MODELO DE CALCULO DERADIOENLACE

CALCULO DE LA ALTURADE ANTENAS

a.-Determinar la posicin geogrficade las estaciones y desarrollarsobre un plano de alturas delterreno el perfil geogrfico entre lasestaciones

b.- Considerar una propagacin en elespacio libre, ignorando laatmsfera y los obstculos.

c.- Obtener el nivel de potencianominal de recepcin y el margende desvanecimiento del enlace.

d.-La inclusin de la atmsferaimplica una curvatura delrayo de unin entre antenas,mientras que la inclusin deun obstculo implica eldespejamiento de la zona deFresnel.

e.-Se concluye el clculocuando, mediante criteriosde despejamiento, se admiteun nivel de recepcin igual aldel espacio libre.

f.- Considerar la presencia de obstculos, laatenuacin introducida por los mismos o lanecesidad de repetidores pasivos para eludirlos yposibles reflexiones en el terreno.

Zona de Fresnel

Zona de Fresnel se refiere al volumen de espacio entre elemisor de una onda electromagntica, acstica, etc, y unreceptor, de modo que el desfasaje de las ondas en dichovolumen no supere los 180.

As, la fase mnima se produce para el rayo que une en lnearecta emisor y receptor.

Tomando su valor de fase como cero, la primera zona deFresnel abarca hasta que la fase llegue a 180, adoptando laforma de un elipsoide de revolucin.

La segunda zona abarca hasta un desfase de 360, y es unsegundo elipsoide que contiene al primero. Del mismo modose obtienen las zonas superiores.

La obstruccin mxima permisible para considerar queno hay obstruccin es el 40% de la primera zona deFresnel.

La obstruccin mxima recomendada es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del valor

de K (curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar despejada al100% mientras que para un estudio con K =2/3 se debetener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel.

Para establecer las zonas de Fresnel, primero debemosdeterminar la lnea de vista de RF, que de forma simple,es la lnea recta que une los focos de las antenastransmisora y receptora.

r = radio en metros (m).d = distancia en kilmetros (km).f = frecuencia transmitida en megahercios (MHz).

La frmula genrica de clculo de las zonas de Fresneles:

Donde:rn = radio de la ensima zona de Fresnel. (n=1,2,3...)

d1 = distancia desde el transmisor al objeto en km.

d2 = distancia desde el objeto al receptor en km.

d = distancia total del enlace en km. d = d1 + d2

f = frecuencia en MHz.

DATOS -Datos iniciales. Para el clculo se requieren:a.-La posicin de las estaciones,

b.-El perfil del terreno,

c.- La altura de las estaciones y

d.- Altura de los obstculos.

REFRACCION -Efecto de la Refraccin.

a.-Se debe determinar el valorestndar para el coeficientede curvatura de la tierra K deacuerdo con la zonageogrfica y altura delenlace.

Generalmente se utiliza, porcostumbre, el valor medio K=4/3.

FACTOR K -Determinacin del valor de K crtico.

a.- Se trata del peor caso, con ocurrencia ms del 99,9% del tiempo.

b.-El valor se incrementa con la longitud del enlace y corresponde a K= 0,8para 50 Km de longitud del enlace.

CURVATURA C -Clculo de la curvatura C de la Tierra.

a.- Se calcula en el obstculo ms evidente.

b.- Es una funcin inversa del valor K y funcin directa de la distancia.

c.- El horizonte cambia su curvatura debido a variaciones del ndice derefraccin (K).

DIFRACCION -Efecto de la Difraccin.

a.-Se calcula el radio de la primer zona del elipsoide de Fresnel (F1)en el obstculo ms evidente.

b.-F1 depende de la distancia y en forma inversa de la frecuencia.

DESPEJAR -Clculo del valor deDespejamiento D.

a.- Se trata de laseparacin entre el rayode unin entre antenas yel obstculo.

b.- Es una fraccin delradio F1.

CRITERIOS -Criterios para determinar la altura de antenas.a.-Se selecciona entre los varios criterios existentes.b.-Posteriormente se considera el enlace "despejado" y solo se

tiene en cuenta la atenuacin del espacio libre.c.-El criterio comnmente aplicado es tomar el peor valor de

altura entre [K=4/3; D/F1=1] y [K=0,8; D/F1= 0,6].

