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DISEÑO DE RADIO-ENLACE DE COMUNICACIONES DESDE EL MUNICIPIO DE EL COCUY A LAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS RURALES LA PLAYA,

TOBALITO, EL CARDON, CARRIZALITO E ISLETA

LUIS DANILO NOVOA BERMUDEZ ALVARO CARREÑO ORTÍZ

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ

2018

2

DISEÑO DE RADIO-ENLACE DE COMUNICACIONES DESDE EL MUNICIPIO DE EL COCUY A LAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS RURALES LA PLAYA,

TOBALITO, EL CARDON, CARRIZALITO E ISLETA

LUIS DANILO NOVOA BERMUDEZ ALVARO CARREÑO ORTÍZ

Trabajo de grado para optar el Titulo de Especialista en Telecomunicaciones

Asesor EDWIN JOSÉ BASTO

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA

ESPECIALIZACIÓN EN TELECOMUNICACIONES BOGOTÁ

2018

3

Nota de Aceptación

_________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________

_________________________________ Presidente del Jurado

_________________________________ Jurado

_________________________________ Jurado

Bogotá D.C., julio de 2018

4

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN 13

1. JUSTIFICACIÓN 14

2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 16

3.OBJETIVO 19

3.1 OBJETIVO GENERAL 19

3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 19

4. MARCO TEÓRICO 20

4.1 ESTADO DEL ARTE 20

4.2 MARCO LEGAL 22

4.3 MARCO CONCEPTUAL 24

4.3.1 Reseña histórica 24

4.3.2 Espectro electromagnético. 26

4.3.3 Espectro radioeléctrico 28

4.3.3.1 Bandas de frecuencia 29

4.3.3.2 Ondas electromagnéticas transversales 30

4.3.4 Radiocomunicación 31

4.3.4.1 Canales de radio 31

4.3.4.2 Canal de propagación 32

4.3.4.3 Canal de radio 32

4.3.4.4 Canal de modulación 32

4.3.4.5 Canal digital 33

4.3.5 Capacidad del canal 33

4.3.5.1 Ancho de banda de Nyquist. 33

4.3.5.2 Capacidad de Shannon 34

4.3.5.3 Potencia de Ruido Térmico 35

4.3.6 Propagación de ondas en línea de transmisión 36

4.3.6.1 Factor de velocidad 37

4.3.7 Propiedades ópticas de las ondas de radio 37

4.3.7.1 Refracción 37

4.3.7.2 Reflexión 38

4.3.7.3 Difracción 39

4.3.7.4 Interferencia 40

4.3.8 Pérdidas en trayectoria por el espacio libre 41

4.3.9 Margen de desvanecimiento 42

4.3.10 Zona Fresnel 42

4.3.11 Curvatura de la tierra. 44

4.3.12 Antenas 44

5

4.3.12.1 Diagrama de radiación 45

4.3.12.2 Campos cercano y lejano 47

4.3.12.3 Resistencia de radiación 47

4.3.12.4 Ganancia directiva y ganancia de potencia 47

4.3.12.5 Polarización de antena 49

4.3.12.6 Abertura del haz de la antena 49

4.3.12.7 Ancho de banda de antena 50

4.3.12.8 Impedancia de entrada a la antena 50

4.3.13 Estándar de comunicación inalámbrica IEEE. 51

4.3.14 Redes Inalámbricas 54

4.3.14.1 Bandas de frecuencia 55

4.3.14.2 Interferencia co-canal 56

4.3.14.3 Banda 2,4 GHz 56

4.3.14.4 Banda 5 GHz 57

4.3.15 Radio enlaces 57

4.3.15.1 Topologías de red 58

4.3.16 Herramientas para simulación del radioenlace 60

4.3.16.1 Radio Mobile 60

4.3.16.2 Google Earth 60

4.3.16.3 Wifi Analyzer 60

5. DISEÑO METODOLOGICO 61

5.1 ETAPA 1. POBLACION Y MUESTRA 61

5.2 ETAPA 2. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN 63

5.3 ETAPA 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS 64

5.4 ETAPA 4. ANÁLISIS DEL SISTEMA 76

5.4.1 Ubicación geográfica, saturación del espectro radioeléctrico de puntos a interconectar contemplados para el diseño del radioenlace. 77

5.4.2 Perfiles Topográficos y líneas de vista 91

5.5 ETAPA 5. DISEÑO DEL RADIOENLACE 94

5.5.1 Marco referencial. 95

5.5.1.1 Descripción física 96

5.5.1.2 Localización 96

5.5.1.3 Limites 98

5.5.1.4 División Política Administrativa 98

5.5.1.5 Población por rango de edades 99

5.5.2 Topología de la red 99

5.5.3 Frecuencia 100

5.5.4 Equipos contemplados para el radioenlace 100

5.5.5 Distancias entre los puntos 102

5.5.6 Enlace punto a punto (Alcaldía a Cerro Mahoma 103

5.5.6.1 Distancia entre puntos 104

5.5.6.2 Cálculo de Azimut 104

5.5.6.3 Cálculo de ancho de banda estimado del canal 105

5.5.6.4 Cálculo potencia de ruido térmico 106

6

5.5.6.5 Cálculo potencia de ruido del sistema 106

5.5.6.6 Cálculo de la relación señal a ruido 107

5.5.6.7 Cálculo capacidad máxima del sistema 107

5.5.6.8 Cálculo ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist 107

5.5.6.9 Cálculo de pérdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz. 108

5.5.6.10 Cálculo Potencia Isotrópica Radiada Efectiva 108

5.5.6.11 Cálculo Zona de Fresnel 108

5.5.6.12 Cálculo potencia de recepción calculada 109

5.5.6.13 Cálculo margen de desvanecimiento del sistema 109

5.5.6.14 Resumen parámetros calculados 110

5.5.6.15 Simulación enlace en radio mobile 111

5.5.7 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela Carrizalito 112





5.5.7.5 Cálculo capacidad máxima del sistema. 113

5.5.7.6 Cálculo Ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist 114

5.5.7.7 Cálculo de pérdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz 114


5.5.7.9 Cálculo Zona de Fresnel. 114




5.5.7.13 Simulación enlace en Radio Mobile. 116

5.5.8 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela Tobalito 116







5.5.8.7 Cálculo de perdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz 119






5.5.8.13 Simulación enlace en Radio Mobile 120

5.5.9 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela La Playa 121



5.5.9.3 Cálculo de potencia de ruido del sistema 122



7








5.5.9.14 Simulación enlace con Radio Mobile 124

5.5.10 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Colegio El Cardón 125



5.5.10.3 Cálculo potencia de ruido del sistema. 126






5.5.10.9 Cálculo Zona De Fresnel 127





5.5.11 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela La Isleta 129




5.5.11.4 Cálculo de la relación señal a ruido. 130





5.5.11.9 Cálculo Zona De Fresnel. 131





6. PRESUPUESTO 134

6.1 PRESUPUESTO DE OPERACIÓN ANUAL 135

7. CONCLUSIONES 136

BIBLIOGRAFIA 138

8

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Bandas de frecuencias de libre utilización 24

Figura 2. Espectro electromagnético 27

Figura 3. Designación de las bandas de microondas 30

Figura 4. Relación espacial entre los campos E y H 31

Figura 5. Tipos de canal en radiocomunicaciones 32

Figura 6. Refracción en una frontera plana entre dos medios 38

Figura 7. Reflexión electromagnética en una frontera plana entre dos medios 39

Figura 8. Difracción de las ondas electromagnéticas: (a) principio de Huygens para un frente de onda plano 40

Figura 9. Interferencia de las ondas electromagnéticas 41

Figura 10. Zona Fresnel entre dos antenas separadas por una distancia D 43

Figura 11. Curvatura de la tierra 44

Figura 12. Gráficas de radiación 46

Figura 13. Polarizaciones de antena: (a) lineal; (b) elíptica; (c) circular 49

Figura 14. Abertura de haz de antena 50

Figura 15. Tecnologías inalámbricas 55

Figura 16. Ancho de los canales en la banda 2.4 Ghz 56

Figura 17. Canales en la banda de 5 Ghz 57

Figura 18. Enlace punto a punto 58

Figura 19. Enlace punto a multipunto 59

Figura 20. Enlace Multipunto a multipunto 59

Figura 21. Veredas consultadas Municipio El Cocuy 61

Figura 22. Modelo cuestinario 62

Figura 23. Profesores respondiendo preguntas del sondeo 65

Figura 24. Estudiantes respondiendo preguntas del sondeo 65

Figura 25. Padres de familia respondiendo preguntas del sondeo 66

Figura 26. Alcaldía El Cocuy 77

Figura 27. Ubicación Alcaldía en Google Earth 78

Figura 28. Análisis del espectro en punto Alcaldía en la banda de 2.4 GHz 78

Figura 29. Escuela Carrizalito 79

Figura 30. Ubicación Escuela Carrizalito en Google Earth 80

Figura 31. Análisis del espectro en punto Escuela Carrizalito en la banda de 2.4 GHz 80

Figura 32. Colegio El Cardón 81

Figura 33. Ubicación Colegio El Cardón en Google Earth 82

Figura 34. Análisis del espectro en punto Colegio el Cardón en la banda de 2.4 GHz 82

Figura 35. Escuela Tobalito 83

Figura 36. Ubicación Escuela Tobalito en Google Earth 84

Figura 37. Análisis del espectro en punto EscuelaTobalito en la banda 2.4 GHz 84

Figura 38. Escuela La Playa 85

9

Figura 39. Ubicación Escuela La Playa en Google Earth 86

Figura 40. Análisis del espectro en punto Escuela la Playa en la banda 2.4 GHz 86

Figura 41. Escuela La Isleta 87

Figura 42. Ubicación Escuela la Isleta en Google Earth 88

Figura 43. Análisis del espectro en punto Escuela la Isleta en la banda 2.4 GHz 88

Figura 44. Torre Mahoma 89

Figura 45. Torre Mahoma en Google Earth 90

Figura 46. Análisis del espectro en punto Cerro Mahoma en Banda 2.4 y 5 Ghz 90

Figura 47. Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela Carrizalito 91

Figura 48. Perfil Topográfico Alcaldía a Colegio El Cardon 92

Figura 49. Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela Tobalito 92

Figura 50. Perfil topográfico Alcaldía a Escuela la Playa 93

Figura 51. Perfil topográfico Alcaldía a Escuela la Isleta 93

Figura 52. Diseño general radio-enlace 95

Figura 53. Mapa Departamento de Boyacá 97

Figura 54. Mapa provincial departamento de Boyacá 97

Figura 55. Mapa división política administrativa 98

Figura 56. Pirámide poblacional municipio El Cocuy 99

Figura 57. Topología de Red 99

Figura 58. Componentes Radwin 2000 101

Figura 59. Solución Punto multipunto Radwin 102

Figura 60. Puntos de radioenlace en Google Earth 102

Figura 61. Perfil topográfico Alcaldía a Cerro Mahoma 103

Figura 62. Simulación enlace Alcaldía – Torre Mahoma 111

Figura 63. Simulación enlace Torre Mahoma – Esc Carrizalito 116

Figura 64. Simulación enlace Torre Mahoma – Esc Tobalito 120

Figura 65. Simulación enlace Torre Mahoma – Esc La Playa 124

Figura 66. Simulación enlace Torre Mahoma - Colegio El Cardón 128

Figura 67. Simulación enlace Torre Mahoma – Escuela La Isleta 132

10

LISTA DE GRÁFICAS

pág.

Gráfica 1. Clasificación de planteles evaluados en los últimos 3 años 17

Gráfica 2. Población consultada 66

Gráfica 3. Pregunta: ¿Tiene Usted o su institución educativa acceso a internet? 67

Gráfica 4. Pregunta: ¿Cuenta usted o su institución educativa con alguno de estos equipos tecnológicos? 67

Gráfica 5. Pregunta: ¿Qué usos le da usted o su institución educativa al servicio de Internet? 68

Gráfica 6. Pregunta: ¿Hace cuánto tiempo usted ó su institución educativa cuentan con el servicio de internet? 70

Gráfica 7. Pregunta: ¿Tiene usted cuenta de correo electrónico? 70

Gráfica 8. Pregunta: ¿Cuantas horas usted utiliza internet al mes? 71

Gráfica 9. Pregunta: ¿Cuál es la razón principal para no contar con el servicio de internet? 72

Gráfica 10. Pregunta: ¿Considera importante que se implemente el servicio de internet en su institución educativa? 73

Gráfica 11. Pregunta: ¿Qué tan probable es que en un corto plazo se instale el servicio de internet en su institución educativa? 74

Gráfica 12. Pregunta: ¿Si su institución educativa contara con el servicio de Internet, qué usos le daría? 74

Gráfica 13. Pregunta: ¿Cuando usted necesita el servicio de internet, a que distancia se debe desplazar para tener acceso? 75

Gráfica 14. Pregunta: ¿Qué beneficios tendría usted o su institución educativa con la instalación del servicio de internet? 76

11

LISTA DE CUADROS

pág.

Cuadro 1. Consolidado de alumnos por institución o sede 18

Cuadro 2. Número de muestras realizadas en instituciones educativas rurales 63

Cuadro 3. Coordenadas Alcaldía Municipal El Cocuy 77

Cuadro 4. Coordenadas Escuela Carrizalito 79

Cuadro 5. Coordenadas Colegio El Cardón 81

Cuadro 6. Coordenadas Escuela Tobalito 83

Cuadro 7. Coordenadas Escuela La Playa 85

Cuadro 8. Coordenadas Escuela La Isleta 87

Cuadro 9. Coordenadas Torre Mahoma 89

Cuadro 10. Población Municipio El Cocuy 95

Cuadro 11. Especificaciones Radwin 2000 100

Cuadro 12. Especificaciones Radwin 5000 101

Cuadro 13. Distancia entre puntos 103

Cuadro 14. Presupuesto anual de operación proyecto 135

12

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. División del espectro radioeléctrico en bandas 29

Tabla 2. Comparación de las diferentes tecnologías normalizadas por la IEEE 54

Tabla 3. Resumen parámetros Alcaldía – Torre Mahoma 110

Tabla 4. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Esc Carrizalito 115

Tabla 5. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Esc Tobalito 120

Tabla 6. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Esc La Playa 124

Tabla 7. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Colegio El Cardón 128

Tabla 8. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Escuela La Isleta 132

Tabla 9. Presupuesto Proyecto Radioenlace 134

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INTRODUCCION

En un mundo globalizado, Internet juega un papel fundamental en las comunicaciones, la educación y el desarrollo de los pueblos. Más aún, cuando se involucra en los procesos pedagógicos y de enseñanza en las instituciones educativas; dado que permite el acceso a innumerables fuentes de información, contribuyendo de ésta manera a mejorar la calidad educativa. El presente trabajo de investigación, permite desarrollar el diseño de un radio-enlace, cuyo objetivo principal es brindar una solución tecnológica para implementar el servicio de conexión a internet en las instituciones educativas, La Playa, Carrizalito, Isleta, Tobalito y Colegio El Cardón, en el área rural del municipio El Cocuy. Lo anterior, utilizando un análisis matemático y con herramientas de simulación, que permitan determinar y desarrollar el mejor modelo funcional desde el tipo de vista técnico y financiero. Debido a las condiciones geográficas de la región y la ubicación de las instituciones educativas, se determinó que la mejor solución es una conectividad de tipo inalámbrica, específicamente de Radio Microondas, puesto que, una solución cableada resultaría demasiado costosa por requerir una infraestructura mucho mayor.

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1. JUSTIFICACIÓN

En la actualidad es muy importante que los modelos educativos y pedagógicos

involucren en sus Proyectos Educativos Institucionales (PEI) el uso de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), éstas permiten acceder a múltiples recursos digitales, contenidos académicos, enciclopedias en línea, tutoriales, sistemas expertos, bases de datos y muchas otras herramientas que facilitan y enriquecen la enseñanza de las diferentes áreas del conocimiento. Es bastante claro que la conectividad y el acceso a la información, en las instituciones educativas, generan un importante grado de desarrollo y mejoramiento en la calidad de la educación; de igual modo, si la tecnología se involucra en otras actividades de la comunidad, como por ejemplo, mejorar procesos, optimizar recursos, realizar trámites en línea, usar aplicaciones para el agro y el cuidado del medio ambiente, entre otras, esto permitirá sin lugar a dudas, una contribución muy importante en el desarrollo y la calidad de vida de las personas. Según datos del Ministerio de las Tecnologías de la Información MINTIC (en su informe del tercer trimestre de 2017)1, se puede evidenciar que tan solo el 3,2% de la población del municipio (según cifras DANE)2 posee servicio de internet, y éste solo existe en la cabecera municipal; situación que deja en evidencia la importancia de implementar proyectos que permitan aumentar la conectividad no solo en el área urbana, sino también en la población rural del municipio. Si bien es cierto, que el municipio de El Cocuy dentro de su plan de desarrollo 2016 – 2019 “Gobierno con Transparencia e Inclusión Social” (EL COCUY, 2016), en el sector de las Tecnologías de la Información y Comunicaciones, plantea en su programa “Internet en la Escuela” cuyo objetivo es mejorar el acceso a internet en las sedes Educativas públicas del municipio y cuya meta es lograr que las sedes educativas con más de 15 estudiantes, cuenten con acceso a Internet, se pudo constatar que actualmente no existe ningún proyecto que involucre la solución de esta necesidad. Por lo anterior, y en virtud del interés por el diseño tecnológico de un radio-enlace, con el cual se pretende viabilizar la conexión a internet a las instituciones educativas del área rural, y con base en certificación expedida por la Secretaria de Planeación

PEI – Proyectos Educativos Institucionales, Es la carta de navegación de las escuelas y colegios, en donde se especifican entre otros aspectos los principios y fines del establecimiento, los recursos docentes y didácticos disponibles y necesarios, la estrategia pedagógica, el reglamento para docentes y estudiantes y el sistema de gestión. 1 MINTIC. Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones de Colombia. - Cuarto Informe Trimestral 2016. [en línea]. Bogotá: El Ministerio [citado 3 junio, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://colombiatic.mintic.gov.co/602/w3-article-62299.html> 2 DANE. Departamento Administrativo Nacional de estadística. Información Oficial de Población Municipio El Cocuy 2017. Bogotá : DANE.p.23.

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e Infraestructura del municipio de EL Cocuy, donde manifiestan que actualmente en

el banco de proyectosdel municipio no existe ningún proyecto encaminado a llevar internet a los centros educativos rurales, por esta razón, se decidió desarrollar este proyecto de investigación, con el fin de plantear una solución de carácter técnica y financiera.

Banco de Proyectos - sistema de información que registra proyectos de inversión seleccionados como viables, susceptibles de ser financiados con recursos del Presupuesto General de la Nación, previamente evaluados técnica, económica y socialmente, administrado por el Departamento Nacional de Planeación.

