva hacia arriba, menor alcance, 0.6 de F1 en enlaces crticos

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Perfil de la trayectoriaFactor K

Horizonte Optico

Horizonte Radio con K= 4/3

Tierra

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Perfil de la trayectoria

Presencia de objetos en la trayectoria. Follaje Superficies planas y trayectoria sobre agua Zonas de Fresnel

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Primera Zona de Fresnel

Direct PathReflec ted pa th

=L

First Fres nel Z one/2

=L+

Food Mart

Despeje de obstculosDistancia en km 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 25 30 1ra Zona de Fresnel 0.7 *1ra Zona de Fresnel @ 2.4 GHz en metros Curvatura Terrestre

TOTALmetros

5.5 7.8 9.6 11.1 12.4 13.6 14.6 15.6 16.6 17.5 18.4 19.2 19.9 20.7 21.4 22.1 22.8 23.5 24.1 24.7 27.7 30.3

3.9 5.5 6.7 7.7 8.7 9.5 10.2 11.0 11.6 12.2 12.8 13.4 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.4 16.9 17.3 19.4 21.2

0.0 0.2 0.4 0.7 1.0 1.5 2.0 2.7 3.4 4.2 5.0 6.0 7.0 8.2 9.4 10.7 12.0 13.5 15.0 16.7 26.0 37.5

3.9 5.6 7.1 8.4 9.7 11.0 12.3 13.6 15.0 16.4 17.9 19.4 21.0 22.7 24.4 26.2 28.0 29.9 31.9 34.0 45.4 58.7

Zonas de Fresnel

Perfil de la trayectoriaCmo obtener perfiles: Mapas topogrficos GPS Recorrido de la trayectoria Programas para trazado de trayectorias y DEM

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Perfil de la trayectoriaUtilizar un altmetro para determinar el diagrama de perfil cuando no se disponga de mapas con la elevacin. El altmetro se puede calibrar llamando a la torre de control del aeropuerto ms cercano. La calibracin debe hacerse frecuentemente porque la presin baromtrica vara en el tiempo.

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Potencia Versus DistanciaGt Tx At Pt L= 32,4+20 log(d/km)+20 log(f/MHz) Prdida en el espacio libre dBm Pr Margen Sensibilidad Del Receptor km3/7/2007 Pietrosemoli 15

Gr Rx Ar

Ej. De Presupuesto de potenciaPotencia de transmisin Prdida en los cables Prdida en el Diplexer de TX Prdida en el Cable de TX Ganancia de la antena TX PIRE: 40.5 dBm Prdida en el espacio libre (FSL) Ganancia de la antena RX Prdida en el Cable RX de Prdida en el Diplexer de RX Prdida en Cable +25dBm -1dB -2 dB -2.5 dB +21 dB

-124.5 dB +21 dB -2.5dB -2 dB -1 dB --------------Nivel de Seal Recibida = -68.5dBm

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PIRE: Potencia Isotrpica Readiada Equivalente EIRP: Equivalent Isotropic Radiated PowerPietrosemoli

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C/N

C/N (Carrier to Noise) El objetivo es llegar al receptor con una potencia suficientemente mayor que el ruido para garantizar una determinada tasa de error

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C/N (ejemplo)

RSSL = 68dBm Ancho de banda del radio 6MHz, noise figure (cifra de ruido) 9dB El ruido visto es: 97.8 dBm C/N es: 29.8dB

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Area de CoberturaArea de cobertura con la antena inclinada 10 grados hacia abajo

Estacin Base

Area de cobertura con la antena vertical

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Area de Cobertura

Ancho del haz en elevacin 10 grados Ancho del haz en Acimut 16 grados Antena

Antena sin Down Tilt3/7/2007 Pietrosemoli 20

Ms all de la lnea de vista..

Es posible la recepcin, pero la atenuacin es mucho mayor El problema de la multitrayectoria se agrava Se han propuesto soluciones basadas en OFDM (Orthogonal Frequency Diversity Modulation) y MIMO (Multiple Input- Multiple Output)

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+ Ganancia de la Antena

+ G.de la Antena

- Prdida en elCable RF Antena

espacio libre

Antena

Cable RF

- PrdidaTierraLightning Protector pigtail

-PrdidaCable/conectoresLightning Protector pigtail

Cable/conectores

Tierra

PC Card

+ Potencia de TransmisinRSL (receive signal level) > sensitivity + Margen

PC Card

Est.1

Est.2

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Margen del sistema en 2.4 GHz