OBSTRUCCION Obstruccin por obstculo.a.-En caso que no pueda

despejarse el enlace, sedetermina la atenuacin porobstruccin Aobs en funcinde la relacin D/F1 obtenidoen el clculo.

b.-Ciertos tipos de obstculosproducen atenuacin porabsorcin y por dispersin, entanto que otrosproducen despolarizacin dela onda.

REFLEXION Reflexiones en el terreno.a.-De existir las reflexiones en

el terreno plano debecalcularse la altura deantena para lograr que elrayo reflejado llegue en fasecon el directo.

b.-En caso contrario se usarel sistema antireflectivo dediversidad de espacio.

REPETIDOR -Repetidores pasivos.a.-En muchos casos donde no se

puede superar un obstculo esnecesario usar repetidorespasivos del tipo espejo oespalda-espalda.

b.-Estos permiten cambiar ladireccin del enlace.

c.- En algunos casos se adoptanrepetidores activosamplificadores deradiofrecuencia con bajoconsumo de energa parareas de difcil acceso.

Desvanecimiento de Microondas

El desvanecimiento se debe normalmente a los cambiosatmosfricos y a las reflexiones del trayecto depropagacin al encontrar superficies terrestres oacuticas.

La intensidad del desvanecimiento aumenta en generalcon la frecuencia y la longitud de trayecto.

En caso de transmisin sobreterreno accidentado, eldesvanecimiento debido apropagacin multitrayecto esrelativamente independiente delcitado margen sobre obstculo yen casos extremos tiende aaproximarse a la distribucin deRayleigh, es decir, la probabilidadde que el valor instantneo delcampo supere el valor R es :

-R/R0 P (R) = e En donde: Ro es el valor eficaz.

DESVANECIMIENTO TOTAL

El Desvanecimiento Total no es frecuente , pero cuandose presenta, sus efectos suelen ser catastrficos, puesanulan por completo las seales.

En este caso, los mtodos tradicionales usados paramejorar la contabilidad de los radioenlaces, tales como:

Aumento del margen contra el desvanecimiento o laaplicacin de diversidad resultan prcticamenteineficaces.

Se considera como desvanecimiento total a cualquieratenuacin excesivamente larga de las seales demicroondas.

Para describir el desvanecimientototal se utilizan diversos

trminos, tales como;

- Formacin de ductos

- Atrapamiento del haz.

-Bloqueo o desaparicin de lasseales.

- Desacoplo de antena.

- El desvanecimiento total se caracteriza por una agudadisminucin de densidad atmosfrica a medida queaumenta la altura, que es la causante del verdaderodesvanecimiento.

- Las interrupciones de seal calificadas comocatastrficas se producen simultneamente en ambasdirecciones de transmisin y en los dos trayectos dediversidad.

- Salvo algunos casos aislados, la recepcin endiversidad de espacio ha demostrado que este tipode desvanecimiento tiene una alta selectividad.

- El desvanecimiento total se confunde a menudo conel desvanecimiento por direccin u obstruccin delhaz cuando se produce una curvatura inversa, perolas caractersticas de estos dos fenmenos sonopuestas.

DESVANECIMIENTO TOTAL PORDESACOPLO DE ANTENA

Aun cuando la antena receptora este dentro del horizonteradioelctrico, la aparicin de una capa superrefractiva haceque le haz propagado llegue a su destino con un ngulo deelevacin mayor que el normal.

Si en condiciones atmosfricas normales las antenastransmisoras y receptoras fueran orientadas para obtener lamxima respuesta con el mayor nivel de seal, al variar lascondiciones formado una capa superefractiva el ngulo deincidencia del haz se desplazara hacia arriba.

Teniendo en cuenta que las antenas de grandesdimensiones o los reflectores pasivos tienen un lbulode irradiacin estrecho y considerado tambin lalongitud de los trayectos de microondas, un cambio de0.5^o o mas en el ngulo de llegada del haz puededesplazar el trayecto, a lejano del lbulo principal de laantena.

En este evento se producir un desvanecimiento total.

El comportamiento caracterstico del desvanecimientototal por desacople de antena es idntico al que seproduce cuando la antena receptora se encuentra masall del horizonte radioelctrico.

Cuando se anticipa o se experimenta un desacople, lasantenas receptoras pueden inclinares levemente haciaarriba con lo cual tambin se introduce una prdida de 1o 2 dB durante la propagacin normal.