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2. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

¿La falta de conectividad a internet en las instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy, afecta la calidad educativa? La falta de conectividad a Internet en las instituciones educativas rurales de: Carrizalito, Isleta, La Playa, Tobalito y Colegio El Cardón del Municipio de El Cocuy, genera un retraso y una brecha tecnológica que origina un sistema educativo deficiente y en desventaja frente a un mundo competitivo y globalizado. De acuerdo a informe Cisco3 de Noviembre de 2015, el cual hace una serie de recomendaciones para mejorar la educación en Latinoamérica basado en la experiencia de cinco países (Irlanda, Portugal, Nueva Zelanda, Uruguay y Estados Unidos), que lograron conectar todas sus escuelas con banda ancha de alta velocidad, la necesidad de trasformar los procesos educativos es latente y la tecnología es uno de los grandes aliados que tienen los países para lograrlo. El servicio de internet en la educación es fundamental, puesto que, esta situación se refleja si se comparan los resultados de las Pruebas Saber 11, de las dos instituciones, Colegio José Santos Gutiérrez y Colegio El Cardón (evaluados en los últimos 3 años); el primero está en la cabecera municipal y tiene el servicio de internet, el otro está en el área rural y carece del servicio. Se observa en la gráfica 1 que el Colegio José Santos Gutiérrez, ha demostrado mejor rendimiento académico en comparación con el otro, por ejemplo, ocho estudiantes de ésta institución, han sido beneficiados con el Programa del Gobierno Nacional “Ser Pilo

Paga”, mientras el otro no.

3 CISCO. Informe Programas de conectividad Escolar. [en línea]. Bogotá: La institución [citado 11,febrero, 2018]. Disponible en Internet :< URL: https://americas.thecisconetwork.com/site/content/lang/es/id/4558> Ser Pilo Paga – Programa del Gobierno Nacional en convenio con las mejores universidades del país, que busca fomentar la educación superior con calidad.

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Gráfica 1. Clasificación de planteles evaluados en los últimos 3 años

Fuente: Los Autores

En la gráfica 1 se puede observar la clasificación académica de los años 2016-2017 acorde a los resultados de las pruebas saber 11. En el municipio de El Cocuy actualmente existen 22 instituciones educativas rurales, de las cuales, solamente seis (6) instituciones tienen servicio de internet, mediante el programa del gobierno nacional Kioscos Vive Digital* (iniciativa que está enfocada a prestar un servicio comunitario y no de uso exclusivo para las instituciones educativas). Para el desarrollo del diseño del Radio-Enlace, fueron priorizadas cinco (5) instituciones, esto teniendo en cuenta aspectos como: número de estudiantes, condiciones geográficas y costos.

* Kioscos Vive Digital - Son puntos de acceso comunitario a Internet para los niños, jóvenes y adultos en zonas rurales de más de 100 habitantes, ubicados en las zonas más alejadas de Colombia, donde pueden conectarse a internet y recibir capacitaciones gratuitas en uso y apropiación de las TIC.

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Cuadro 1. Consolidado de alumnos por institución o sede

Fuente: GOBERNACIÓN DE BOYACÁ. Sistema de matricula estudiantil de educación basica y media. [en línea]. Bogotá: La institución [citado 17,mayo, 2018]. Disponible en Internet :< URL: http://sedboyaca.gov.co/>

En el cuadro 1 se puede observar el consolidado de alumnos por institución educativa.

http://sedboyaca.gov.co/

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3.OBJETIVO

3.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar un sistema de radio-enlace de comunicaciones que ofrezca una solución de conectividad de internet en las instituciones educativas rurales de: Carrizalito, Isleta, La Playa, Tobalito y Colegio El Cardón en el municipio de El Cocuy – Departamento de Boyacá. 3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer a través de una muestra las necesidades y los requerimientos de la población objetivo, para determinar el estado actual de acceso a servicios tecnológicos en las instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy.

Analizar información georreferenciada y técnica para determinar la viabilidad del diseño del radio-enlace de las instituciones educativas rurales incluidas en el proyecto.

Analizar los datos obtenidos en el sondeo, para determinar la valoración sobre el uso del servicio de internet en la instituciones educativas rurales de El Cocuy.

Realizar los cálculos matemáticos del radio-enlace y hacer su verificación con la herramienta de simulación Radio Mobile.

Estimar el costo aproximado de la implementación del radio-enlace, para las instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy.

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4. MARCO TEÓRICO

4.1 ESTADO DEL ARTE

En el proceso de investigación acerca de la problemática que se pretende resolver, es imperativo el hecho de buscar como guía de referencia, la forma como otros estudiantes e investigadores han abordado soluciones de problemáticas similares en diferentes sitios del mundo, la experiencia de ellos aporta al proceso de investigación en estudio y del cual se pretende obtener resultados eficientes.

No es un secreto que llevar internet a las instituciones educativas de las zonas rurales no es tarea fácil, pero existen diferentes tecnologías de las cuales se seleccionará la que más se ajuste a las condiciones geográficas, técnicas y económicas, objeto de la investigación.

Se abordaran varias experiencias de las cuales podemos mencionar las siguientes: En el año 2013 en la Universidad Politécnica de Valencia en Gandía España, se planteó un proyecto de grado llamado “ Estudio y diseño de una red WIMAX para dar cobertura de banda ancha en un entorno rural” cuyo autor Ainhoa Calvillo Teribia, buscó cubrir tres (3) puntos objetivos de la comunidad Valenciana en el área rural de España cubriendo con ello un sistema de video vigilancia ( Gestión de cámaras de seguridad) de una urbanización del municipio de Pedralba , otra fue dar servicio de internet a un hotel rural en el municipio de Gestalgar y por ultimo proveer del servicio de internet al municipio de Bugarra.

Inicialmente comparan tecnologías inalámbricas existentes en el momento, analizando la tecnología WI-FI la cual cubre áreas hasta 500 metros y la segunda WIMAX tiene cubrimiento hasta 50 kilómetros, buscando con ello recopilar información, como insumo normal para iniciar cualquier investigación; seguidamente se entendió que para el diseño se requiere un programa de simulación que sea fácil de manejar y con la opción de poder incluir las características de los equipos que más se adapten a las necesidades, la cobertura y los servicios a prestar al igual que la frecuencia con la cual se va a trabajar y se definió trabajar en banda libre de 5.4 Ghz , con lo que se elaboró un diseño de radioenlace con la tecnología WIMAX ,y con un solo propósito dar solución a la necesidad de estas zonas donde por sus características geográficas y por su escasa población los operadores de redes de telecomunicaciones no cubren.

En el año 2011 en la Escuela Politécnica del Ejército en Sangolquí, Ecuador desarrolló un proyecto de grado llamado “Diseño, Implementación y puesta en marcha de un radioenlace Digital entre la repetidora de Tres Cruces y la estación de Bombeo El salado mediante un repetidor Pasivo para Optimizar la Operación del Oleoducto Transecuatoriano” cuyo autor David Fernando Andino Martínez lo realizó para la Gerencia de Oleoducto – Petroecuador, donde inicialmente se

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analiza la situación técnica actual, los inconvenientes que se presentan a diario, dado que se tenía una estación de radio soportada eléctricamente con paneles solares los cuales de manera repetida presentaban fallas en cuanto los mismos no generaban la suficiente carga eléctrica a las baterías, como uno de los problemas a tratar y de igual forma se revisaron las condiciones técnicas de los equipos actuales haciendo un análisis detallado de sus características técnicas, se decidió hacer un cambio por una marca de mejores especificaciones técnicas buscando con esto mejorar el servicio y evitar tantos cortes en el monitoreo. Se usa el software libre llamado Radio Mobile como ayuda en la simulación dado que ya se tiene una ruta geográfica, sin embargo se asegura el funcionamiento de manera simulada y acorde a las especificaciones técnicas de los equipos nuevos. Para esta tarea se diseña la implementación de un repetidor pasivo espalda-espalda utilizando nuevas frecuencias asignadas por SENATEL (Secretaría Nacional de Telecomunicaciones de Ecuador), acorde a los cálculos realizados. Se describen las características técnicas de los equipos activos y pasivos que se desean instalar, efectuando pruebas de BER (Tasa de error binaria), se efectúa la implementación de los nuevos equipos marca ALCATEL 9400 AWY, y por último traslada el tráfico al nuevo enlace resolviendo con esto la inestabilidad en el tráfico de datos y monitoreo de la producción del Oleoducto Transecuatoriano. A través de este proyecto se puede ver que la mejora continua de la infraestructura de telecomunicaciones se puede dar utilizando las mismas rutas geográficas, pero avanzando en estabilidad de las soluciones ya instaladas, y logrando mejores resultados.

En el año 2012 en la Universidad Católica de Pereira se hizo una Práctica Académica llamada “Análisis, diseño, simulación y presupuestación de un radio enlace punto a punto entre los municipios de Belén de Umbría y Quinchía en el departamento de Risaralda en Colombia” cuyo autor Jorge Luis Galeano realizó un estudio para implementar un radio enlace punto a punto a través de un simulador llamado Radio Mobile utilizando especificaciones técnicas reales de equipos de la marca Huawei, efectuando en este caso, un análisis tanto técnico como financiero, los cuales son muy importantes a la hora de elaborar y diseñar un radioenlace. Esta práctica Académica tiene como fin diseñar la interconexión de dos puntos ubicados entre los municipios de Belén de Umbría y Quinchía en Risaralda, solucionando de esta manera la carencia de internet problemática existente en este municipio. Finalmente se elabora un presupuesto con el cual se viabiliza económicamente la realización de este radioenlace.

Se puede observar, que los radioenlaces son una alternativa de menor costo comparada con soluciones ya sea alámbricas o satelitales, asimismo, los radioenlaces cubren grandes zonas que por su ubicación geográfica difícilmente se podrían conectar.

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4.2 MARCO LEGAL

De acuerdo a las disposiciones de la resolución 689 de 2004, “Por la cual se atribuyen unas bandas de frecuencias para su libre utilización dentro del territorio nacional, mediante sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local, que utilicen tecnologías de espectro ensanchado y modulación digital, de banda ancha y baja potencia, y se dictan otras disposiciones”4. La utilización del espectro radioeléctrico en las bandas de frecuencias atribuidas bajo las condiciones establecidas en esta norma, no requiere habilitación distinta a la conferida de manera general por la presente resolución, sin perjuicio de la obligatoriedad de obtener la concesión respectiva cuando con este espectro radioeléctrico se pretenda prestar servicios de telecomunicaciones a terceros Se atribuyen dentro del territorio nacional, a título secundario, para operación sobre una base de no-interferencia y no protección de interferencia, los siguientes rangos de frecuencias radioeléctricas, para su libre utilización por sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local, que empleen tecnologías de espectro ensanchado y modulación digital, de banda ancha y baja potencia, en las condiciones establecidas por esta resolución5 a) Banda de 902 a 928 MHz; b) Banda de 2400 a 2483,5 MHz; c) Banda de 5150 a 5250 MHz; d) Banda de 5250 a 5350 MHz; e) Banda de 5470 a 5725 MHz; f) Banda de 5725 a 5850 MHz. De igual manera, el decreto 195 de 2005 en su artículo 46, enumera los límites máximos de exposición, quienes presten servicios y/o actividades de telecomunicaciones deben asegurar que en distintas zonas de exposición a campos electromagnéticos, el nivel de emisión de sus estaciones no exceda el límite máximo de exposición correspondiente a su frecuencia de operación, según los valores

4 COLOMBIA. MINISTERIO DE COMUNICACIONES. Resolución 689 (28, abril, 2004). Por la cual se atribuyen unas bandas de frecuencias para su libre utilización dentro del territorio nacional, mediante sistemas de acceso inalámbrico y redes inalámbricas de área local, que utilicen tecnologías de espectro ensanchado y modulación digital, de banda ancha y baja potencia, y se dictan otras disposiciones. Bogotá: El Ministerio,2004. p.1. 5 Ibid.,p.2. 6 COLOMBIA. CONGRESO DE LA REPUBLICA. Decreto 195 (31, enero, 2005). Por el cual se adopta límites de exposición de las personas a campos electromagnéticos, se adecuan procedimientos para la instalación de estaciones radioeléctricas y se dictan otras disposicionesBogotá: El Congreso, 2005. p.2.

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establecidos de la recomendación UIT-T K.52* “ Orientación sobre el cumplimiento de los límites de exposición de las personas a los campos electromagnéticos” 7 Por último, en el mes de Octubre de 2016 la Agencia Nacional del Espectro emite su resolución 711 de 2016, en esta se establecen las bandas de frecuencia de libre utilización dentro del territorio nacional y se derogan otras resoluciones. En su artículo primero. objeto.- La resolución establece las bandas de frecuencia de libre utilización dentro del territorio nacional, de conformidad a lo dispuesto en el artículo 11 de la ley 1341 de 2009 (Ley MINTIC), los parámetros técnicos, modos de operación en las bandas, aplicaciones, bandas restringidas, limites generales para radiadores intencionales y las excepciones a los limites generales, así como describir las condiciones técnicas especiales de operación. También su artículo tercero. condiciones operativas, parámetros técnicos y homologación de aparatos.- Para garantizar el uso eficiente de las bandas de frecuencias radioeléctricas definidas en la presente resolución, los aparatos deben funcionar de conformidad con los estándares técnicos de radiocomunicación establecidos o que establezca la Comisión de Regulación de Comunicaciones, o contar con los certificados de homologación que determine dicha entidad, de conformidad con lo dispuesto en el numeral 8 del artículo 22 de la ley 1341 de 2009, en los casos a que haya lugar. Asimismo, en su artículo Cuarto. Actualización.- se indica que fue actualizada la nota nacional CLM 5 del Cuadro Nacional de Bandas de Frecuencia – CNABF. En su artículo Quinto. Interferencias.- el uso del espectro no podrá causar interferencia a las estaciones de un servicio primario o secundario, de hacerlo deberá suspender la operación y no podrá reanudarla hasta que se subsane el conflicto interferente. De lo contrario podrán ser sancionados de conformidad con la ley 1341 de 2009, finalmente esta resolución deroga las siguientes resoluciones: 1520 de 2002, 2190 de 2003, 689 de 2004, 1689 de 2007, 2544 de 2009 y 473 de 2010.

* UIT – Unión internacional de Telecomunicaciones, es un organismo especializado en telecomunicaciones, de la Organización de Naciones Unidas. 7 COLOMBIA. CONGRESO DE LA REPUBLICA. Decreto 195, Op. cit., p.2.

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Figura 1. Bandas de frecuencias de libre utilización

Fuente: COLOMBIA. AGENCIA NACIONAL DEL ESPECTRO. Resolución 711 (11, octubre, 2016). Por la cual se establecen las bandas de frecuencia de libre utilización dentro del territorio nacional y se derogan algunas disposiciones :La Agencia,2016. p.4.

4.3 MARCO CONCEPTUAL

4.3.1 Reseña histórica. La aparición de la radio se establecio en 1888 cuando

Heinrich Hertz* demuestra experimentalmente la propagación de las ondas electromagnéticas, fenómeno que predice la Teoría Electromagnética de Maxwell más de veinte años antes, en 1864. La detección de las ondas hertzianas permite transmitir información utilizando un código (por ejemplo, el morse) sin necesidad de enlazar mediante conductores la fuente de información, el transmisor, y el destinatario de la misma, el receptor. Los primeros experimentos de transmisión por radio se atribuyen a Marconi hacia finales del siglo XIX, aunque se han reportado otros experimentos realizados casi simultáneamente por Tesla y Popov. En particular, Marconi demostró en 1895 la viabilidad de una comunicación telegráfica móvil entre un transmisor y un receptor separados por grandes distancias, permitiendo que la transmisión de las señales telegráficas no fuera prerrogativa de usuarios de equipos inmovilizados por alambres y sentando las bases de las comunicaciones móviles modernas. Es interesante el hecho de que estas primeras transmisiones fueran digitales y que quedaran relegadas a un segundo plano ante la aparición de las comunicaciones de voz mediante técnicas de radio.8

* Heinrich Hertz – Físico alemán que descubrió el efecto fotoeléctrico, la propagación de las ondas electromagnéticas y las formas para producirlas y detectarlas. 8 CADENAS CRESPO, C. Radiocomunicaciones. Bogotá : Pearson Educación, S.A.2008.p.67.

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El desarrollo de los sistemas de Radiocomunicaciones se centró en el perfeccionamiento de los transmisores y los receptores, y fundamentalmente buscó aumentar la eficiencia, tanto en la emisión de potencia como en la ocupación del espacio radioeléctrico. En el año 1907 se establecen las primeras conexiones comerciales transatlánticas entre el Reino Unido y los Estados Unidos de América.9 El período entre 1910 y 1919, se destacó por la construcción de transmisores con grandes antenas de baja frecuencia y elevada potencia, introdujeron mejores técnicas, como las ayudas a la navegación, las comunicaciones con submarinos sumergidos y los sistemas de control a distancia. Nace la transmisión AM, usando una frecuencia portadora modulada por una señal de voz. Para el año 1922: La BBC* de Londres emitió su primer programa no experimental. Posteriormente en el año 1924 En España, se inauguró la primera emisora, radio Barcelona, también en este año los radioaficionados realizan los primeros QSO (QSO: Es un contacto que se hace por radio entre dos o más radioaficionados)10 entre Francia y Australia. En el año siguiente 1925 para la época ya existían unas 600 emisoras de onda media, otro suceso importante en este año fueron los primeros experimentos de televisión, que iniciaron en Gran Bretaña. Entre los años 1930 y 1939 se da paso al desarrollo de las microondas y el radar; las frecuencias de trabajo, en las bandas de baja, media y alta, hacían que las antenas tuvieran dimensiones mucho menores o comparables a la longitud de onda. En 1932: ya se había perfeccionado el sistema de radar, y se podían detectar aviones a una distancia de 80 kilómetros del transmisor. Durante la Segunda Guerra Mundial (1939 - 1945) se desarrolló toda la tecnología de guías de onda. Los trabajos de investigación fueron recopilados, bajo la supervisión del "National Defense Research Coninúttee"*. Muchos de los textos siguen siendo una referencia obligada en la actualidad. Para el año 1960: La NASA de EEUU, puso en órbita a "Echo I A", el primer satélite de comunicaciones localizada a una altitud de 1600 Km que reflejaba las señales radioeléctricas que recibía. La potencia de los transmisores era de 10 kW, las frecuencias de 960 MHz y 2390 MHz, con unas antenas de 25 y 18 m de diámetro. En el año 1965: El primer satélite comercial en órbita geoestacionaria fue el INTELSAT I. Fue lanzado el 6 de Abril de 1965 y estuvo en operación hasta 1969.

9 Ibid.,p.67. * BBC: La British Broadcasting Corporation (en español: Corporación de Radiodifusión Británica) — es el servicio público de radio y televisión del Reino Unido. 10 PINILLA, Victor. Conceptos básicos de la radioafición: México: Universidad nacional Autonoma de México.2011,p.21. * National Defense Research Coninúttee: Organización creada para coordinar y supervisar investigaciones científicas sobre los problemas subyacentes en el desarrollo, producción y uso de mecanismos y dispositivos de guerra en los Estados Unidos

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Las comunicaciones se iniciaron de forma operativa el 28 de Junio de 1965. El satélite tenía dos transpondedores de 25 MHz de ancho de banda. Los enlaces ascendentes estaban a 6301 MHz para Europa y 6390 MHz para Estados Unidos. Los enlaces descendentes estaban a las frecuencias de 4.081 MHz y 4161 MHz. Con dicho satélite se inicia la actual época de telecomunicación espacial. El INTELSAT I podía transmitir 240 canales vocales o un canal de TV, en 1968: Los satélites de la serie INTELSAT III se empezaron a lanzar, podían transmitir 1200 circuitos telefónicos y 2 canales de TV. En 1971: Los de la serie IV se empezaron a lanzar, con 4000 canales y 2 de TV.