50 ft.LMR 400 3.4 dB 24 dBi 24 dBi c

50 ft.LMR 400 3.4 dB

La seal recibida debe estar por encima de la sensibilidad del receptor (-82dBm para 11 Mbit/s).7 dB 1.3 dB .7 dB 1.3 dB

A este exceso se le llama margen de desvaneciniento Margen de desv. mnimo = 10 dB En ciudades, preferible = 15dB En condiciones adversas = 20dB

Tx =15 dBm

Rx = -82 dBm

Est.1

S. Recibida: RSL > -82 + 10 = -72dBm

Est.2

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Ejemplo de Clculo16 Km = - 124 dB50 ft.LMR 400 3.4 dB 24 dBi 24 dBi

50 ft.LMR 400 3.4 dB

RSL > PTx P. Cable + G. Antena Prdida en el esp. + G. Antena P. Cable + 15 dBm - 2 dB .7 dB 1.3 dB - 3.4 dB + 24 dBi - 124 dB

Si RSL < -72 dBm se necesita mayor ganancia de antenas o cables con menos prdidas.

.7 dB 1.3 dB

Tx =15 dBm

+ 24 dBi - 3.4 dB - 2 dB

Rx = -82 dBm

Est.1

- 71.8 dB > -72

Est.2

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Altura de las antenas

Despeje de Fresnel = 0.6 de la 1era z. Fresnel 9 m para un trayecto de10 km 17 m para un trayecto de 40 km

Despeje de la curavtura terrestre 4 m para un trayecto de 10 km 61 m para 40 km

Despeje en el punto medio = 0.6F + Curvatura Terrestre + 3 cuando K=1 Radio de la 1era z. de Fresnel (metros) F1= 17.3 [(d1*d2)/(f*D)]1/2 donde D=trayecto en km, frecuencia (GHz), d1= distancia de la Antena 1(km) , d2 = distancia de la Antena 2 (km) Curvatura Terrestre h = (d1*d2) /2 donde h = elevacin sobre el horizonte , d1 & d2 distancia de las antenas respectivas

Altura de Antena Despeje de obstculo

Despeje de la z. de Fresnel

Altura de Antena

Curvatura Terrestre

AlternativasOtros cables: LMR 400 = 6.8 dB 100 ft, LMR 600 = 4.5dB/100ft, LMR 1800 = 2.5dB/100ft, 2 1/4 Heliax = .98 dB foot Montaje en torre del AP-1000 caja a prueba de intemperie y ventilada. Requiere proteccin contra rayos y energa. Mantenimiento en torre Uso de amplificadores: aaden ruido por lo que la relacin S/N no aumenta tanto e incrementan la interferencia a otros usuarios. Constituyen otro punto de falla.

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Reflexiones

La seales sufren un defasaje de 180 ( 1/2 ) al reflejarse Mover la antena an slo 6 cm es significativoPa th

6c

m

(1 /2

)

lon ge r

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ReflexionesAntenas de mayor directividad vertical, o apuntadas hacia arriba para disminuir las reflexiones desde el terreno. Evitar trayectorias sobre agua.

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Reflexiones

Las reflexiones pueden ser tambien laterales y desde atrs 6 cm hacen la diferencia

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Propagacin

Radio MobileSoftware para el anlisis de redes y sistemas inalmbricos Realizado por: Roger Coud http://www.cplus.org/rmw/english1.html

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Que es Radio Mobile?Es un programa gratuito que permite el anlisis y simulacin del rea de cobertura de un sistema de radio frecuencia (RF) y traza el perfil de las posibles trayectorias. Predice mediante herramientas CAD la cobertura de un sistema de radio. Utiliza herramientas y mapas digitales (elevaciones) y sistemas GIS. Ultima versin de software: (V7.1.7 , para el 26/05/2006) Puede trabajar en mltiples sistemas operativos entre los que estn: Windows 95, 98, ME, NT, 2000 y XP. Se puede correr en Linux mediante el emulador Wine para Ubuntu Usa mapas digitales con elevaciones de terreno con los que calcula el rea de cobertura, indicando los niveles de potencia recibida, determina los puntos de reflexin de un enlace, y calcula el presupuesto de potencia (link budget)

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Anlisis de TerrenoEl Radio Mobile automticamente construye el perfil de un enlace de radio entre dos puntos conocidos de forma digital, emplea una extensa base de datos de elevaciones para determinar la existencia de LOS (Line Of Sight) o lnea de vista entre dos puntos. Ejecuta los clculos que permiten automatizar cualquier enlace en cualquier banda de frecuencia, desde HF hasta SHF, y permite observar el efecto de cambiar la ganancia de las antenas, altura de las mismas, atenuacin de los cables, etc Una vez traza