En la instalacin de antenas alta y baja la inferior puedereducirse de tamao.

As mismo, la iniciacin de las antenas trae la ventaja deaumentar la discriminacin a las reflexiones superficialesdurante los perodos de programacin normal.

Si despus de haber efectuado una instalacin demicroondas se descubre que el trayecto es susceptible asufrir desvanecimiento total :

a. Estudiar la posibilidad de introducir desacople deantenas.

Esta medida se toma especialmente cuando:- Las parbolas o los reflectores son de grandes

dimensiones- El trayecto es de gran longitud- Se utiliza la gama superior de 6 a 13 Ghz.

b. Si al antena receptora queda mas all delhorizonte visual, en vez de quedar solodesorientada o desacoplada, se debe investigar si alo largo del mstil o torre de soporte de la antena seencuentra presente alguna seal estable de nivel inferioral normal.- El trayecto de la seal posiblemente queda a una alturade 3 a 9 m sobre el nivel del terreno o bien debajo de lalnea normal de visin directa.- Si se comprueba la existencia de este trayecto durante eldesvanecimiento total,

c. Aumentar la altura libre del trayecto a un mnimo deK=1, sobre una capa de 50 m de altura.

Mediante pruebas apropiadas se localiza la capaatmosfrica y se determina la altura de las antenasajustadas para tal fin.

Si se sospeche la existencia de una capa reactiva en lamitad del trayecto A veces es inevitable la presencia dedesvanecimiento total en algunas zonas geogrficasdurante ciertas pocas del ao cuando existe unacombinacin desafortunada de factores determinantes,tales como la densidad atmosfrica y la naturaleza delterreno.

CALCULO DEL MARGEN DEDESVANECIMIENTO

DATOS Datos iniciales.a.-Para el clculo del margen de desvanecimiento se

requiere :- La frecuencia- Longitud del enlace,- La altura de antenas sobre la estacin, y- Algunos datos del equipo a ser usado.

ALIMENTADOR Seleccin de gua de onda o cable coaxial.a.-Dependiendo de la frecuencia se selecciona el

medio de alimentacin de la antena.b.-El cable coaxial se aplica hasta 3 GHz y la gua de

ondas a partir de esta frecuencia.c.-Se seleccionan las antenas dependiendo de la

ganancia deseada.d.-Se determina la atenuacin y ganancia

respectivamente.

ESPACIO LIBRE Efecto del espacio libre.

a.-Se calcula la atenuacin en funcin de la distanciay frecuencia.

b.-Adicionalmente se considera una atenuacin porobstculo si el enlace se encuentra obstruido.

NOMINAL

Clculo de la potencia nominal de recepcin.

a.-Se determina la Potencia nominal como diferenciaentre la potencia del transmisor y las atenuaciones(branching, gua de ondas o cable coaxial y espaciolibre) y ganancias de antenas (en la direccin demxima directividad).

UMBRAL Determinacin de la potencia umbral.

a.-Se trata del valor de potencia recibida por elreceptor que asegura una tasa de error BER de 10-3 y 10-6.

b.-No se considera degradacin por interferencias, almenos inicialmente.

MARGEN

Clculo del margen de desvanecimiento.

a.-Se trata del valor en dB para las BER de 10-3 y 10-6 obtenido como diferencia entre la potencianominal de recepcin y la potencia umbral delreceptor.

CALCULO DEL EFECTO DE LASINTERFERENCIAS

Las interferencias producen sobre el enlace unincremento de la tasa de error BER cuando existencondiciones de propagacin adversas.

Por ello, es necesario estudiar la interferenciadentro del sistema a proyectar como desde y haciael exterior del mismo.

Las interferencias que no pueden despreciarseobligan a una redistribucin del plan de frecuenciasadoptado o se consideran como una reduccin delmargen de desvanecimiento.

DATOS Datos iniciales.

a.-Son necesarios para el clculo de interferencias

- La posicin de estaciones interferentes- Frecuencia de las estaciones interferentes,- Potencia de emisin,- Polarizacin usada, etc.

IGUAL Interferencias I con igual direccin.

a.-En este caso se tiene la misma direccin de lainterferencia con la portadora deseada C.

b.-Ambas seales sufren el desvanecimiento al mismotiempo y la relacin C/I se mantiene constante.