En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial Móvil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Móviles. Lo más destacado de él es que unifica los sistemas europeos, considerada la primera generación de la telefonía móvil.

La Segunda Generación o 2G de la telefonía móvil se da en el año 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital, utiliza protocolos de codificación más sofisticados y son los sistemas de telefonía celular usados en la actualidad. Luego es actualizada, a la generación 2.5G, esta tecnología es más rápida y permite la conexión a internet.

La Tercera Generación o 3G, se desarrollo en el año 2001, esta generación es la convergencia de la voz y datos con acceso inalámbrico a internet, permite acceso rápido a internet con altas transmisiones de datos, lo más relevante es la posibilidad de transmitir video en movimiento, video llamadas y la aparición de los teléfonos inteligentes (Smartphone), entre otras.

La Cuarta Generación o 4G, surge en el año 2010 se caracteriza por estar basado totalmente en el protocolo IP, el objetivo principal de esta tecnología es garantizar altas velocidades. Entre los servicios ofrecidos tenemos acceso móvil web, telefonía IP, servicios de juegos, TV móvil de alta definición, videoconferencia, televisión 3D, computación en la nube.

La Quinta Generación inicio en el año 2015, las mejoras en esta generación obedece a mayores velocidades de banda ancha, velocidades de 1 a 10 Gigabits por segundo (Gbps), soporta internet de las cosas*, se reduce en un 90% el consumo de energía en la red. Su tecnología de radio facilita versiones diferentes para compartir espectro de manera eficiente.

4.3.2 Espectro electromagnético. El espectro electromagnético es el conjunto de ondas formadas en la naturaleza y comprende, entre muchas otras, las ondas que producen la electricidad, aquellas emitidas al hablar, la luz visible, los rayos

* Internet de las cosas (en inglés, Internet of Things, abreviado IoT). Es un concepto que se refierea la interconexión digital de objetos cotidianos con Internet.

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cósmicos y las ondas empleadas para transmitir señales en servicios de telecomunicaciones. El objetivo de un sistema electrónico de comunicaciones es transferir a grandes distancias información entre dos o más lugares, esto se logra convirtiendo la información original a energía electromagnética, para transmitirla a continuación a uno o más estaciones receptoras, donde se convierte a su estado original. La energía electromagnética se puede propagar en forma de voltaje o corriente, a través de un conductor o hilo metálico, o bien en forma de ondas de radio emitidas hacia el espacio libre, o como ondas luminosas a través de una fibra óptica. La energía electromagnética se distribuye en un intervalo casi infinito de frecuencias. La frecuencia es la cantidad de veces que sucede un movimiento periódico, como puede ser una onda senoidal de voltaje o de corriente, durante determinado periodo. Cada inversión completa de la onda se llama ciclo. La unidad básica de frecuencia es el hertz, y un hertz es igual a un ciclo por segundo (1 Hz = 1 cps). Los Hertz se abrevian como Hz, y se les antepone una k (kilo Hertz o kHz = 1,000 Hz), una M (Mega Hertz o MHz = 1,000 kHz = 1´000,000 Hz), o una G (Giga o GHz = 1,000 MHz = 1´000,000 kHz = 1,000´000,000 Hz), según sea el caso cuando se representan grandes frecuencias11 Figura 2. Espectro electromagnético

Fuente: ASUNGALERA. Espectro electromagnético. [en línea]. Bogotá: La institución [citado 17,mayo, 2018]. Disponible en Internet :< URL: https://asungalera.wordpress.com/2016/09/25/espectro-electromagnetico/>

11 TOMASI, W. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas, Mexico: Pearson Educación.2003.p.45.

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4.3.3 Espectro radioeléctrico. El espectro radioeléctrico es una porción del

espectro electromagnético utilizado para la transmisión de los diferentes servicios de telecomunicaciones (radio, television digital terrestre, internet, telefonia celular, etc). El espectro radioeléctrico permite la propagación de ondas electromagnéticas sin utilizar una guía artificial (sin cables), y convencionalmente está por debajo de los 3000 GHz. A su vez, el espectro radioeléctrico se fracciona en “bandas de frecuencias”, dependiendo de los servicios asignados 12 Los tipos de frecuencias varían, entre otras: (1) si las ondas pueden atravesar muros (las utilizadas para la telefonía celular o aquellas para radio FM), (2) si requieren tener línea de vista, es decir, si el equipo transmisor debe estar sin obstáculo alguno entre dicho equipo y la antena receptora (las estaciones transmisoras a satélite o las antenas microondas punto a punto para prestar servicios dedicados para transmisión de datos), o (3) el alcance o distancias que pueden recorrer sin la distorsión de las señales transmitidas.13 El espectro radioeléctrico es un recurso natural, finito y escaso. Es finito porque las frecuencias que componen el espectro radioeléctrico son las que están en el rango de entre los 3 Hz y los 3000 GHz. Por tanto, la escasez del espectro radioeléctrico se deriva principalmente de:

Las frecuencias se agrupan en bandas de frecuencias con la finalidad de identificar qué tipo de servicio(s) puede(n) prestarse en cada una de ellas conforme lo permiten las características de las frecuencias y según la disponibilidad de equipos de telecomunicaciones para hacer uso de éstas.

La utilización de las bandas de frecuencias siempre están sujetas por el avance tecnológico, La mayor parte de las bandas de frecuencias del espectro radioeléctrico están desocupadas por el simple hecho de que no existe hoy día tecnología para su explotación.

La saturación de las bandas de frecuencias en algunas zonas, lo que es una consecuencia de la utilización de la banda por uno o por varios usuarios, la escasez del espectro radioeléctrico no es generalizada, porque no es lo mismo su ocupación en la ciudad de Bogotá que en una zona apartada rural, en Bogotá posiblemente ciertas bandas estén ocupadas en su totalidad, en tanto en el otro lugar probablemente estén desocupadas o mínimamente ocupadas. Por lo tanto, se puede inferir que la escasez del espectro radioeléctrico dependerá de la banda de frecuencia de que se trate y de cuál es el nivel de ocupación en la cobertura territorial respectiva.

12 ALVAREZ GONZALEZ, C. L. Derecho de las Telecomunicaciones, Puebla Mexico: Magnograf 2012.p.33. 13 Ibid.,p.34.

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Como se mencionó anteriormente, la evolución de la tecnología posibilita hacer un uso más eficiente del espectro radioeléctrico, utilizar una misma banda de frecuencias pueda incluso destinarse simultáneamente a diferentes usos, esto sólo representa que está utilizándose de manera más óptima garantizando la prestación de más servicios.14 4.3.3.1 Bandas de frecuencia. La división del espectro radioeléctrico en bandas se

puede observar en la figura 3. La designación de cada banda y los servicios que tienen asignados. Una banda de frecuencias que reviste un interés especial para la comunicación por radio es la compuesta por las frecuencias de microondas, las cuales cubren el rango de 500 MHz a 40 GHz y superiores. Esta banda ha sido dividida a su vez en varias bandas denominadas por letras desde los años cuarenta. La designación de las bandas de microondas aparece en la tabla 1.15 La radiocomunicación está presente en la vida actual a través de la radio, tanto AM como FM, la televisión, telefonía y el internet, aunque el usuario no siempre sea consciente de que su interlocutor está a centenares o miles de kilómetros y que su voz pasa por radioenlaces, estaciones terrenas y transpondedores a bordo de satélites, o quizás está moviéndose libremente por la calle de una ciudad de cualquier país del mundo 16 El desarrollo de la tecnología de radio ha derivado también sistemas RADAR (Radio Detection And Ranging) para la detección, localización y seguimiento de blancos alejados, tanto marinos como aéreos y terrestres, principalmente con fines militares pero también ayudando al tráfico aéreo civil, al guiado de naves espaciales, a determinar la situación meteorológica, etc.17 Tabla 1. División del espectro radioeléctrico en bandas

Fuente: CADENAS CRESPO, C. Radiocomunicaciones. Bogotá : Pearson Educación, S.A.2008.p.67.

14 Ibid.,p.33. 15 CADENAS,Op.cit.,p.31. 16 Ibid.,p.32. 17 Ibid.,p.33.

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Figura 3. Designación de las bandas de microondas

Fuente: CONATEL. Bandas de frecuencia. [en línea]. Bogotá: La institución [citado 21,junio, 2017]. Disponible en Internet :< URL http://www.conatel.gob.ve/wp-content/uploads/2014/10/Bandas-de-Frecuencias-Final.jpg>

4.3.3.2 Ondas electromagnéticas transversales. La propagación de la energía

eléctrica por una línea de transmisión se hace en forma de ondas electromagnéticas transversales (EMT). Una onda es un movimiento oscilatorio. La vibración de una partícula excita vibraciones semejantes en las partículas vecinas. Una onda EMT se propaga principalmente en el no conductor (dieléctrico) que separa los dos conductores de una línea de transmisión. En consecuencia, la onda viaja, o se propaga, a través de un medio. Para una onda transversal, la dirección del desplazamiento es perpendicular a la dirección de propagación. Una onda superficial de agua es una onda longitudinal. Las ondas sonoras son longitudinales. Una onda electromagnética (EM) se produce por la aceleración de una carga eléctrica. En un conductor, la corriente y el voltaje siempre se acompañan por un campo eléctrico E y un campo magnético H en la región vecina del espacio. La figura 4 muestra las relaciones espaciales entre los campos E y H de una onda electromagnética 18

18 TOMASI,Op.cit.,p.45.

31

Figura 4. Relación espacial entre los campos E y H de una onda electromagnética

Fuente: TOMASI, W. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas, Mexico: Pearson Educación.2003.p.45.

4.3.4 Radiocomunicación. La radiocomunicación se define como el tipo de

comunicación realizada a través de ondas radioeléctricas, a la vez conocidas como ondas hertzianas, las ondas radioeléctricas son ondas electromagnéticas que se propagan a través del espacio. Al contrario de lo que sucede con las ondas mecánicas como el sonido, pueden propagarse a través del vacío. Esto hace posible, entre otras cosas, las comunicaciones vía satélite y espaciales19 La comunicación vía radio se realiza a través del espectro radioeléctrico, las propiedades son diversas dependiendo de sus bandas de frecuencia. Las transmisiones de televisión, radio, radar y telefonía celular están incluidos en esta clase de emisiones de radiofrecuencia. Todo esto hace que la radiocomunicación sea un tema de actualidad, con numerosos retos científicos y tecnológicos, con importantes aplicaciones en servicios de demanda actual y que, por tanto, requiere de personal altamente calificado para su investigación, desarrollo, realización práctica y comercialización 20 4.3.4.1 Canales de radio. Está definido como el enlace entre dos puntos de un

trayecto de comunicaciones. Así mismo, el canal de radio, por lo general, es lineal y recíproco (permite estudiar el canal en una sola dirección). En la Figura 5 podemos observar los diferentes tipos de canales de radio que se estudiaran 21

19 GARCÍA, Rodrigo. Instalaciones de Radiocomunicaciones. México: Paraninfo S.A,2012.p.33. 20 CADENAS.Op.cit.,p.39. 21 Ibid.,p.41.

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Figura 5. Tipos de canal en radiocomunicaciones

Fuente: CADENAS CRESPO, C. Radiocomunicaciones. Bogotá : Pearson Educación, S.A.2008.p.67.

4.3.4.2 Canal de propagación. El medio físico que soporta la propagación de la onda electromagnética entre la antena transmisora y la receptora constituye el canal de propagación. El canal se asume lineal y recíproco, pero puede variar en el tiempo, como en el caso de las comunicaciones móviles.22 4.3.4.3 Canal de radio. El canal de radio está constituido por la antena transmisora,

el canal de propagación y la antena receptora. Las antenas tienen el mismo patrón de radiación en transmisión y en recepción si son lineales, bilaterales y pasivas, lo cual hace que el canal de radio sea recíproco al serlo las antenas 23 4.3.4.4 Canal de modulación. Se extiende desde la salida del modulador hasta la entrada del demodulador, y comprende las etapas finales del transmisor, el canal de radio y las etapas de entrada del receptor. Su caracterización es importante a la hora de evaluar los diferentes esquemas de modulación. La linealidad del canal de modulación está determinada por los front-ends del transmisor y del receptor. Los sistemas que emplean modulaciones con multiniveles de amplitud, como la QAM, requieren canales de modulación lineales: amplificadores lineales, mezcladores de baja distorsión y filtros con fase lineal (Bessel o Gauss). Esto genera dos problemas: amplificadores más caros y menos eficientes en cuanto a la potencia, lo cual es de importancia capital en un entorno de comunicaciones móviles donde es imprescindible la reducción de las dimensiones y el consumo de la batería del terminal portátil. El canal de modulación no es recíproco al no serlo los front-ends.24

22 Ibid.,p.41. 23 Ibid.,p.44. 24 Ibid.,p.42.

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4.3.4.5 Canal digital. Incluye todos los subsistemas que enlazan la secuencia digital

sin modular del transmisor, con la secuencia regenerada en el receptor. En general, este canal no es lineal, no es recíproco y varía en el tiempo 25 4.3.5 Capacidad del canal. Existe una gran variedad de efectos nocivos que

distorsionan o corrompen la señal, para los datos digitales, por tanto, se debe resolver en qué medida estos efectos limitan la velocidad con que se pueden transmitir. Se denomina capacidad del canal a la velocidad a la que se pueden transmitir los datos en un canal. Hay cuatro conceptos relacionados con la capacidad, que son:

La velocidad de transmisión de los datos: Es la velocidad expresada en bits

por segundo (bps), en que se pueden transmitir los datos.

El ancho de banda: Es el ancho de banda de la señal transmitida que estará

limitado por el transmisor y por la naturaleza del medio de transmisión; se mide en ciclos por segundo o hertzios.

El ruido: es el nivel medio de ruido a través del camino de transmisión.

La tasa de errores: es la tasa a la que ocurren los errores. Se considera que ha

habido un error cuando se recibe un 1 habiendo transmitido un 0, o se recibe un 0 habiendo transmitido un 1. El problema considerado aquí es el siguiente: los servicios de comunicaciones son, por lo general, caros, y normalmente cuanto mayor es el ancho de banda requerido por el servicio, mayor es el costo. Todos los canales de transmisión están limitados en banda. Las limitaciones surgen de las propiedades físicas de los medios de transmisión o por limitaciones que se imponen deliberadamente en el transmisor para prevenir interferencias con otras fuentes, por lo tanto, es deseable hacer uso tan eficiente como sea posible, dado un ancho de banda limitado. Para los datos digitales, esto significa que para un ancho de banda determinado seria deseable conseguir la mayor velocidad de datos posible no superando la tasa de errores permitida. El mayor inconveniente para conseguir este propósito es la existencia de ruido 26 4.3.5.1 Ancho de banda de Nyquist. Si consideramos el caso de un canal exento

de ruido, la limitación en la velocidad de los datos está impuesta simplemente por el ancho de banda de la señal, Nyquist formalizó esta limitación, afirmando que, si la velocidad de transmisión de la señal es 2B, entonces una señal con frecuencias no superiores a B es suficiente para transportar esta velocidad de transmisión de la

25 Ibid.,p.41. 26 STALLINGS, William. Comunicaciones y redes de computadores.México: Prentice Hall.2000.p.44.

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señal. Y viceversa: dado un ancho de banda de B, la velocidad mayor de transmisión de la señal que se puede conseguir es 2B. Esta limitación está provocada por la interferencia entre símbolos, que se produce por la distorsión de retardo. La formulación de Nyquist para el caso de señales multinivel es:

Ecuación 1. Formulacion de Nyquist

𝐶 = 2𝐵𝑙𝑜𝑔2𝑀 (1) Donde, M = número de señales discretas o niveles de tensión. C = capacidad del canal dado en (bps) B = ancho de banda dado en (hertz) 27

4.3.5.2 Capacidad de Shannon. La fórmula de Nyquist implica que al duplicar el ancho de banda se duplica la velocidad de transmisión, si todo lo demás se mantiene inalterado. Ahora se establece una relación entre la velocidad de transmisión, el ruido y la tasa de errores. La presencia de ruido puede corromper uno o más bits. Si se aumenta la velocidad de transmisión, el bit se hace más corto de tal manera que dado un patrón de ruido, éste afectará a un mayor número de bits. Así pues, dado el nivel de ruido, cuanto mayor es la velocidad de transmisión, mayor es la tasa de errores. Los conceptos anteriormente relacionados se pueden relacionar con la fórmula desarrollada por el matemático Claude Shannon. Cuanto mayor es la velocidad de transmisión, mayor es el daño que puede ocasionar el ruido. Dado un nivel de ruido, es de esperar que incrementando la energía de la señal se mejoraría la recepción de datos en presencia de ruido. Un parámetro fundamental en el desarrollo de este razonamiento es la relación señal-ruido (SNR), que se define como el cociente entre la potencia de la señal y la potencia del ruido presente en un punto determinado en el medio de transmisión. Generalmente, este cociente se mide en el receptor, ya que es aquí donde se realiza el procesado de señal y la eliminación del ruido no deseado. La relación señal a ruido se expresa en decibelios (dB).28

Ecuación 2. Relacion señal a ruido (SNR)

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10 𝐿𝑜𝑔10(𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙

𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑖𝑑𝑜) (2)

Tanto la potencia de señal como la potencia de ruido se expresa en Watts. Cuanto excede la señal al nivel de ruido. Una SNR alta significará una señal de alta calidad y la necesidad de un reducido número de repetidores.