C/I dB Verificacin de la relacin C/I dB.

a.-El conjunto de interferencias en condicin de igualdireccin debe cumplir con la relacin C/I>20 dB.

b.-En tal caso el efecto se supone despreciable; esdecir, la BER se degrada en forma imperceptible.

DISTINTA Interferencias I con distinta direccin.a.- En este caso ambas seales (C e I) sufren el

desvanecimiento en forma distinta y la relacin C/Ino es constante.

b.-Se debe asegurar que C/I se mantiene aceptablean cuando el valor de C es igual al valor depotencia umbral

NIVEL Verificacin del nivel de interferencia I dBm.

a.-Se debe obtener el conjunto de interferencias enesta condicin.

b.-Si el valor de I-100 dBm se supone despreciable.c.-De lo contrario se encuentra el valor de C/I= Pu/I.

C/N dB Valoracin de la degradacin de la relacin C/N.a.- La relacin portadora a ruido se degrada en

presencia de una interferencia.b.-Se determina un valor en dB de penalizacin por

interferencia sobre la base de mediciones o datosdel equipo.

MARGEN Clculo del nuevo margen de desvanecimiento.

a.-Este margen tiene en cuenta la interferencias(FMi3 y FMi6).

EFECTO DEL DESVANECIMIENTOPOR CAMINOS MLTIPLES

La propagacin atmosfrica produce reflexiones enel terreno y en la atmsfera.

Las primeras pueden ser eliminadas mediante unobstculo cercano a una antena (tapando el rayoreflejado); en este caso es conveniente ubicar unaantena ms baja que la otra.

Si esto no es posible se recurre al sistema anti-reflectivo de diversidad de espacio (dos antenasseparadas por una distancia tal que la diferenciaentre ambas permite compensar la diferencia decaminos con el rayo reflejado).

La reflexin en la atmsfera no es predeciblemediante trigonometra y por ello su estudio esestadstico.

Involucra variables como el clima, temperatura yhumedad, poca del ao, tipo de terreno yrugosidad, frecuencia y distancia, margen dedesvanecimiento y signatura del receptor.

DATOS Datos iniciales.

a.-Para este clculo se requiere informacin sobre elclima, terreno, frecuencia y distancia del enlace, ascomo la signatura del receptor.

ATENUACION Efecto de la atenuacin plana.

a.- Se calcula la componente de atenuacin Rayleighen funcin del margen de desvanecimiento.

SELECTIVIDAD Efecto de la selectividad.

a.- Clculo de la componente debida a la selectividadintroducida por el Notch.

b.- Es una funcin de la signatura del receptor.c.- Esta componente es despreciable para enlaces de

baja y media capacidad y debe tomarse en cuentapara enlaces de 140 Mb/s.

TOTAL

Clculo de la suma de atenuacin y selectividad.

a.-Se efecta con la ponderacin adecuada entrecomponentes.

b.- Solo la primer componente se tiene en cuentahasta 34 Mb/s; la selectividad es importante paramodulacin QAM y TCM

MARGEN NETO

Determinacin del margen de desvanecimientoneto (NFM3 y NFM6).

a.-Se requiere para obtener el efecto sobre enlaces dealta capacidad, por encima de 34 Mb/s, mediante lasignatura.

Clculo del Margen de desvanecimientopara radioenlaces en las bandas

de microondas

Fm (dB) = 30 x log D + 10 x log (6 x A x B x F) 10 x log (1 - R) - 70

D: Distancia del transmisor al objetivo, en Km.F: Frecuencia de la portadora en GHz.R: Objetivo de confiabilidad de la transmisin, en

formato decimal.

A - Factor de Rugosidad de Terreno(Valores caractersticos)

4,00 Espejos de agua, ros muy anchos, etc.

3,00 Sembrados densos; pastizales; arenales

2,00 Bosques (la propagacin va por encima)

1,00 Terreno normal

0,25 Terreno rocoso (muy) desparejo

B - Factor de Anlisis climtico anual(del tipo promedio, anualizado)

1,000 rea marina o condiciones de peor mes

0,500 Prevalecen reas calientes y hmedas

0,250 reas mediterrneas de clima normal

0,125 reas montaosas de clima seco y fresco

ANALISIS DE CALCULOS DEPROPAGACIN Y PERFILES

Programa asistente para el diseo de redes deradioenlaces digitales.