27 Ibid.,p.33. 28 Ibid.,p.36.

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La SNR es importante en la transmisión de datos digitales, ya que determina la máxima velocidad de transmisión que se puede conseguir. Una conclusión de Shannon es que la capacidad máxima del canal, en bits por segundo, esta dada por la ecuación:

Ecuación 3. Capacidad de Shannon

𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆𝑁𝑅 ) (3) Donde, C = Es la capacidad teórica del canal expresado en bits por segundo. (bps). B = Es el ancho de banda del canal expresado en Hertz. (Hz). SNR = Es el valor señal a ruido expresado en watts. La capacidad tal como se calcula en la formula se denomina capacidad libre de errores. Shannon probó que, si la tasa de información real en el canal es menor que la capacidad libre errores, entonces es posible teóricamente usar una codificación de la señal que consiga una transmisión exenta de errores a través del canal. Desafortunadamente, el teorema de Shannon no sugiere la manera de encontrar dicho código, pero proporciona un criterio de referencia con el que se pueden comparar las prestaciones de los esquemas de comunicación reales.29 4.3.5.3 Potencia de Ruido Térmico. Es una señal no deseada que poseen todas

las frecuencias audibles e interviene con la señal transmitida generada por dispositivos electrónicos. Este tipo de ruido se genera debido a la agitación térmica de los electrones en la línea de transmisión, o a la inducción de líneas eléctricas adyacentes, modificando así la diferencia de potencial eléctrico (voltaje), por lo general este tipo de ruido no causa grandes problemas a menos que su nivel sea elevado. El movimiento aleatorio se produce en todas las frecuencias. Por consiguiente, el ruido térmico es el movimiento aleatorio de los electrones libres dentro de un conductor, causado por la agitación térmica. El movimiento aleatorio de los electrones fue reconocido por primera vez en 1927, por J. B. Johnson de los Bell Telephone Laboratories. Los electrones en el interior de un conductor portan una carga negativa unitaria, y la velocidad cuadrática media de uno de ellos es proporcional a su temperatura absoluta. En consecuencia, cada paso de un electrón entre choques con moléculas produce un corto pulso de corriente, que produce un voltaje pequeño a través del componente resistivo del conductor. Como este tipo de movimientos del electrón es totalmente aleatorio y es en todas direcciones, el voltaje promedio en la sustancia debido a esos movimientos es 0 V cd. Sin embargo, ese movimiento aleatorio sí produce una componente de ca debida a la agitación térmica tiene varios nombres, que incluyen al de ruido térmico, porque depende de la temperatura; también movimiento browniano, por su

29 Ibid.,p.46.

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descubridor, ruido de Johnson, en honor de quien relacionó el movimiento browniano de las partículas con el movimiento de los electrones y, ruido blanco, porque el movimiento aleatorio se produce en todas las frecuencias. Por consiguiente, el ruido térmico es el movimiento aleatorio de los electrones libres dentro de un conductor, causado por la agitación térmica30 La potencia del ruido, en forma matemática es:

Ecuación 4. Potencia de ruido térmico

𝑁 = 𝐾 ∗ 𝑇 ∗ 𝐵 (4) Donde, N = Potencia del ruido (watts) B = Ancho de banda (hertz)

K = Constante de proporcionalidad de Boltzmann (1.38 * 10−23 joules por grado kelvin) T = Temperatura absoluta, en grados kelvin (la temperatura ambiente =17° C o 290° K) Para convertir de °C a grados kelvin sólo se suma 273°. Por consiguiente, T = °C + 273. Cálculo de potencia de ruido térmico, expresada en dBm (decibelios referidos a 1 miliwatt), es una función logarítmica, igual a:

Ecuación 5. Potencia de ruido térmico expresada en dBm

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10 𝐿𝑜𝑔 (𝐾∗𝑇

0.001) + 10𝐿𝑜𝑔 𝐵 (5)

Donde: N = Potencia del ruido en watts K = la constante de Boltzmann T = Temperatura equivalente de ruido de la fuente B = ancho de banda (hertz)31 4.3.6 Propagación de ondas en línea de transmisión. Las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz cuando se propagan en el vacío, y casi a la velocidad de la luz cuando lo hacen a través del aire. Sin embargo, en las líneas metálicas de transmisión, donde el conductor suele ser cobre, y en los

30 TOMASI.Op.cit.,p.56. 31 Ibid.,p.59.

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materiales dieléctricos, la velocidad varía mucho de acuerdo con el tipo de cable, y una onda electromagnética viaja con mucha mayor lentitud 32

4.3.6.1 Factor de velocidad. El factor de velocidad (llamado a veces constante de velocidad) se define como la relación de la velocidad real de propagación a través de determinado medio, entre la velocidad de propagación a través del espacio vacío. La definición matemática del factor de velocidad es:

Ecuación 6. Factor de velocidad

𝑉𝑓= 𝑉𝑝

𝐶 (6)

Donde,

Vf = factor de velocidad (adimensional) Vp = velocidad real de propagación (metros por segundo)

C = velocidad de propagación a través del espacio vacío (C = 3 X 108 m/s)33

4.3.7 Propiedades ópticas de las ondas de radio. En la atmósfera terrestre, la

propagación de frentes de ondas y rayos puede diferir del comportamiento en el espacio libre, debido a efectos ópticos, como refracción, reflexión, difracción e interferencia. En una terminología muy coloquial, se puede imaginar la refracción como la flexión, la reflexión como rebote, la difracción como dispersión y la interferencia como choques. Se dice que la refracción, la reflexión, la difracción y la interferencia son propiedades ópticas porque se observaron primero en la ciencia de la óptica, que estudia el comportamiento de las ondas luminosas. Como las ondas luminosas son ondas electromagnéticas de alta frecuencia, parece razonable que las propiedades ópticas también se apliquen a la propagación de las ondas de radio. Aunque se pueden analizar por completo los principios ópticos aplicando las ecuaciones de Maxwell, lo cual es complicado por necesidad. Para la mayoría de las aplicaciones, se pueden sustituir las ecuaciones de Maxwell por el trazo geométrico de rayos 34

4.3.7.1 Refracción. La refracción electromagnética es el cambio de dirección de un rayo al pasar en dirección oblicua de un medio a otro con distinta velocidad de propagación. La velocidad a la que se propaga una onda electromagnética es inversamente proporcional a la densidad del medio en el que lo hace. Por consiguiente, hay refracción siempre que una onda de radio pasa de un medio a otro de distinta densidad. La figura 6 muestra la refracción de un frente de onda en una frontera plana entre dos medios con distintas densidades. Para este ejemplo, el medio 1 es menos denso que el medio 2, por lo que v1 > v2. Se puede ver que el rayo A entra al medio más denso antes que el rayo B. Así, el rayo B se propaga con más rapidez que el rayo A, y viaja la distancia B-B′ durante el mismo tiempo que el


38

rayo A recorre la distancia A-A′. Por consiguiente, el frente de onda A′B′ se inclina o se dobla hacia abajo 35

Figura 6. Refracción en una frontera plana entre dos medios

Fuente: TOMASI, William. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas, Mexico: Pearson Educación.2003.p.45.

4.3.7.2 Reflexión. Reflejar quiere decir regresar, y la reflexión es el acto de reflejar.

La reflexión electromagnética se presenta cuando una onda incidente choca con una frontera entre dos medios, y algo o toda la potencia incidente no entra al segundo material. Las ondas que no penetran al segundo medio se reflejan. La figura 7 muestra la reflexión de una onda electromagnética en un plano limítrofe entre dos medios. Como todas las ondas reflejadas permanecen en el medio 1, las velocidades de las ondas incidente y reflejada son iguales36

35 Ibid.,p.45. 36 Ibid.,p.46.

39

Figura 7. Reflexión electromagnética en una frontera plana entre dos medios


4.3.7.3 Difracción. Se define a la difracción como la modulación o redistribución de

la energía dentro de un frente de onda, al pasar cerca de la orilla de un objeto opaco. La difracción es el fenómeno que permite que las ondas luminosas o de radio se propaguen en torno a esquinas. En la descripción anterior de la refracción y la reflexión se supuso que las dimensiones de las superficies refractora y reflectora eran grandes con respecto a una longitud de onda de la señal. Sin embargo, cuando un frente de onda pasa cerca de un obstáculo o discontinuidad cuyas dimensiones sean de tamaño comparable a una longitud de onda, no se puede usar el análisis geométrico simple para explicar los resultados, y es necesario recurrir al principio de Huygens*, que se puede deducir de las ecuaciones de Maxwell. El principio de Huygens establece que todo punto sobre determinado frente de onda esférico se puede considerar como una fuente puntual secundaria de ondas electromagnéticas, desde la cual se irradian y se alejan otras ondas secundarias. El principio de Huygens se ilustra en la figura 837

* Huygens - Físico y astrónomo holandés, propuso un mecanismo simple para trazar la propagación de ondas. 37 TOMASI.Op.cit.,p.42.

40

Figura 8. Difracción de las ondas electromagnéticas: (a) principio de Huygens para un frente de onda plano


4.3.7.4 Interferencia. La interferencia de ondas de radio como se observa en la

figura 9 se produce siempre que se combinan dos o más ondas electromagnéticas de tal manera que se degrada el funcionamiento del sistema. La refracción, la reflexión y la difracción pertenecen a la óptica geométrica, y eso quiere decir que su comportamiento se analiza principalmente en función de rayos y de frentes de onda. Por otro lado, la interferencia está sujeta al principio de la superposición lineal de las ondas electromagnéticas, y se presenta siempre que dos o más ondas ocupan el mismo punto del espacio en forma simultánea. El principio de la superposición lineal establece que la intensidad total de voltaje en un punto dado en el espacio es la suma de los vectores de onda individuales. Ciertos tipos de medios de propagación tienen propiedades no lineales; sin embargo, en un medio ordinario, como la atmósfera terrestre, es válida la superposición lineal.38

38 Ibid.,p.44.

41

Figura 9. Interferencia de las ondas electromagnéticas


4.3.8 Pérdidas en trayectoria por el espacio libre. Según su definición es la

pérdida sufrida por una onda electromagnética al propagarse en línea recta por un vacío, sin absorción ni reflexión de energía en objetos cercanos. La pérdida en trayectoria por el espacio libre es una cantidad técnica artificial que se originó debido a la manipulación de las ecuaciones de presupuesto de un enlace de comunicaciones, que deben tener determinado formato en el que se incluye la ganancia de la antena transmisora, la pérdida en trayectoria por el espacio libre y el área efectiva de la antena receptora. En realidad no se pierde energía alguna; tan sólo se reparte al propagarse alejándose de la fuente, y se produce una menor densidad de potencia en determinado punto a determinada distancia de la fuente. En consecuencia, un término más adecuado para definir el fenómeno es pérdida por dispersión. Y se debe simplemente a la ley del cuadrado inverso, y es expresada en decibeles así: (TOMASI, 2003)

Ecuación 7. Pérdidas en la trayectoria en espacio libre (adimensional)

𝐿𝑝(𝑑𝑏) = (4𝜋𝐷

𝜆)

2

= (4𝜋𝐷𝑓

𝐶)

2

(2)39

Donde

Lp = pérdida en trayectoria por el espacio libre (adimensional) D = distancia (kilómetros) f = frecuencia (Hertz) λ = longitud de onda (metros)

c = velocidad de la luz en el espacio libre (3 X 108 metros por segundo)

Cuando la frecuencia se expresa en GHz y la distancia en km

39 Ibid.,p.48.

42

Ecuación 8. Perdidas en la trayectoria en espacio libre en Ghz

𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(𝐺𝐻𝑧) + 20log 𝐷(𝑘𝑚) (3)

4.3.9 Margen de desvanecimiento. Las radiocomunicaciones entre lugares

remotos, sean de tierra a tierra o de tierra a satélite, requieren la propagación de señales electromagnéticas por el espacio libre. Al propagarse una onda electromagnética por la atmósfera terrestre, la señal puede tener pérdidas intermitentes de intensidad, además de la pérdida normal en la trayectoria. Esas pérdidas se pueden atribuir a diversos fenómenos, que incluyen efectos de corto y de largo plazo. Esta variación en la pérdida de la señal se llama desvanecimiento y se puede atribuir a perturbaciones meteorológicas como lluvia, nieve, granizo, etc.; a trayectorias múltiples de transmisión y a una superficie terrestre irregular. Para tener en cuenta el desvanecimiento temporal, se agrega una pérdida adicional de transmisión a la pérdida en trayectoria normal. A esta pérdida se le llama margen de desvanecimiento. En esencia, el margen de desvanecimiento es un “factor espurio” que se incluye en la ecuación de ganancia del sistema para considerar las características no ideales y menos predecibles de la propagación de las ondas de radio, como por ejemplo la propagación por trayectorias múltiples y la sensibilidad del terreno. Donde se obtiene la siguiente ecuación:

Ecuación 9. Margen desvanecimiento

𝐹𝑚 = 30 log(𝐷) + 10 log(6𝐴𝐵𝑓) − 10 log(1 − 𝑅) − 70 (4)

Donde: 𝐹𝑚 = margen de desvanecimiento (decibeles) D = distancia (kilómetros) f = frecuencia (gigahertz) R = confiabilidad en tanto por uno (es decir, 99,99 % = 0,9999 de confiabilidad) (1 – R) = objetivo de confiabilidad para una ruta de 400 km en un sentido A = factor de rugosidad B = factor para convertir la peor probabilidad mensual en una probabilidad anual40

4.3.10 Zona Fresnel. Son elipsoides concéntricos que rodean al rayo directo de un

enlace radioeléctrico y que quedan definidos a partir de las posiciones de las antenas transmisora y receptora, como se puede observar en la figura 10. 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

40 Ibid.,p.44.

43

respecto al rayo directo equivalente a un desfase múltiplo de 180º. Precisamente este valor del múltiplo determina el n-ésimo elipsoide de Fresnel 41

De este modo, la primera zona de Fresnel (n = 1) se caracteriza por el volumen interior al elipsoide con diferencia de distancias igual a una semilongitud de onda o diferencia de fases de 180º. Luego posibles reflexiones cerca del borde de la primera zona de Fresnel pueden causar atenuación, ya que la onda reflejada llegaría a la antena receptora en oposición de fase. Por lo tanto, durante la fase de planificación del radioenlace debe asegurarse que la primera zona de Fresnel se encuentre libre de obstáculos, bien aumentando la altura de los mástiles de las antenas o bien situándolos en otra posición del edificio. Evidentemente, una obstrucción completa de la zona de Fresnel produciría pérdidas todavía mayores. (Radioenlaces.es, s.f.)

Ecuación 10. Zona de fresnel

𝑅 = 17.31√(𝑑1∗𝑑2

𝑓∗𝑑) (7)

Dónde

d1 = distancia a la antena del extremo cercano (mts) d2 = distancia a la antena del extremo lejano desde el obstáculo (mts) f= frecuencia (Megahertz) R = radio (metros)42

Figura 10. Zona Fresnel entre dos antenas separadas por una distancia D

Fuente: ALEGSA. Definición de Zona de Fresnel. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://www.alegsa.com.ar/Dic/zona_de_fresnel.php>

41 RAMOS, Francisco. Radioenlaces. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://www.radioenlaces.es/articulos/perdidas-en-obstaculos/> 42 FREEMAN, Roger. Radio System Design for Telecommunications: United States of America, Wiley-Interscience publication,2003.p.59.

44

4.3.11 Curvatura de la tierra. En los trayectos radioeléctricos de más de unos 10

km es necesario tener en cuenta la curvatura de la tierra, que constituye una prominencia que obstruye la trayectoria, como se muestra en la figura 11.

Figura 11. Curvatura de la tierra

Fuente: PEREZ VEGA, Constantino. Sistemas de Telecomunicaciónes.España: Universidad de Cantabria,2007.p.58.

Los puntos A y B son los extremos del trayecto radioeléctrico, es decir, el emisor y el receptor, que no tienen, necesariamente, que estar a la misma altura sobre la superficie terrestre. h es la altura en metros, de la protuberancia terrestre en el punto P, con respecto a la altura de la cuerda AB, tomando en cuenta la refracción atmosférica y está dada por:

Ecuación 11. Curvatura de la tierra

ℎ =𝑑1𝑑2

2𝑘𝑟𝐸 𝑥 1000 (8)

Donde d1 es la distancia AP y d2 la distancia BP. rE el radio de la tierra (6370 km) y k el factor del radio terrestre efectivo equivalente 43 4.3.12 Antenas. Las antenas hacen parte de un componente elemental en los

sistemas radioeléctricos de comunicaciones. Desde la antena constituida por un simple alambre hasta los complejos sistemas radiadores utilizados en las comunicaciones espaciales, las antenas actúan como emisores o receptores de ondas electromagnéticas que transportan información de diversa índole requerida en múltiples aplicaciones de la vida cotidiana.

43 PEREZ VEGA, Constantino. Sistemas de Telecomunicaciónes.España: Universidad de Cantabria,2007.p.58.

45

Las antenas son elementos radiadores o interceptores de energía electromagnética y, por radiación, se entiende aquí el proceso mediante el cual la energía generada en un circuito eléctrico es transferida a una antena y emitida por ésta en forma de ondas electromagnéticas hacia el espacio. El circuito generador suele ser la etapa de amplificación final de un transmisor y el medio de acoplamiento entre éste y la antena, una línea de transmisión o una guía de onda. La antena puede entonces considerarse como un dispositivo que permite la transición de una onda guiada en una línea de transmisión a una onda no guiada o radiada al espacio. La onda guiada por una línea de transmisión es, en general, plana, en tanto que la onda radiada tiene propiedades de onda esférica 44 Las antenas son elementos pasivos cuyas características pueden considerarse bidireccionales, es decir, que permiten también la transición de una onda no guiada que se propaga en el espacio, a una onda guiada en una línea de transmisión conectada a un receptor. Cuando la antena es utilizada para radiar ondas electromagnéticas al espacio, cumple el papel de antena emisora o transmisora y cuando se emplea para interceptar o capturar ondas que se propagan en el espacio y convertirlas en energía útil, aprovechable por un receptor, cumple la función de antena receptora. En ambos casos se trata de un proceso de transferencia de energía entre diversos puntos: de un transmisor al espacio, o de éste a un receptor. La transferencia de energía debe realizarse con la mayor eficiencia posible, de modo que debe buscarse el acoplamiento óptimo entre las impedancias de los diversos elementos del sistema. De no ser así, una parte importante de la energía recibida o transmitida serán reflejadas en la línea de transmisión dando lugar a ondas estacionarias que no contribuyen a la energía útil y que, además, son causa de distorsiones en la señal transportada por la onda electromagnética y de pérdidas por calentamiento en los diversos componentes del sistema línea-antena 45 En la actualidad, las antenas son elementos omnipresentes en la vida cotidiana, para transmitir y recibir señales de radiodifusión sonora y televisión, bien sea de sistemas radioeléctricos terrestres, de satélite, microondas o cable. En telefonía móvil, sistemas de apertura y cierre de puertas o de identificación en almacenes y carreteras y aún en los “ratones” y teclados inalámbricos de las computadoras. Por tanto, se han vuelto indispensables en múltiples aplicaciones de la vida cotidiana 46 4.3.12.1 Diagrama de radiación. Hace referencia a la gráfica polar que representa intensidades de campo o densidades de potencia en diversas posiciones angulares en relación con una antena. Si la gráfica de radiación se traza en términos de intensidad del campo eléctrico o de densidad de potencia se llama gráfica de radiación absoluta (es decir, distancia variable y potencia fija). Las gráficas de radiación de la figura 12 son bidimensionales. Sin embargo, la radiación de una


46

antena es en realidad tridimensional. En consecuencia, las gráficas de radiación se toman tanto en el plano horizontal (vista superior) como los verticales (vista lateral). Para la antena omnidireccional de la figura 12-d, las gráficas de radiación en los planos horizontal y vertical son circulares e iguales, porque la gráfica real de radiación para un radiador isotrópico es una esfera.47 Figura 12. Gráficas de radiación

(a) gráfica de radiación absoluta (distribución fija); (b) gráfica de radiación relativa (distancia fija); (c) gráfica de radiación relativa (distancia fija) en decibelios; (d) gráfica de radiación relativa (distancia fija) en decibelios para una antena direccional (fuente puntual)


47 TOMASI.Op.cit.,p.42.

47

4.3.12.2 Campos cercano y lejano. El campo de radiación cercano a una antena

no es igual que el que está a una gran distancia. El término campo cercano se refiere a la gráfica de radiación cerca de una antena, y el término campo lejano indica una gráfica de radiación a gran distancia. Durante medio ciclo, se irradia potencia desde una antena, donde algo de la potencia se almacena en forma temporal en el campo cercano. Durante el siguiente medio ciclo, la potencia en el campo cercano regresa a la antena. Esta acción se parece a la forma en la que un inductor almacena y libera energía. En consecuencia, el campo cercano se llama a veces campo de inducción. La potencia que llega al campo lejano continúa irradiándose y alejándose, y nunca regresa a la antena. En consecuencia, a veces al campo lejano se le llama campo de radiación. La potencia irradiada suele ser la más importante de las dos y, en consecuencia, las gráficas de radiación son para el campo lejano. El campo

cercano se define como la zona dentro de una distancia D2/ג de la antena, siendo

la longitud de onda y D el diámetro de la antena, en las mismas unidades 48 ג

4.3.12.3 Resistencia de radiación. No toda la potencia que se suministra a una

antena se irradia. Algo de ella se convierte en calor y se disipa. La resistencia de radiación es un poco “irreal”, porque no se puede medir en forma directa. La resistencia de radiación es una resistencia de antena a la corriente alterna, y es igual a la relación de la potencia irradiada por la antena entre el cuadrado de la corriente en su punto de alimentación. La ecuación que define la resistencia de radiación es:

Ecuación 12. Resistencia de Radiación

𝑅𝑟 =𝑃𝑟𝑎𝑑

𝐼2 (9)

Dónde Rr = resistencia de radiación (ohms) 𝑃𝑟𝑎𝑑 = potencia irradiada por la antena (watts) I = corriente en el punto de alimentación de la antena (amperes) La resistencia de radiación es aquella que si reemplazara a la antena disiparía exactamente la misma potencia que la que irradia la antena. La resistencia de radiación de una antena, es una cantidad ficticia en cierto sentido, porque se refiere a un punto arbitrario de la antena, que tendría distintos valores de corriente para distintos puntos de referencia. Así mismo, se acostumbra referir la resistencia de radiación al punto de máxima corriente49 4.3.12.4 Ganancia directiva y ganancia de potencia. La ganancia directiva es la

relación de la densidad de potencia irradiada en una dirección particular entre la densidad de potencia irradiada al mismo punto por una antena de referencia,

48 Ibid.,p.55. 49 Ibid.,p.53.

48

suponiendo que ambas antenas estén irradiando la misma cantidad de potencia. La gráfica de densidad de potencia de radiación para una antena en realidad es una gráfica de ganancia directiva, si se toma la referencia de densidad de potencia para una antena normal de referencia, que en general es una antena isotrópica. La ganancia directiva máxima se llama directividad. La ecuación de definición es:

Ecuación 13. Ganancia directiva

𝔇 = 𝒫

𝒫𝑟𝑒𝑓 (10)

Dónde

𝔇 = ganancia directiva (adimensional)

𝒫 = densidad de potencia en un punto, con determinada antena-(watts/𝑚2) 𝒫𝑟𝑒𝑓 = densidad de potencia en el mismo punto, con una antena de referencia

(watts/𝑚2)

La ganancia de potencia es lo mismo que la ganancia directiva, excepto que se usa la potencia total alimentada a la antena; es decir, se toma en cuenta la eficiencia de la antena. Se supone que la antena dada y la antena de referencia tienen la misma

potencia de entrada, y que la antena de referencia no tiene pérdidas (𝜂 = 100%). La

ecuación de la ganancia de potencia, 𝐴𝑝 es

Ecuación 14. Ganancia de potencia 𝐴𝑝=𝒟𝜂 (11)

Si la antena es sin pérdidas, irradia 100% de la potencia de entrada, y la ganancia de potencia es igual a la ganancia directiva. La ganancia de potencia de una antena también se expresa en decibelios en relación con una antena de referencia. En este caso, la ganancia de potencia es:

Ecuación 15. Ganancia de potencia sin pérdidas

𝒜𝒫(𝑑𝑏) = 10𝑙𝑜𝑔𝒫𝜂

𝒫𝑟𝑒𝑓 (12)

Para una referencia isotrópica, la ganancia de potencia en decibelios, de un dipolo de media onda, es 1.64 (2.15 dB), aproximadamente. Se acostumbra expresar la

ganancia de potencia en decibelios, cuando se refiere a un dipolo de 2/ ג (dBd). Sin

embargo, si la referencia es un radiador isotrópico, se mencionan los decibelios como dBi, o dB/radiador isotrópico, y es 2.15 dB mayor que si se usara un dipolo de media onda como referencia. Es importante notar que la potencia irradiada de una antena nunca puede ser mayor que la potencia de entrada. Por consiguiente, en realidad la antena no amplifica la potencia de entrada. Una antena tan sólo concentra su potencia irradiada en determinada dirección. Entonces, los puntos en donde la potencia irradiada se concentra obtienen una ganancia aparente, en

49

relación con la densidad de potencia en esos mismos puntos si se usara una antena isotrópica. Si la ganancia se obtiene en una dirección, debe haber una reducción (una pérdida) de densidad de potencia en otra dirección. La dirección a la que “apunta” una antena siempre es la de máxima radiación. Como una antena es un dispositivo recíproco, su gráfica de radiación también es su gráfica de recepción. Para alcanzar una potencia capturada máxima, una antena de recepción debe apuntar en la dirección desde donde se desea recibir. En consecuencia, las antenas de recepción tienen directividad y ganancia de potencia, exactamente como las de transmisión.50 4.3.12.5 Polarización de antena. La polarización de una antena no es más que la

orientación del campo eléctrico que se irradia de ella. Una antena puede estar polarizada linealmente (en general, horizontal o verticalmente, suponiendo que los elementos de la antena están en un plano horizontal o en uno vertical), elípticamente o circularmente. Si una antena irradia una onda electromagnética verticalmente polarizada, se define a la antena como verticalmente polarizada (o polarizada verticalmente). Si una antena irradia una onda electromagnética horizontalmente polarizada, se dice que la antena está polarizada horizontalmente; si el campo eléctrico gira describiendo una elipse, está elípticamente polarizada; si el campo eléctrico gira en forma circular, está circularmente polarizada. La figura 13 muestra las diversas polarizaciones que se acaban de describir51 Figura 13. Polarizaciones de antena: (a) lineal; (b) elíptica; (c) circular


4.3.12.6 Abertura del haz de la antena. La abertura (angular) del haz de una antena es la separación angular entre dos puntos de media potencia (−3 dB) en el lóbulo mayor de la gráfica de radiación de una antena, que se suele tomar en uno de los planos “principales”. La figura 14, describe el ángulo definido por los puntos A, X y B, la abertura del haz de una antena se llama a veces ancho de haz de −3 dB, o ancho de haz de media potencia, o ancho de lóbulo52


50

Figura 14. Abertura de haz de antena


4.3.12.7 Ancho de banda de antena. El ancho de banda de una antena se define, como el intervalo de frecuencias dentro del cual el funcionamiento de la antena es “satisfactorio”. Se toma, en el caso normal, como la diferencia entre las frecuencias de media potencia (diferencia entre las frecuencias máxima y mínima de operación), pero a veces indica variaciones en la impedancia de entrada de la antena. El ancho de banda de una antena se expresa, también normalmente, como un porcentaje de la frecuencia óptima de operación de esa antena53 4.3.12.8 Impedancia de entrada a la antena. La radiación de una antena es un resultado directo del flujo de corriente de RF. La corriente va hacia la antena pasando por una línea de transmisión, que está conectada con un espacio pequeño entre los conductores que forman la antena. El punto de la antena donde se conecta la línea de transmisión se llama terminal de entrada de la antena, o simplemente punto de alimentación. El punto de alimentación presenta una carga de CA a la línea de transmisión, llamada impedancia de entrada de la antena. Si la impedancia de salida del transmisor y la impedancia de entrada de la antena son iguales a la impedancia característica de la línea de transmisión, no habrá ondas estacionarias en la línea y se transmitirá una potencia máxima a la antena, potencia que será irradiada. La impedancia de entrada de una antena es sólo la relación del voltaje de entrada a la antena a la corriente de entrada a la misma. Es decir:

53 Ibid.,p.43.

51

Ecuación 16. Impedancia de entrada a la antena

𝑍𝑒𝑛𝑡 = 𝐸𝑖

𝐼𝑖 (13)

Donde,

𝑍𝑒𝑛𝑡 = impedancia de entrada a la antena (ohms)

𝐸𝑖 = voltaje de entrada a la antena (volts)

𝐼𝑖 = corriente de entrada a la antena (amperes)

En general, la impedancia de entrada a la antena es compleja; sin embargo, si el punto de alimentación está en un máximo de corriente y no hay componente reactivo, la impedancia de entrada es igual a la suma de la resistencia de radiación más la resistencia efectiva 54

4.3.13 Estándar de comunicación inalámbrica IEEE. La IEEE 802 es un comité y grupo de estudio de estándares perteneciente al Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), que actúa sobre redes de computadoras, concretamente y según su propia definición sobre redes de área local (LAN) y redes de área metropolitana (MAN).

A continuación se describe la familia de estándares IEEE 802.11. Redes inalámbricas.

- Estándar IEEE 802.11x. La versión original del estándar IEEE 802.11 publicada

en 1997 especifica dos velocidades de transmisión teóricas de 1 y 2 mega bit por segundo (Mbit/s) que se transmiten por señales infrarrojas (IR) en la banda ISM a 2,4 GHz. IR sigue siendo parte del estándar, pero no hay implementaciones disponibles.

El estándar original también define el protocolo CSMA/CA* (Múltiple acceso por detección de portadora evitando colisiones) como método de acceso. Una parte importante de la velocidad de transmisión teórica se utiliza en las necesidades de esta codificación para mejorar la calidad de la transmisión bajo condiciones ambientales diversas, lo cual se tradujo en dificultades de interoperabilidad entre equipos de diferentes marcas. Estas y otras debilidades fueron corregidas en el estándar 802.11b**, que fue el primero de esta familia en alcanzar amplia aceptación entre los consumidores.55

54 Ibid.,p.52. * CSMA/CA: Es un protocolo de control de redes utilizado para evitar colisiones entre los paquetesde datos ** Estándar 802,11b - define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura o modelo OSI (capa física y capa de enlace de datos), especificando las normas de funcionamiento de una red de área local inalámbrica (WLAN) 55 GALEÓN. Principales Estándares 802.11. . [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://ieeestandards.galeon.com/aficiones1573579.html>

52

- Estándar IEEE 802.11ª. La revisión 802.11a al estándar original fue ratificada en

1999. El estándar 802.11a utiliza el mismo juego de protocolos de base que el estándar original, opera en la banda de 5 Ghz y utiliza 52 subportadoras orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) con una velocidad máxima de 54 Mbit/s, lo que lo hace un estándar práctico para redes inalámbricas con velocidades reales de aproximadamente 20 Mbit/s. La velocidad de datos se reduce a 48, 36, 24, 18, 12, 9 o 6 Mbit/s en caso necesario. 802.11a tiene 12 canales no solapados, 8 para red inalámbrica y 4 para conexiones punto a punto. No puede interoperar con equipos del estándar 802.11b, excepto si se dispone de equipos que implementen ambos estándares. Dado que la banda de 2.4 Ghz tiene gran uso (pues es la misma banda usada por los teléfonos inalámbricos y los hornos de microondas, entre otros aparatos), el utilizar la banda de 5 GHz representa una ventaja del estándar 802.11a, dado que se presentan menos interferencias. Sin embargo, la utilización de esta banda también tiene sus desventajas, dado que restringe el uso de los equipos 802.11a a únicamente puntos en línea de vista, con lo que se hace necesario la instalación de un mayor número de puntos de acceso, esto significa también que los equipos que trabajan con este estándar no pueden penetrar tan lejos como los del estándar 802.11b dado que sus ondas son más fácilmente absorbidas. - Estándar IEEE 802.11b. La revisión 802.11b del estándar original fue ratificada en 1999. 802.11b tiene una velocidad máxima de transmisión de 11 Mbit/s y utiliza el mismo método de acceso CSMA/CA definido en el estándar original. El estándar 802.11b funciona en la banda de 2.4 GHz. Debido al espacio ocupado por la codificación del protocolo CSMA/CA, en la práctica, la velocidad máxima de transmisión con este estándar es de aproximadamente 5.9 Mbit/s sobre TCP y 7.1 Mbit/s sobre UDP. Los productos de la 802.11b aparecieron en el mercado muy rápido debido a que la 802.11b es una extensión directa de la técnica de modulación DSSS* definida en el estándar original. Por lo tanto los chips y productos fueron fácilmente actualizados para soportar las mejoras del 802.11b. El dramático incremento en el uso del 802.11b junto con sustanciales reducciones de precios causó una rápida aceptación del 802.11b como la tecnología Wireless LAN definitiva. 802.11b es usualmente usada en configuraciones punto y multipunto como en el caso de los AP que se comunican con una antena omnidireccional con uno o más clientes que se encuentran ubicados en un área de cobertura alrededor del AP. El rango típico en interiores es de 32 metros a 11 Mbit/s y 90 metros a 1 Mbit/s.

* DSSS: método de modulación en espectro ensanchado para transmisión de señales sobre ondas radiofónicas que más se utilizan.

53

La tarjetas de 802.11b pueden operar a 11 Mbit/s pero pueden reducirse hasta 5.5, 2 o 1 Mbit/s en el caso de que la calidad de la señal se convierta en un problema. Dado que las tasas bajas de transferencia de información usan algoritmos menos complejos y más redundantes para proteger los datos son menos susceptible a la corrupción debido a la atenuación o interferencia de la señal. Se han hecho extensiones del protocolo 802.11b para incrementar su velocidad a 22, 33, 44 Mbit/s pero estas no han sido ratificadas por la IEEE. Muchas compañías llaman a estas versiones mejoradas 802.11b+. Estas extensiones han sido ampliamente obviadas por los desarrolladores del 802.11g que tiene tasas de transferencia a 54 Mbit/s y es compatible con 802.11b56 - Estándar IEEE 802.11g. En Junio de 2003, se ratificó un tercer estándar de modulación: 802.11g. Este utiliza la banda de 2.4 Ghz (al igual que el estándar 802.11b) pero opera a una velocidad teórica máxima de 54 Mbit/s, o cerca de 24.7 Mbit/s de velocidad real de transferencia, similar a la del estándar 802.11a. Es compatible con el estándar b y utiliza las mismas frecuencias. Buena parte del proceso de diseño del estándar lo tomó el hacer compatibles los dos estándares. Sin embargo, en redes bajo el estándar g la presencia de nodos bajo el estándar b reduce significativamente la velocidad de transmisión. El mayor rango de los dispositivos 802.11g es ligeramente mayor que en los del 802.11b pero el rango que el cliente puede alcanzar 54 Mbit/s es mucho más corto que en el caso del 802.11b.57 Los equipos que trabajan bajo el estándar 802.11g llegaron al mercado muy rápidamente, incluso antes de su ratificación. Esto se debió en parte a que para construir equipos bajo este nuevo estándar se podían adaptar los ya diseñados para el estándar b. Muchos de los productos de banda dual 802.11a/b se convirtieron de banda dual a modo triple soportando a (a, b y g) en un solo adaptador móvil o AP. A pesar de su mayor aceptación 802.11g sufre de la misma interferencia de 802.11b en el rango ya saturado de 2.4 GHz por dispositivos como hornos microondas, dispositivos bluetooth y teléfonos inalámbricos58 - Estándar IEEE 802.11n. En enero de 2004, la IEEE anunció la formación de un

grupo de trabajo 802.11 para desarrollar una nueva revisión del estándar 802.11 la velocidad real de transmisión podría llegar a los 500 Mbps (lo que significa que las velocidades teóricas de transmisión serían aún mayores), y debería ser hasta 10 veces más rápida que una red bajo los estándares 802.11a y 802.11g, y cerca de 40 veces más rápida que una red bajo el estándar 802.11b. También se espera que el alcance de operación de las redes sea mayor con este nuevo estándar.

56 GALEÓN.Op.cit.,p.2. 57 Ibid.,p.2. 58 Ibid.,p.3.

54

802.11n se construye basándose en las versiones previas del estándar 802.11 añadiendo MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). MIMO utiliza múltiples transmisores y antenas receptoras permitiendo incrementar el tráfico de datos. Tabla 2. Comparación de las diferentes tecnologías normalizadas por la IEEE

Fuente: SALVETTI, Diego. Redes Inalámbricas. Buenos Aires: Manual users.2011.p.31.

4.3.14 Redes Inalámbricas. Las redes inalámbricas se basan en un enlace que utiliza ondas electromagnéticas en lugar de cableadas. Hay muchas tecnologías diferentes que se diferencian por la frecuencia de transmisión, alcance y la velocidad de sus transmisiones, permitiendo que los dispositivos remotos se conecten sin dificultad. Asimismo, la instalación de estas redes no requiere cambios significativos en la infraestructura existente como pasa con las redes cableadas.59 Una red inalámbrica es aquella que permite la comunicación de dos o más dispositivos (computadoras portátiles, teléfonos inteligentes (Smartphone), tabletas, impresoras, etc.), a través de un concentrador o router inalámbrico, sin la necesidad de utilizar ningún tipo de cableado. Con las redes inalámbricas, los usuarios pueden mantenerse conectados cuando hay desplazamientos en una determinada área geográfica. Clasificación de redes inalámbricas según su alcance:

59 CCM. Redes inalámbricas. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL: Disponible en internet en http://es.ccm.net/contents/818-redes-inalambricas>

55

Figura 15. Tecnologías inalámbricas

Fuente: SALVETTI, Diego. Redes Inalámbricas. Buenos Aires: Manual users.2011.p.31.

En la figura 15 se pueden visualizar las diferentes tecnologías inalámbricas, asociadas al estándar.

WAN (Wide Area Network, Red de Área Amplia): red usada para comunicación de larga distancia (empleada principalmente por operadores de servicios de telecomunicaciones).

MAN (Metropolitan Area Network, Red de Área Metropolitana): red con una cobertura menor que la WAN, en un entorno metropolitano.

LAN (Local Area Network, Red de área local): caracterizada por cubrir entornos de distancia media, alcanzan distancias hasta los 100 mts.

PAN (Personal Area Network, Red de Área Personal): red de proximidad, utilizadas para trabajar sobre áreas reducidas y de corto alcance. Tienen un alcance de hasta 30 mts.60

4.3.14.1 Bandas de frecuencia. Hay dos bandas de radiofrecuencia designadas para el uso de WiFi: 2.4GHz y 5GHz. Ambas bandas hacen uso del espectro radioeléctrico sin licencia, lo que significa que los dispositivos WiFi no tienen acceso exclusivo a esas ondas, pero deben compartirlas con una serie de otros dispositivos inalámbricos, incluyendo teléfonos, cámaras de seguridad, hornos microondas, dispositivos Bluetooth y sistemas de radar, entre otros. Los dispositivos WiFi que utilizan los viejos estándares 802.11b y 802.11g, solo utilizan la banda de 2,4 GHz, mientras que los dispositivos 802.11n y 802.11ac que son más nuevos, pueden hacer uso de las dos bandas.