El programa se compone de dos mdulos y laBase de Datos Topogrfica Digital.

1.- ACP

2.- CBT

3.- Base de Datos Topogrfica

Modulo Clculos de Propagacin Este modulo permite estimar la confiabilidad de un

radioenlace digital (% , SERS, Time Out, etc..) tomandoen cuenta datos del:

Trayecto radioelctrico Especificaciones tcnicas de los equipos, Clima, Antenas y lneas de transmisin, El programa incluye la facilidad de agregar los efectos

de la lluvia, diversidad de espacio, etc., el programa seaplica para redes secundarias PDH, redes troncalesSDH, LMDS, SCADA.

Interfases graficas en lasque se ingresan datos

Interfase de atenuacindebido a la lluvia

Niveles de ruido, Rx y Tx

Modulo de Perfiles

Vegetacin en el perfil

Claridad en todo el trayecto

Anlisis de Reflexin

Calculo de altura de antenas

Coeficientes de Rugosidad

Modulo Perfil

Nivel de potencia

INFORME DEL ANALISISDE COBERTURA

Nombre : Cerro Pando- Codigo : CR-0115- Coord. Longitud : W 77 12' 12.00''- Coord. Latitud : S 12 15' 15.00''- Alt. de Estacion : 1500.00 m.

Datos y especificaciones tcnicas- Antena- Potencia : 10.00 Watt- Ganancia : 10.00dBi- Altura de antena Tx : 15.00 m.- Tipo de antena : Cardiode

Datos Generales- Frecuencia : 450.00 MHz- Perdidas : 0.00 dB- Altura antena Rx : 3.00 m.- Factor, K : 1.33- Rango Radial de Cobertura- Radio Mnimo : 1.09 Km.- Radio Mximo : 9.78 Km.- Rango Niveles de Recepcin- Rango Mnimo : -100.00 dB- Rango Mximo : -50.00 dB

Caractersticas Elctricas del Suelo- Refractividad Superficie : 301.00 N-units- Conductividad Tierra : 0.01 S/m- Permitividad Relativa Tierra : 15.00

Modo de Variabilidad- Time (Reliability) % : 50.00- Confidence % : 50.00

Rango Azimuth- Mnimo : 0.00 - Mximo : 360.00

Area de Trabajo / Dimensiones Largo : 00 12' 00.00'' Ancho : 00 12' 00.00'' Clima : Ecuatorial Polarizacion : Vertical Modo Grafico : Preliminar

rea de cobertura

Curvas de Nivel

Patrn de radiacinde Antenas

Acoplador direccional

El Acoplador direccional esun dispositivo de Microondasde cuatro accesos, numerados1, 2, 3 y 4.

La energa que incide por lapuerta 1 se reparte entre la 2 yla 3, quedando la puerta 4aislada.

La puerta 3 suele llamarsepuerta acoplada.

La relacin entre las potenciasincidente y acoplada es el nivelde acoplo y caracteriza elacoplador.

As hay acopladores de 10, 20,60 dB.

Es habitual que el propiodispositivo incluya una cargaadaptada en puerta 4 paraevitar reflexiones en ella,quedando slo con tres puertasaccesibles exteriormente.

Se pueden utilizar, por ejemplo,para muestrear la potencia desalida de un amplificador.

Existen simtricos yantisimtricos y la mejormanera de aclarar lo que hacecada uno es mediante losparmetros S:

CALCULO DE LA ALTURADE ANTENAS

El primer paso consiste en determinar laposicin geogrfica de las estaciones ydesarrollar sobre un plano de alturas del

terreno el perfil geogrfico entre lasestaciones

Circulador

Circulador es un dispositivode microondas con trespuertas, numeradas 1, 2 y3.

Toda la energa que incidepor la puerta 1 se transmitea la puerta 2; la incidentepor la puerta 2 pasa a la 3 yla incidente por la puerta 3,sale por la 1.

La transmisin en sentidoinverso no se produce.

Directividad: Es la relacinentre la potencia que setiene en la puerta 2(Acoplada) y la de la puerta3 (Aislada), cuando sealimenta por la puerta 1. Seexpresa en decibelios(dB).Su valor tpico es 20 dB.

Perdidas o prdidas deinsercin: Es la relacinentre la potencia incidentey la potencia de salida. Seexpresa en dB.