60 SALVETTI, Diego. Redes Inalámbricas. Buenos Aires: Manual users.2011.p.3

56

La banda de frecuencia de 2,4 GHz presenta mayor concurrencia, y su diseño de canales superpuestos, limita el número de canales utilizables. Aunque la banda no es en realidad ni siquiera lo suficientemente grande para redes WiFi únicamente, el hecho de que se comparte con otras tecnologías inalámbricas sin licencia hace que sea aún peor. La banda de 5GHz es mucho más grande, por lo que se congestiona con menos frecuencia, pero hay algunas estipulaciones a su uso que pueden limitar el número de canales utilizables en la banda. 4.3.14.2 Interferencia co-canal. Se produce cuando los puntos de acceso están

dentro del alcance de otros o en los mismos canales. Asimismo, debe superar otras tipos de interferencias que no son propios de tipo WiFi, como los teléfonos inalámbricos, auriculares Bluetooth y otros dispositivos que emiten señales inalámbricas, incluso el microondas. Ambos tipos de interferencias se pueden reducir si escoge mejores canales en las redes inalambricas. 4.3.14.3 Banda 2,4 GHz. La banda de frecuencia de 2,4 GHz tiene un total de 14 canales para WiFi, pero en la práctica, por lo general hay solo un máximo de tres canales. ¿Por qué? En primer lugar, no todas las regiones soportan cada uno de los 14 canales. En América del Norte, solo los canales del 1 al 11 son totalmente compatibles, mientras que la mayoría de las otras regiones soportan hasta el canal 13. En Japón, todos los canales están disponibles, pero el 14 se limitan a la vieja norma 802.11b. La superposición de los canales, como se representa en la figura 16 provoca una reducción dramática en el número de canales utilizables. Cuando un punto de acceso u otro dispositivo WiFi transmite en un canal determinado, en realidad propaga la señal sobre cerca de cuatro canales, que pueden ser de 20MHz o de 22MHz de ancho, dependiendo de los estándares inalámbricos en uso. El número de canal del dispositivo corresponde a la frecuencia central.

Figura 16. Ancho de los canales en la banda 2.4 Ghz

Fuente :COMPUTERWORLD. Cómo configurar los canales WiFi para un mejor rendimiento de la red. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://www.cwv.com.ve/como-configurar-los-canales-wifi-para-un-mejor-rendimiento-de-la-red/>

57

4.3.14.4 Banda 5 GHz. La banda de frecuencia de 5GHz es muy diferente a la de

2.4GHz. Como se puede observar en la figura 17, ofrece mucho más espacio de frecuencia, que proporciona hasta 25 canales posibles, sin embargo, hay muchas advertencias a la utilización de 5GHz, y el número de canales configurables en los puntos de acceso pueden ser significativamente menos de 25. Figura 17. Canales en la banda de 5 Ghz

Fuente :COMPUTERWORLD. Cómo configurar los canales WiFi para un mejor rendimiento de la red. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://www.cwv.com.ve/como-configurar-los-canales-wifi-para-un-mejor-rendimiento-de-la-red/>

Como se puede observar y lo más evidente es el esquema de numeración el cual es distinto. El primer canal de conexión WiFi es del 36 y el último es el 165. Sin embargo, no todos los canales están disponibles. En lugar de permitir que se elija cada canal consecutivo (36, 37, 38, etc.), los dispositivos WiFi están configurados para funcionar solo en canales que no se superponen (36, 40, 44, etc.) si se utilizan los canales 20MHz legados. Todos los canales configurables están separados entre sí por cuatro canales, pero hay lagunas (como el salto del canal 64 al 100) debido a que el espacio de frecuencia dado a WiFi no es totalmente continuo. 4.3.15 Radio enlaces. 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

58

capacidad de información, con características de calidad y disponibilidad determinadas. Típicamente estos enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42 GHz61 4.3.15.1 Topologías de red - Enlaces Punto a Punto (PTP). Los enlaces punto a punto como se observa en la figura 18, generalmente se usan para conectarse a Internet donde dicho acceso no está disponible de otra forma. Uno de los lados del enlace punto a punto estará conectado a Internet, mientras que el otro utiliza el enlace para acceder a ella. Con antenas apropiadas y existiendo línea visual, se pueden hacer enlaces punto a punto confiables de más de cien kilómetros62

Figura 18. Enlace punto a punto

Fuente: MTM TELECOM. Enlaces Inalámbricos Punto a Punto y Punto Multipunto. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 12, junio, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://www.mtm-telecom.com/index.php/2012-07-04-19-05-27/enlaces-inalambricos-punto-a-punto-y-punto-multipunto.html>

- Enlaces punto a multipunto (PMTP). La red más comúnmente encontrada es el punto a multipunto donde varios nodos están hablando con un punto de acceso central, esta es una aplicación punto a multipunto. Como se observa en la figura 19 el ejemplo típico de esta disposición es el uso de un punto de acceso inalámbrico que provee conexión a varias computadoras portátiles. Las computadoras portátiles no se comunican directamente unas con otras, pero deben estar en el rango del punto de acceso para poder utilizar la red 63

61 RADIO & ENGINEERING COMPANY SL. Radio enlace – ¿que es un radioenlace? . [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://www.radiocomunicaciones.net/radio/radio-enlace-que-es-un-radioenlace/> 62 FRIENDLY, Hacker. Redes Inalámbricas en los Países en Desarrollo. Some Rights Reserved, 2008.p.33. 63 Ibid.,p.29.

59

Figura 19. Enlace punto a multipunto

Fuente: MTM TELECOM. Enlaces Inalámbricos Punto a Punto y Punto Multipunto. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 12, junio, 2017]. Disponible en Internet :< URL: http://www.mtm-telecom.com/index.php/2012-07-04-19-05-27/enlaces-inalambricos-punto-a-punto-y-punto-multipunto.html>

- Multipunto a Multipunto. Como se observa en la figura 20 el tercer tipo de diseño de red es el multipunto a multipunto, el cual también es denominado red ad hoc o en malla (mesh). En una red multipunto a multipunto, no hay una autoridad central. Cada nodo de la red transporta el tráfico de tantos otros como sea necesario, y todos los nodos se comunican directamente entre sí.64

Figura 20. Enlace Multipunto a multipunto

Fuente: ELION. Enlaces Inalambricos. [en línea]. Bogotá: El Autor [citado 27, octubre, 2017]. Disponible en Internet :< URL:http://www.elion.com.ar/?page_id=304>

64 Ibid.,p.29.

60

4.3.16 Herramientas para simulación del radioenlace

4.3.16.1 Radio Mobile. Radio Mobile es un software de distribución gratuita que

permite simular escenarios de radioenlaces, opera en el rango de 20 Mhz a 20 Ghz. una de las características más importantes del software es que usa cartografía y mapas actualizados obtenidos de los satélites; entre las bondades que ofrece, se puede obtener información muy útil como pérdidas de propagación, despeje de la zona de Fresnel, distancia entre los puntos a enlazar, ángulos de inclinación, azimuth, entre otros. Otra característica importante del software es que independientemente de la marca de equipos utilizados para el diseño del radioenlace, este permite ajustar cada una de las características de cada marca, ejemplo Px del transmisor, sensibilidad del receptor Rx, tipos de antenas, ganancia en antenas, topologías de red entre otros. 4.3.16.2 Google Earth. Software propiedad de Google que permite de manera virtual observar el globo terráqueo, en donde se tiene múltiple cartografía, con base en fotografías satelitales, fotografías aéreas, inicialmente el software fue creado bajo el nombre de Earth Viewer 3D por la compañía Keyhole Inc*, financiada por la Agencia Central de Inteligencia, finalmente en 2004 fue comprado por Google. Google Earth posee un buscador por coordenadas, nombre de ciudades, calles, edificios, comercios, etc. Además permite adicionar capas sobre las imágenes satelitales o mapas con múltiple información desde datos censales, como también fotografías desde nuestros dispositivos. Este software al igual que el anterior será de gran ayuda para analizar cada uno de los diferentes fenómenos que puedan presentarse en el diseño y estudio del radioenlace. 4.3.16.3 Wifi Analyzer. Es una aplicación móvil desarrollada para equipos con

sistema operativo android, aplicación que permite realizar un escaneo del espectro y observar que frecuencias, canal y con qué potencia están presentes en sitios que se determinen analizar, esta aplicación es de gran utilidad en la visita a terreno.

* Keyhole Inc; empresa pionera en el desarrollo de software especializado en aplicaciones de visualización de datos geoespaciales

61

5. DISEÑO METODOLOGICO

El tipo de estudio e investigación de este trabajo es de tipo aplicada ya que con esta investigación se busca la generación de servicios para la solucionar problemas y satisfacer las necesidades de un grupo determinado de la población, dentro de unas condiciones espaciales y temporales delimitadas. Sustentado en el libro “La Formulación de Proyectos” de su autor, Ignacio José Molina; los pasos metodológicos para cumplir cada objetivo son los siguientes: 5.1 ETAPA 1. POBLACION Y MUESTRA

En esta primera etapa se delimita la población objetivo de la investigación, la prueba piloto de sondeo se enfoca en indagar y conocer las necesidades de acceso a servicios tecnológicos del grupo de personas que estan correlacionados en la educación de la población estudiantil rural del municipio, por tanto, para realizar esta primera etapa se determinó consultar a los estudiantes, padres de familia y profesores de las veintidós (22) instituciones educativas rurales las cuales estan distribuidas en las nueve (9) veredas del municipio de El Cocuy (Ver figura 21).

Figura 21. Veredas consultadas Municipio El Cocuy

Fuente: Los Autores

El sondeo como herramienta de análisis permite establecer y conocer los requerimientos de la comunidad, en referencia al acceso de servicios tecnológicos, con el fin de establecer la viabilidad e importancia social del proyecto.

62

Para la recolección de la información con respecto al sondeo, se elaboró un cuestionario el cual permitió la determinación de variables necesarias para su posterior análisis. (ver figura 22)

Figura 22. Modelo cuestionario

Fuente: Los Autores

Asimismo, se puede observar el número de muestras que se practicaron en cada una de las instituciones rurales, este número se determinó bajo la planificación de visita de cada institución, y obedece a criterios y condiciones como edad, asistencia de estudiantes. (Ver cuadro 2).

63

Cuadro 2. Número de muestras realizadas en instituciones educativas rurales

Fuente: Los Autores

5.2 ETAPA 2. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN Con el fin de cumplir el objetivo de obtener la viabilidad técnica de la información con respecto a la georeferenciación de cada punto (escuelas, alcaldía y cerro Mahoma), se especifica el procedimiento propuesto en el desarrollo de esta actividad. De acuerdo al método de investigación aplicada, los datos de interés fueron recolectados en sitio, de la misma manera, se generó en paralelo investigaciones y análisis de documentación referentes al estado del arte de proyectos similares como fueron: informes, tesis de años anteriores y consultas de internet. Asi como se indicó anteriormente se prácticó un sondeo a la población objetivo donde se elaborarón preguntas tendientes a identificar las necesidades de acceso a servicios tecnológicos, como también, cobertura de internet que actualmente poseen las instituciones rurales del Municipio de El Cocuy, y que usos le dan al servicio de internet las instituciones que lo tienen.

INSTITUCIONES EDUCATIVAS NOMBRE INSTITUCION EDUCATIVA SECTOR VEREDA TOTAL ENCUESTAS

I.E JOSE SANTOS GUTIERREZ - SEDE PRINCIPAL CENTRO EL COCUY 0

I.E JOSE SANTOS GUTIERREZ - SEDE PRIMARIA CENTRO EL COCUY 0

ESC CARRIZALITO CARRIZALITO CARRIZALITO 14

EL CARMEN CARRIZAL CARRIZAL 5

ESC EL ESCOBAL ESCOBAL CARRIZAL 6

ESC CARRIZAL CENTRO CARRIZAL CARRIZAL 15

ESC LLANO GRANDE LLANO GANDE LLANO GRANDE 9

ESC LOS LAURELES LOS LAURELES ZANJON 1

ESC SAN JUAN SIN SECTOR UPAL 8

ESC EL RANAL SIN SECTOR CAÑAVERAL 1

ESC LOMA ALTA LOMA ALTA CARRIZALITO 4

I.E EL CARDON - SEDE PRINCIPAL EL CARDON CAÑAVERAL 66

ESC AGUA BLANCA AGUA BLANCA CAÑAVERAL 8

ESC EL MORTIÑO SIN SECTOR EL MORTIÑO 4

ESC LA PLAYA LA PLAYA EL MORTIÑO 9

ESC TOBALITO TOBALITO CAÑAVERAL 9

ESC EL JUNCAL EL JUNCAL PALCHACUAL 14

ESC LA PAJITA LA PAJITA PRIMAVERA 8

ESC LOS CUCHAROS LOS CUCHAROS PALCHACUAL 10

ESC PALCHACUAL PALCHACUAL CENTROPALCHACUAL 11

ESC LA ISLETA LA ISLETA PALCHACUAL 9

ESC LOMA DE POZO LOMA DE POZO PRIMAVERA 4

ESC TIERRA AMARILLA TIERRA AMARILLA PRIMAVERA 1

ESC PANTANO CHIQUITO PANTANO CHIQUITO PRIMAVERA 2

218TOTAL ENCUESTAS

I.E JOSE SANTOS GUTIERREZ

I.E EL CARDON

64

En las visitas realizadas a las instituciones rurales del municipio de El Cocuy, se recolecto información técnica de cada una de las instituciones educativas rurales como: coordenadas, número de estudiantes, niveles de saturación del espectro radioeléctrico en la banda de 2.4 y 5 GHz, equipamento tecnológico con el que cuentan, información importante a tener en cuenta en la elaboración del diseño del radioenlace. 5.3 ETAPA 3. ANÁLISIS DE RESULTADOS

El análisis se realizó basado en los siguientes parámetros:

La población objetivo son los estudiantes, como eslabón fundamental en nuestro proyecto; los profesores como actores y apoyo importante en la formación académica y por último, los padres de familia como parte esencial de la sociedad. El trabajo en equipo y coordinado de éstos actores, permitirá lograr la meta de alcanzar el mejoramiento de la calidad educativa, y así obtener mejores resultados académicos en los estudiantes.

Todas las instituciones educativas están beneficiadas con el programa Computadores para Educar; por lo tanto ya se cuenta con computadores portátiles, medios tecnológicos fundamentales que junto con el internet, permiten hacer uso de las Tecnologías de la Información dentro del proceso educativo.

Acontinuación se muestra el sondeo realizado a la población obetivo, la cual pretende conocer las necesidades de acceso a servicios tecnológicos de la comunidad, información importante que permite aún más justificar el desarrollo del objetivo planteado en la investigación. Esta actividad fue desarrollada en cada una de las instituciones rurales del municipio de El cocuy, con un total de 218 participantes, los cuales representan de alguna manera el sentir de la población en cuanto a las necesidades tecnológicas carentes en cada institución. A continuación podrán observar imágenes que fueron registradas en la actividad de recolección de información en la comunidad de estudio de esta investigación.(Ver figuras 23,24 y 25)

65

Figura 23. Profesores respondiendo preguntas del sondeo

Fuente: Los Autores

Figura 24. Estudiantes respondiendo preguntas del sondeo

Fuente: Los Autores

66

Figura 25. Padres de familia respondiendo preguntas del sondeo

Fuente: Los Autores

Acontinuación se revela el análisis realizado a la información recolectada en el sondeo a la población objetivo. La gráfica 2 permite visualizar en porcentaje la población consultada.

Gráfica 2. Población consultada

Fuente: Los Autores

En esta primera parte del sondeo (APLICA PARA USUARIOS QUE CUENTAN CON SERVICIO DE INTERNET), se análiza los impactos que tiene el uso de las

TICs en la Educación:

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PREGUNTA NUMERO I.1 (¿Tiene Usted o su institución educativa acceso a internet?)

Gráfica 3. Pregunta: ¿Tiene Usted o su institución educativa acceso a internet?

Fuente: Los Autores

Es evidente que un alto porcentaje (77%) de la población encuestada según la gráfica 3, no cuenta con el servicio de internet en su Institución Educativa; por lo tanto, el proyecto toma un alto grado de importancia para lograr los objetivos planteados en el trabajo de investigación. PREGUNTA NUMERO I.2 (¿Cuenta usted o su institución educativa con alguno de estos equipos tecnológicos?)

Gráfica 4. Pregunta: ¿Cuenta usted o su institución educativa con alguno de estos equipos tecnológicos?

Fuente: Los Autores

68

La conectividad a Internet junto a los equipos de cómputo (Computadores de escritorio, computadores portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes), conforman el componente necesario para hacer uso de las Tecnologías de la información TICs. Los resultados del sondeo según la gráfica 4, evidencian que el (93%) de las instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy, cuentan con los equipos necesarios para el uso del Internet; con ello se ratifica la viabilidad de implementar el servicio de internet a través del radioenlace, el cual se plantea como solución eficiente para mejorar la calidad educativa del municipio. PREGUNTA NUMERO I.3 (¿Qué usos le da usted o su institución educativa al servicio de Internet?)

Gráfica 5. Pregunta: ¿Qué usos le da usted o su institución educativa al servicio de Internet?

Fuente: Los Autores

“En el siglo 21, la educación no puede separar de la tecnología. Los rápidos avances de la tecnología de la información y la comunicación (TICs) y la expansión de la conectividad a Internet hicieron que el mundo actual sea cada vez más complejo, interconectado e impulsado por el conocimiento. El acceso a una educación de calidad para todos, que incluye el acceso a la TICs, es un imperativo para construir sociedades de conocimiento inclusivas y participativas”65 Consciente de la importancia de la conectividad escolar, la Cumbre mundial sobre la sociedad de la información (WSIS) adoptó un plan de acción en 2003, en el cual

65 CISCO.Op.cit.,p.32.

69

exhortaba a los gobiernos a “conectar a las universidades, facultades, escuelas secundarias y escuelas primarias con las TICs”66

El entorno educativo de la TICs evolucionó radicalmente durante los doce años posteriores a la WSIS. Este cambio está impulsado por dos tendencias principales: i) un movimiento hacia una mayor disponibilidad de dispositivos para los alumnos caracterizados por programas informáticos 1:1 y la proliferación de teléfonos celulares y tabletas, y ii) el surgimiento de la computación en la nube para ofrecer contenido educativo en línea y software de administración escolar. Estos cambios requieren un ancho de banda considerable y redes de área local internas para que los beneficios puedan aprovecharse al máximo. En la actualidad, el hecho de que una escuela esté conectada a Internet no es tan importante como la forma en la que está conectada, la velocidad de la conexión y si cuenta con un acceso a Internet suficiente dentro de la escuela para conectar equipos portátiles, tabletas y otros dispositivos digitales en las aulas67

Los docentes y el uso de TIC en educación: Los docentes suelen considerarse los actores que ejercen la más importante influencia externa en el aprendizaje en el aula y en la educación en general. En esta capacidad, los maestros desempeñan una valiosa función en el sentido de garantizar que los estudiantes usen las TIC en forma efectiva dentro y fuera de la sala de clase. Los docentes no sólo deben saber cómo enseñar a sus alumnos el uso eficiente de las TIC, sino también deben estar capacitados para su uso de manera que puedan enseñar las distintas asignaturas en forma más eficaz. Dada la gran disparidad de políticas y programas de estudio, sumado a las diferencias entre los programas de formación docente y de desarrollo profesional, es difícil llegar a un consenso sobre cuál es la mejor forma de integrar y aplicar las TIC a la sala de clase. Esto explica que la forma de lograr este objetivo suela variar de un país a otro 68

De acuerdo a importantes investigaciones realizadas por organizaciones públicas y privadas en el mundo, es evidente que el uso de las TIC en las aulas de clase es fundamental para mejorar la calidad educativa. Como se puede evidenciar en la gráfica 5, en el sondeo cerca del 90% del uso del internet en las instituciones educativas del municipio, es para uso en temas relacionados a contenidos e investigaciones académicas por parte de estudiantes y profesores

66 WSIS. Cumbre Mundial sobre la Sociedad de la Información UIT – Plan de Acción. [en línea]. Bogotá: La institución [citado 17,mayo, 2018]. Disponible en Internet :< URL: http://www.itu.int/net/wsis/docs/geneva/official/poa.html> 67 CISCO.op.cit.,p.3. 68 UNESCO. Uso de TIC en educación en America Latina y el Caribe. Buenos Aires.2013.p.33.

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PREGUNTA NUMERO I.4 (¿Hace cuánto tiempo usted ó su institución educativa

cuentan con el servicio de internet?) Gráfica 6. Pregunta: ¿Hace cuánto tiempo usted ó su institución educativa cuentan con el servicio de internet?

Fuente: Los Autores

Podemos evidenciar en la grafica 6, que tan solo el 27% de las instituciones educativas rurales, cuentan con servicio de internet, mediante el programa del gobierno nacional Kioscos Vive Digital (iniciativa que está enfocada a prestar un servicio comunitario y no de uso exclusivo para las instituciones educativas). También se puede apreciar la lenta implementación de infraestructura de TICs (Últimos 2 años) en las zonas rurales del Municipio. PREGUNTA NUMERO I.5 (¿Tiene usted cuenta de correo electrónico?)

Gráfica 7. Pregunta: ¿Tiene usted cuenta de correo electrónico?

Fuente: Los Autores

En vista de los significativos cambios tecnológicos que se están generando actualmente en la sociedad en los diferentes sectores (social, económico, cultural,

71

educativo), han dado pie a la creación de nuevos espacios que sirven para la comunicación e interacción entre las personas, lo que permite mantenerse informado y al día sobre los diferentes acontecimientos tanto a nivel local como mundial; para lo cual es indispensable utilizar una gran variedad de servicios y recursos tecnológicos. Es por ello que la Internet, es el principal y más grande proveedor para la comunicación, siendo el Correo Electrónico una de las herramientas más utilizadas para tal fin, ya que por medio del mismo se puede intercambiar información, ideas y documentos, acortando las distancias y proporcionando nuevas posibilidades de aprendizaje a través de la comunicación. Actualmente, el correo electrónico se está empleando en el ámbito educativo como Medio de Comunicación, el cual permite la interacción entre docentes y estudiantes, intercambiando información sobre temas de índole educativa, contribuyendo de este modo al desarrollo del proceso enseñanza y aprendizaje, facilitando la adquisición de nuevos aprendizajes y la resolución de situaciones de la vida diaria. Esta herramienta le permite al docente atender a sus estudiantes de forma individualizada, fijando horarios adecuados y accesibles, así como también indagando, dónde se pueden aclarar, profundizar o complementar los aspectos que no fueron comprendidos o tratados en su totalidad. A pesar que tan solo el 27% de los encuestados tienen servicio de internet, se puede observar en la gráfica 7 que el 51% tiene una cuenta de correo electrónico, esto fundamenta aún más el interés que tienen las personas por el uso de las TICs. PREGUNTA NUMERO I.6 (¿Cuantas horas usted utiliza internet al mes?)

Gráfica 8. Pregunta: ¿Cuantas horas usted utiliza internet al mes?

Fuente: Los Autores

72

Se aclara que el uso que representa la gráfica 8, obedece únicamente al servicio prestado por los Kioscos Vive Digital instalados en seis (6) instituciones educativas rurales del municipio; se deduce que el tiempo utilizado por los usuarios no es suficiente para acceder a investigaciones, realizar tareas y acceder a otros contenidos que permitan a estudiantes y profesores, complementar de manera idónea sus actividades académicas. En la segunda parte del sondeo (APLICA PARA USUARIOS QUE NO CUENTAN CON SERVICIO DE INTERNET), se analiza los resultados obtenidos y ver la importancia de contar con el servicio de internet para mejorar la calidad de la educación en las instituciones rurales del municipio: PREGUNTA NUMERO II.1 (¿Cuál es la razón principal para no contar con el servicio de internet?)

Gráfica 9. Pregunta: ¿Cuál es la razón principal para no contar con el servicio de internet?

Fuente: Los Autores

Los resultados del sondeo muestran que la falta del internet en las instituciones educativas del municipio, obedece a características geográficas, altos costos de implementación y limitación en infraestructura entre otros como se puede observar en la gráfica 9, es cierto que cuando se tiene el conocimiento técnico y los recursos económicos, se puede llegar a desarrollar proyectos bien estructurados que permitan brindar la solución de conectividad que estas regiones apartadas necesitan. Es por ello que el trabajo de investigación está planteando una solución de radioenlace de comunicaciones para llevar el servicio de internet a 5 instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy.

73

PREGUNTA NUMERO II.2 (¿Considera importante que se implemente el servicio de internet en su institución educativa?)

Gráfica 10. Pregunta: ¿Considera importante que se implemente el servicio de internet en su institución educativa?

Fuente: Los Autores

La grafica 10 responde al sentir de la población objetivo frente a la importancia de la implementación del servicio de internet en las instituciones educativas.

Las iniciativas de integración de las TIC en la educación y la necesaria infraestructura de apoyo están siendo cada vez más reconocidas por compromisos internacionales (Objetivos de Desarrollo del Milenio, Cumbre Mundial sobre la Sociedad de la Información), regionales (en América Latina y el Caribe, eLAC2015) y nacionales. Uno de los roles del Instituto de Estadística de la UNESCO (UIS), depositario de la ONU en materia de estadísticas educativas y las otras áreas mandatadas a la UNESCO, es contribuir a establecer criterios de referencia y hacer un seguimiento de las iniciativas de integración y acceso a las TIC en la educación a través del desarrollo de indicadores internacionalmente comparables y relevantes para las políticas de educación. En este ámbito, en el período 2010/2011, el UIS recolectó datos de 38 países de América Latina y el Caribe como parte de su estrategia regional de lanzamiento de encuestas impulsadas por la demanda. El cuestionario recabó datos sobre la integración de las TIC a las políticas educativas y al currículo, el nivel de infraestructura de las escuelas, la matrícula en programas que ofrecen enseñanza asistida por TIC y datos relacionados con iniciativas de formación docente y uso de las TIC en la educación. 69

69 Ibid.,p.33.

74

PREGUNTA NUMERO II.3 (¿Qué tan probable es que en un corto plazo se instale el servicio de internet en su institución educativa?)

Gráfica 11. Pregunta: ¿Qué tan probable es que en un corto plazo se instale el servicio de internet en su institución educativa?

Fuente: Los Autores

La percepción que se evidencia en la gráfica 11 de los resultados a esta pregunta permite inferir, el poco avance que el estado ha tenido en el cubrimiento e implementación de las TICs en las regiones rurales del país. Por tanto, este proyecto de investigación, aportará de manera significativa la toma de decisiones, para llevar el servicio de internet a las instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy. PREGUNTA NUMERO II.4 (¿Si su institución educativa contara con el servicio de Internet, qué usos le daría?)

Gráfica 12. Pregunta: ¿Si su institución educativa contara con el servicio de Internet, qué usos le daría?

Fuente: Los Autores

75

Como se puede observar en la gráfica 12, es evidente que el uso de las TICs juega un papel muy importante en los procesos académicos, pedagógicos, investigativos, de acceso a nuevos contenidos y de interacción a través de redes sociales, que indudablemente contribuyen al mejoramiento de la calidad educativa en las sociedad del siglo XXI, tal como lo evidencian diferentes estudios realizados por organizaciones internacionales como la UNESCO, el cual muestra los alcances y desarrollos que han tenido las regiones donde han sido implementadas las TICs en la educación.

El acceso a una educación de calidad, en tanto derecho fundamental de todas las personas, se enfrenta a un contexto de cambio paradigmático al comenzar el siglo XXI. El desarrollo que han alcanzado las TICs (Tecnologías de la Información y la Comunicación) en los últimos años demanda al sistema educacional una actualización de prácticas y contenidos que sean acordes a la nueva sociedad de la información. Esta actualización implica en primer lugar un desafío pedagógico, para incorporar las TICs al aula y en el currículum escolar, la adecuación de la formación inicial y en servicio de los docentes, y políticas públicas que aseguren la implementación sistémica de reformas que impacten en los sistemas educativos de manera integral, lo que incluye asegurar la cobertura y calidad de la infraestructura tecnológica (hardware, software y acceso a servicios de información y comunicación). Junto con esto, las TICs también presentan potenciales beneficios para mejorar la gestión escolar, lo que implica además preparar a directivos y administrativos en estas nuevas tecnologías70

PREGUNTA NUMERO II.5 (¿Cuando usted necesita el servicio de internet, a que distancia se debe desplazar para tener acceso?)

Gráfica 13. Pregunta: ¿Cuando usted necesita el servicio de internet, a que distancia se debe desplazar para tener acceso?

Fuente: Los Autores

70 UNESCO. Enfoques Estrategicos Sobre las TICs en Educación en America Latina y el Caribe. México, 2013.p.62.

76

Los resultados del sondeo confirman, que un alto porcentaje de la población objetivo analizada (Profesores, estudiantes y padres de familia)como se puede observar en la gráfica 13, no tienen acceso a internet y por lo tanto deben desplazarse a largas distancias para obtener el servicio, razón por la cual es viable la implementación del proyecto de investigación. PREGUNTA NUMERO II.6 (¿Qué beneficios tendría usted o su institución educativa con la instalación del servicio de internet?)

Gráfica 14. Pregunta: ¿Qué beneficios tendría usted o su institución educativa con la instalación del servicio de internet?

Fuente: Los Autores

Se evidencia que con el uso del internet en las instituciones educativas rurales del municipio, los estudiantes, profesores y padres de familia, tendrían acceso al uso de las TICs, herramientas fundamentales para obtener mejores resultados en calidad, pruebas Saber e Icfes y obtener mayor competitividad, parámetros fundamentales de una verdadera calidad educativa. (Ver gráfica 14) 5.4 ETAPA 4. ANÁLISIS DEL SISTEMA En este apartado se describen los puntos o lugares que hacen parte de esta primera fase de diseño de radioenlaces. Tambien, se especifica de cada punto datos como: ubicación geografica (Coordenadas, saturación del espectro radioeléctrico)

77

5.4.1 Ubicación geográfica, saturación del espectro radioeléctrico de puntos a interconectar contemplados para el diseño del radioenlace. - Alcaldía Municipal. Ubicada en la siguiente dirección carrera 3 No. 8 – 36, del casco urbano del municipio de El Cocuy, el servicio de internet llega a este punto, en el diseño se tiene contemplado desde este punto llevar y distribuir el ancho de banda de internet a las diferentes instituciones rurales que fueron seleccionadas y priorizadas en esta primera fase. Cuadro 3. Coordenadas Alcaldía Municipal El Cocuy

Nombre Latitud Longitud M.S.N.M

ALCALDIA EL COCUY 6°24'33.10"N 2°26'38.17"W 2732

Fuente: Los Autores

Figura 26. Alcaldía El Cocuy

Fuente: Los Autores

En la figura 26 se observa la fachada de la Alcaldía municipal, la cual es el punto de inicio del diseño de radio-enlace.

78

Figura 27. Ubicación Alcaldía en Google Earth

Fuente: Ajustada por los autores a partir de Google Earth

Figura 28. Análisis del espectro en punto Alcaldía en la banda de 2.4 GHz

Fuente: Los Autores

La figura 28 permite observar el análisis realizado al espectro en la banda de 2.4 Ghz en el punto de la Alcaldía, se observa que en este sitio existen varias redes wifi y estan representadas por las figuras de colores.

79

- Escuela Carrizalito. Está ubicada a 5 Km del casco urbano del municipio, en la

Vereda Carrizalito, esta sede hace parte del colegio José Santos Gutiérrez, el desplazamiento se debe hacer por vía destapada, en esta cursan su primaria 16 estudiantes. A continuación se relaciona información obtenida en visita de campo a la institución: Cuadro 4. Coordenadas Escuela Carrizalito


IE JOSE SANTOS GUTIERREZ SEDE CARRIZALITO 6°23'13.56"N 72°27'5.24"W 2900

Fuente: Los Autores Figura 29. Escuela Carrizalito

Fuente: Los Autores En la figura 29 se observa las instalaciones de la escuela de carrizalito.

80

Figura 30. Ubicación Escuela Carrizalito en Google Earth


Figura 31. Análisis del espectro en punto Escuela Carrizalito en la banda de 2.4 GHz

Fuente: Los Autores

En la figura 31 se observa el análisis realizado a este punto el cual está libre de interferencias electromagnéticas (captura de pantalla del software wifi analyzer)

81

- Colegio El Cardón. Está ubicado a 15 Km del casco urbano del municipio, en la

Vereda Cañaveral, el desplazamiento se debe hacer por vía destapada, en este colegio cursan su primaria, bachillerato 166 estudiantes. Cuadro 5. Coordenadas Colegio El Cardón


IE EL CARDON 6°23'22.36"N 72°23'23.36"W 3666 Fuente: Los Autores Figura 32. Colegio El Cardón

Fuente: Los Autores

En la figura 32 se observa las instalaciones del colegio El Cardón.

82

Figura 33. Ubicación Colegio El Cardón en Google Earth


Figura 34. Análisis del espectro en punto Colegio el Cardón en la banda de 2.4 GHz

Fuente: Los Autores

En la figura 34 se observa el análisis realizado a este punto el cual está libre de interferencias electromagnéticas (captura de pantalla del software wifi analyzer)

83

- Escuela Tobalito. Está ubicada a 16 Km del casco urbano del municipio, en la

Vereda Cañaveral, esta sede hace parte del colegio El Cardón, el desplazamiento se debe hacer por vía destapada, en esta cursan su primaria 16 estudiantes. Cuadro 6. Coordenadas Escuela Tobalito


IE EL CARDON SEDE TOBALITO 6°24'39.14"N 72°23'36.81"W 3579 Fuente: Los Autores Figura 35. Escuela Tobalito

Fuente: Los Autores En la figura 35 se observa las instalaciones de la escuela Tobalito.

84

Figura 36. Ubicación Escuela Tobalito en Google Earth


Figura 37. Análisis del espectro en punto Escuela Tobalito en la banda de 2.4 GHz

Fuente: Los Autores

En la figura 37 se observa el análisis realizado a este punto el cual está libre de interferencias electromagnéticas (captura de pantalla del software wifi analyzer).

85

- Escuela la Playa. Está ubicada a 9 Km del casco urbano del municipio, en la

Vereda Cañaveral, esta sede hace parte del colegio El Cardón, el desplazamiento se debe hacer por vía destapada, en esta cursan su primaria 16 estudiantes. Cuadro 7. Coordenadas Escuela La Playa


IE EL CARDON SEDE LA PLAYA 6°23'23.99"N 72°24'22.38"W 3357 Fuente: Los Autores Figura 38. Escuela La Playa

Fuente: Los Autores En la figura 38 se observa las instalaciones de la escuela La Playa.

86

Figura 39. Ubicación Escuela La Playa en Google Earth


Figura 40. Análisis del espectro en punto Escuela la Playa en la banda de 2.4 GHz

Fuente: Los Autores


87

- Escuela la Isleta. Está ubicada a 7 Km del casco urbano del municipio, en la

Vereda Palchacual, esta sede hace parte del colegio El Cardón, el desplazamiento se debe hacer por vía destapada, en esta cursan su primaria 15 estudiantes. Cuadro 8. Coordenadas Escuela La Isleta


IE EL CARDON SEDE LA ISLETA 6°22'44.28"N 72°25'46.88"W 3223 Fuente: Los Autores Figura 41. Escuela La Isleta

Fuente: Los Autores En la figura 41 se observa las instalaciones de la escuela La Isleta.

88

Figura 42. Ubicación Escuela la Isleta en Google Earth


Figura 43. Análisis del espectro en punto Escuela la Isleta en la banda de 2.4 GHz

Fuente: Los Autores


89

- Cerro Mahoma. Está ubicado en la parte más elevada del municipio su acenso es

por vía destapada a 24 Km del casco urbano, en este cerro, existen varias torres de telecomunicaciones, entre las que se encuentran una de televisión, otra de un operador celular, otra de la policía y una más que es de propiedad de la Emisora comunitaria Serrania Estéreo. Esta última se tiene previsto utilizarla en vista que los equipos de la emisora debieron ser desinstalados por que no cumplian con la regulación para emisoras comunitarias en cuanto a la altura con respecto desde donde se transmite. Cuadro 9. Coordenadas Torre Mahoma


CERRO MAHOMA 6°22'22.48"N 72°28'38.65"W 4069 Fuente: Los Autores Figura 44. Torre Mahoma

Fuente: Los Autores En la figura 44 se observa el cerro Mahoma el cual está ocupado por varias torres como: telefonía móvil, radio, televisión etc.

90

Figura 45. Torre Mahoma en Google Earth


Figura 46. Análisis del espectro en punto Cerro Mahoma en la Banda 2.4 y 5 Ghz

Fuente: Los Autores En la figura 26 se observa el análisis realizado a este punto en la frecuencia de 2.4 Ghz (izquierda) y 5 GHz (derecha), como se puede observar existe una red en 2.4

91

GHz y está representada en color azul en el cuadro de la izquierda, también se puede observar una señal en 5 GHz representada en color rojo, se puede deducir que el cerro no está saturado de frecuencias, el cual se tiene planteado utilizar para el diseño del radioenlace (captura de pantalla del software wifi analyzer). 5.4.2 Perfiles Topográficos y líneas de vista. Como parte del análisis y recolección de la información en terreno, se obtuvieron los diferentes perfiles topográficos, a continuación se observa los perfiles desde el punto de la Alcaldía, hacia las instituciones educativas rurales.

Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela Carrizalito

Figura 47. Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela Carrizalito


En la figura 47 se observa que la línea de vista del perfil topográfico entre estos dos puntos se dificulta, en el costado de la Escuela Carrizalito se evidencia un pico que está impidiendo la línea de vista hacia la Alcaldía, para realizar este enlace se debe contemplar la construcción de una torre de más de 30 metros de altura, lo que económicamente seria un obstáculo significativo para la implementación. Se debe elegir otra opción que descarte la construción de la torre. Según lo que se observa en el perfil topográfico no basta con tener línea de vista (visual que se obtiene desde el punto A al punto B del enlace o viceversa de un rayo directo), sino que dado que la señal de radiocomunicaciones corresponde a una elipse cuyos vértices son el punto A como emisor y el punto B como receptor ó viceversa, se requiere un camino limpio sin la más mínima interferencia en dicho recorrido y cuya obstrucción debe ser menor al 40%.

92

Perfil Topográfico Alcaldía a Colegio el Cardón

Figura 48. Perfil Topográfico Alcaldía a Colegio El Cardon


En la figura 48 se observa que no existe línea de vista,(visual que se obtiene desde el punto A al punto B del enlace de un rayo directo) en el kilómetro 2.29, se ve pronunciado un pico de montaña que impide la visual entre los dos puntos a interconectar.

Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela Tobalito

Figura 49. Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela Tobalito


93

En la figura 49 se observa al igual que en las figuras anteriores, que no existe línea de vista de acuerdo al perfil topográfico que muestra la herramienta Google Earth, esto debido que los puntos a interconectar se ven obstruidos por montañas.

Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela la Playa

Figura 50. Perfil topográfico Alcaldía a Escuela la Playa


En la figura 50 se puede observar que no existe línea de vista entre los dos puntos esto debido que existe una obstrucción montañosa como se puede ver en el perfil topográfico.

Perfil Topográfico Alcaldía a Escuela la Isleta Figura 51. Perfil topográfico Alcaldía a Escuela la Isleta


94

Al igual que en los anteriores perfiles topográficos, en la figura 51 se puede observar que no existe línea de vista para el radioenlace.

Por lo anterior, se concluye, que utilizando el punto de la Alcaldía Municipal como nodo principal es imposible realizar el diseño de los enlaces a las instituciones educativas rurales seleccionadas en esta primera fase. Esto se debe que el municipio de El Cocuy se encuentra a una altura de 2750 m.s.n.m, y las instituciones educativas rurales se encuentran por encima de los 3000 m.s.n.m, predominando variables en la topografía de tipo montañosa lo que dificulta las líneas de vista entre los enlaces. Visitando el terreno se pudo constatar, la existencia del Cerro Mahoma, esté se encuentra ubicado a una altura de 4069 m.s.n.m y a una distancia de 24 Km para su ascenso por carretera destapada, en línea recta se encuentra a 5.5 Km hasta la Alcaldía Municipal de El Cocuy, en este cerro se encuentran varias torres de telecomunicaciones entre ellas una del operador claro, una de la policia, otra que brinda el servicio de television y una de la emisora comunitaria Serranía Estéreo. Este lugar es ideal para el diseño de los enlaces con las instituciones educativas rurales. 5.5 ETAPA 5. DISEÑO DEL RADIOENLACE

En este apartado se describe el diseño general del radio enlace, para lograrlo, se eligió tener como base de diseño 7 puntos, y comprende seis (6) enlaces, el primer enlace está definido como el punto de partida, desde la Alcaldía Municipal y el Cerro Mahoma. El segundo enlace tendrá origen en Cerro Mahoma y la escuela Carrizalito. El tercer enlace tendrá origen en Cerro Mahoma y la Escuela Tobalito. El cuarto enlace tendrá origen en Cerro Mahoma y la escuela la Playa. El quinto enlace tendrá origen en Cerro Mahoma y el Colegio el Cardón, por último se tiene un sexto enlace que tendrá como origen Cerro Mahoma hasta la escuela la Isleta. Este diseño se elaboró con la herramienta de simulación de radioenlaces Radio Mobile, programa de libre distribución utilizado para el cálculo de radioenlaces de largas distancias. Enlaces contemplados: 1. Radioenlace entre los puntos: Alcaldía Municipal a cerro Mahoma. 2. Radioenlace entre los puntos: Cerro Mahoma a Escuela Carrizalito. 3. Radioenlace entre los puntos: Cerro Mahoma a Escuela Tobalito. 4. Radioenlace entre los puntos: Cerro Mahoma a Escuela La Playa. 5. Radioenlace entre los puntos: Cerro Mahoma a Colegio El Cardón. 6. Radioenlace entre los puntos: Cerro Mahoma a Escuela La Isleta.

95

Figura 52. Diseño general radio-enlace

Fuente : Los Autores

En la figura 52 se muestra el diseño general del radioenlace, como se observa se visualizan siete puntos, seis enlaces; el trayecto inicia en la Alcaldía Municipal, luego pasa por el punto cerro Mahoma, en este punto se distribuye a cada una de las instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy que hacen parte del diseño del radioenlace. 5.5.1 Marco referencial. Aspectos generales área de aplicación diseño radio-enlace: Cuadro 10. Población Municipio El Cocuy

Fuente: MUNICIPIO EL COCUY. Plan de Desarrollo Territorial 2016 – 2019. Boyacá, 2016.p.22.

En el cuadro10, se puede observar la densidad poblacional del municipio)

1

2

3

4 5

96

5.5.1.1 Descripción física. El Municipio de El Cocuy se encuentra emplazado en la

Cordillera Oriental Colombiana con centro en las coordenadas 851.000 m E y 1.195.000 m N según la proyección conforme de Gauss, origen Este Central y alturas que oscilan entre los 2.200 y los 4.200 m.s.n.m. El estilo arquitectónico del casco urbano es de tipo republicano y colonial, con algunas calles empedradas, y sus viviendas conservan su estilo con el cual fueron construidas, y con el fin de preservar, restaurar, conservar, y mejorar el uso racional de los espacios públicos y privados. De la estructura urbana y arquitectónica, el Concejo Municipal, mediante acuerdo No. 034 del 10 de Septiembre de 1995, “Declara y reglamenta al Municipio como centro Histórico 71 5.5.1.2 Localización. La región de El Cocuy se encuentra emplazada en la parte más alta y ensanchada de la cordillera oriental colombiana, a 440 kilómetros de Bogotá, a 253 kilómetros de Tunja, a 106 kilómetros de Bucaramanga, a 157 kilómetros de Cúcuta, a 112 kilómetros de Yopal y a 75 kilómetros de Tame, en línea recta, es decir con las capitales de los departamentos que hacen parte de la Eco-región en que se asienta el municipio. Sin embargo, las abruptas condiciones topográficas, la fragilidad de los ecosistemas y la inestabilidad de varias de las formaciones geológicas que deben superarse para trazar vías en sus proximidades, hacen que el acceso al El Cocuy resulte un poco largo, pero a la vez fascinante por la hermosa topografía de la región. El municipio de El Cocuy se encuentra ubicado en la cordillera oriental colombiana, al Noreste del departamento de Boyacá, con una altitud de 2.750 metros sobre el nivel del mar y presenta una temperatura promedio de 14°C; cuenta con un perímetro de 77.6 km y una superficie municipal de 253 km2. Se le distingue como un valle enmarcado por picos montañosos de los cuales destacamos dos (2) cerros tutelares, Mahoma y El Pico de La Conquista. Se conforma en inmediaciones de los ríos Pantano Grande, Lagunillas y El Mortiño, que cubre el 80% del territorio; se extiende hacia la parte oriental del Parque Nacional Natural El Cocuy, con once (11) quebradas y cuatro (4) lagunas en su espacio. Su jurisdicción político administrativa está delimitada por el norte, con los municipios de Panqueba y Güican; al oriente con el municipio de Tame en el departamento de Arauca; al sur con los municipios de Chita y la Salina (Casanare) y al occidente con los municipios de San Mateo y La Uvita.72 El municipio de El Cocuy es capital de la provincia de Gutiérrez que la conforma junto con los municipios de Chiscas, Cubará, El Espino, Guacamayas, Panqueba y Güicán. Está integrado, a una región eco-ambiental del entorno de la Sierra Nevada y colinda al occidente con la provincia de García Rovira (Santander), al suroccidente con la provincia del Norte y al sur con la provincia de Valderrama, subregiones de

71 MUNICIPIO EL COCUY. Plan de Desarrollo Territorial 2016 – 2019. Boyacá, 2016.p.29. 72 Ibid.,p.31.

97

Boyacá, conformando una aglomeración territorial que genéricamente podría denominarse el Gran Norte. (Cocuy, 2016) (Ver figuras 53 y 54)

Figura 53. Mapa Departamento de Boyacá


Figura 54. Mapa provincial departamento de Boyacá


98

5.5.1.3 Limites. El Municipio de El Cocuy se ubica al noreste del Departamento de

Boyacá y son sus límites político administrativos son los siguientes: Al Norte con los municipios de Panqueba y Güicán en 9.8 y 21.7 Km respectivamente. Al Este con el Departamento de Arauca, Municipio de Tame en 9.4 Km Al Sur con los Municipios de La Salina y Chita en 5.4 y 14.3 Km, respectivamente. Al Occidente con los Municipios de La Uvita y San Mateo en 7.9 y 8.8 Km, respectivamente. (Cocuy, 2016) 5.5.1.4 División Política Administrativa. El Municipio de El Cocuy cuenta con las

veredas de Palchacual, Cañaveral, El Mortiño, Llano Grande, Primavera, Carrizal, Carrizalito, Upal, y Zanjón.73 (Ver figura 55)

Figura 55. Mapa división política administrativa


73 Ibid.,p.12.

99

5.5.1.5 Población por rango de edades. Como se observa en la figura 56, la mayor

densidad pobalcional esta entre los 10 y los 14 años, en su mayoria estudiantes.

Figura 56. Pirámide poblacional municipio El Cocuy


5.5.2 Topología de la red Figura 57. Topología de Red

Fuente: Los Autores

100

En la figura 57 se observa el diseño de la topología de red, se tiene planteado dos redes, un enlace punto a punto este entre la Alcaldía y cerro Mahoma; el otro es un enlace punto multipunto entre cerro Mahoma y las escuelas rurales contempladas en el diseño del radioenlace. 5.5.3 Frecuencia. En el análisis realizado y de acuerdo a lecturas de libros, revistas y documentos en internet, se opta por elegir la banda de frecuencia de 5 Ghz en el diseño de radioenlace, está, es de libre utilización en el territorio nacional de acuerdo a la normatividad de Colombia, por otro lado, la banda de frecuencia de 5 Ghz dispone de mayor ancho de banda que la de 2,4 Ghz y presenta un menor nivel de interferencias, ya que en la banda de 5 Ghz existen menos servicios que los que se pueden encontrar en la de 2.4 Ghz. 5.5.4 Equipos contemplados para el radioenlace Solución Punto a Punto Radwin 2000c

Cuadro 11. Especificaciones Radwin 2000

Fuente : RADWIN. Portafolio de productos.Bogotá.2000,p.6.

101

- Componentes

Figura 58. Componentes Radwin 2000


Solución Punto Multipunto

Cuadro 12. Especificaciones Radwin 5000


102

Figura 59. Solución Punto multipunto Radwin

Fuente : RADWIN. Portafolio de productos.Bogotá.2000,p.11 Como se puede observar en la figura 59, la solución contempla un radio emisor y varios radios receptores. 5.5.5 Distancias entre los puntos. Los puntos descritos se pueden visualizar en la

figura 60 Figura 60. Puntos de radioenlace en Google Earth


103

- Distancia entre puntos de la red

Cuadro 13. Distancia entre puntos

Fuente: Los Autores

5.5.6 Enlace punto a punto (Alcaldía a Cerro Mahoma). Es el enlace inicial (figura

61), el tipo de enlace es punto a punto, lo que significa en el diseño que desde la Alcaldía se suministrará el servicio de internet para luego propagarlo por las diferentes redes que están previstas, para luego llevarlo a las instituciones educativas rurales. Describiendo este enlace se puede identificar que la Alcaldía municipal está a una altura de 2750 m.s.n.m y el cerro Mahoma a una altura de 4069 m.s.n.m, lo que es ideal en la propagación de la señal sin que tenga mayores inconvenientes en el trayecto; la distancia en línea recta es de 5.5 Km de distancia.

Figura 61. Perfil topográfico Alcaldía a Cerro Mahoma


ENLACE PUNTO 1 PUNTO 2 DISTANCIA

1 Alcaldia Cerro Mahoma 5,47 Km

2 Cerro Mahoma Escuela Carrizalito 3,27 Km

3 Cerro Mahoma Escuela Tobalito 10,18 Km

4 Cerro Mahoma Escuela La Playa 8,09 Km

5 Cerro Mahoma Colegio El Cardon 9,85 Km

6 Cerro Mahoma Escuela La Isleta 5,31 Km

104

Cálculos matemáticos del enlace 5.5.6.1 Distancia entre puntos. En este punto se calcula la distancia en línea recta

entre los puntos, Alcaldía Municipal al cerro Mahoma, para esto, se debe convertir las coordenadas expresadas en grados, minutos y segundos a valores decimales. Coordenadas Punto Alcaldía Municipal Latitud = 6°24'33,10" = (6 + (24/60) + (33,10/3600)) = 6,409194444 Longitud = - 72°26'38,17" = (72 + (26/60) + (38,17/3600)) = - 72,44393611 Coordenadas Punto Cerro Mahoma Latitud = 6°22'22,14" = (6 + (22/60) + (22,14/3600)) = 6.3728166666666667 Longitud = - 72°28'41,48" = (72 + (28/60) + (41,48/3600)) = - 72.4781888888888889 Luego de calcular las coordenadas expresadas en grados, minutos y segundos en valores decimales, se obtiene la diferencia de las latitudes y longitudes de los dos puntos. Latitud Puntos Alcaldía – Cerro Mahoma

Latitud = 6,409194444 - 6.3728166666666667 = 0.0363777773333333 Longitud Puntos Alcaldía – Cerro Mahoma Longitud = - 72,44393611- (- 72.4781888888888889) = 0.0342527788888889 Una vez calculado estas diferencias de latitud y longitud de los puntos, se procede a calcular con la siguiente ecuación la distancia en kilómetros del enlace entre los dos puntos.

(𝐷𝐾𝑚) = √0.0363(2) + 0.0342(2) ∗ 111,177 = 5.5550 𝐾𝑚 5.5.6.2 Cálculo de Azimut. Para calcular el angulo azimut en el que debemos direccionar las antenas en el plano horizontal utilizamos la siguiente formula:

105

Ecuación 17. Cálculo de Azimut

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1(𝜗)

𝜗 = (∆ 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑

∆ 𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑)

(∆ 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑

∆ 𝐿𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑) = (

𝐿𝑜𝑛𝑔𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝐴 − 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝐵

𝐿𝑎𝑡 𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝐴 − 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑃𝑢𝑛𝑡𝑜 𝐵)



𝐿𝑜𝑛𝑔 𝐶𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑀𝑎ℎ𝑜𝑚𝑎 − 𝐿𝑜𝑛𝑔 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑑𝑖𝑎

𝐿𝑎𝑡 𝐶𝑒𝑟𝑟𝑜 𝑀𝑎ℎ𝑜𝑚𝑎 − 𝐿𝑎𝑡 𝐴𝑙𝑐𝑎𝑙𝑑𝑖𝑎)



−72,4774 − (−72,44394

6,372911 − 6,409194) = 0,922194967

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1(0,922194967) = 42,68°

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 42,7°+ 180° = 222,68° De acuerdo a los anteriores cálculos obtenidos se puede determinar que el ángulo azimut del punto de Cerro Mahoma al punto Alcaldía es de 42,68°, mientras que desde el punto Alcaldía al punto Cerro Mahoma es de 222,68°. Esto debido que el azimut de las antenas receptoras es más sencillo de calcular, ya que solo se suma 180° grados al azimut de la antena que transmite, en caso que el valor supere los 360° se restará los 360° a la respuesta. ∅𝑅𝑋 = ∅𝑇𝑋 + 180° 5.5.6.3 Cálculo de ancho de banda estimado del canal. La capacidad del canal es un parámetro importante que no debe ser indiferente al momento de diseñar el radioenlace, no solo porque con este parámetro se puede expresar la capacidad de información de un sistema en bits por segundo, sino porque tiene conexión directa con la relación señal a ruido, los códigos utilizados en la modulación y el ancho de banda del canal, todo estos parámetros séran útiles para que el sistema sea óptimo y eficiente. Retomando lo anterior, se puede definir la cantidad de información que podrá ser transmitida sobre el canal de comunicación, un aspecto muy importante a la hora de dar solución a la necesidad de las instituciones educativas carentes del servicio de internet. Reemplazando en ecuacion (3), Capacidad de Canal de Shannon 𝐶 = 𝐵𝐿𝑜𝑔2(1 + 𝑆𝑁𝑅 )

106

Sin embargo para encontrar la capacidad del canal mediante la ecuación anterior, se debe calcular el nivel de señal a ruido. 5.5.6.4 Cálculo potencia de ruido térmico. La potencia de ruido, esta expresada en dBm, y es una función logarítmica, igual a:

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10 𝐿𝑜𝑔 (𝐾 ∗ 𝑇 ∗ 𝐵

0.001)

Donde,

K = La constante de Boltzmann 1.38 ∗ 10−23)(𝐽

𝐾)

T = Temperatura equivalente de ruido de la fuente 17°C/290K N = Potencia del ruido en watts B = Ancho de banda expresado en Hertz La potencia de ruido de referencia se expresara a una temperatura de 17°C/290K (Temperatura ambiente), y con 1 Hertz de ancho de banda de referencia.

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10𝑙𝑜𝑔 ((1.38 ∗ 10−23) ∗ 290𝑘 ∗ 1

0.001) = −174 𝑑𝐵𝑚/𝐻𝑧

El valor de referencia de potencia de ruido será de -174 dBm/Hz, el cual será utilizado en el diseño, para calcular la relación señal a ruido S/R, y la potencia de ruido del sistema, teniendo en cuenta el valor de la temperatura 17°C/290K y la referencia del ancho del canal de 20 MHz. 5.5.6.5 Cálculo potencia de ruido del sistema. Se reemplaza por el ancho de banda selecionado y se calculan nuevamente los valores que describirá el valor de potencia del sistema. Para el ejercicio se selecionó la banda de 20 MHz.

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10𝑙𝑜𝑔 ((1.38 ∗ 10−23) ∗ 290𝑘 ∗ 10 𝑥 106

0.001) = −103.9 ≅ −104 𝑑𝐵𝑚

Con el valor calculado de potencia de ruido del sistema ahora se procede a calcular la relacion señal a ruido (S/R), se debe recordar que la relación señal a ruido es la diferencia entre la potencia trasmitida y la potencia del ruido inherente que la afecta, en este caso la potencia de ruido del sistema. Por lo tanto, se calcula con los valores máximos de potencia de los radios a utilizar, en este caso se referencia de acuerdo a ficha técnica de equipos, según ficha de datos del fabricante Radwin la potencia máxima de Tx es de 25 dBm.

107

5.5.6.6 Cálculo de la relación señal a ruido

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10 𝐿𝑜𝑔10(𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑒ñ𝑎𝑙

𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑖𝑑𝑜)

Debido que se debe expresar en watts se debe proceder a convertir los dBm de las potencias relacionadas. 15 dBm = 0.0316 W

-104 dBm = 3. 98 𝑥 10−14 W Reemplazando:

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(0,0316

3.98 𝑥 10−14)

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 119 𝑑𝐵 5.5.6.7 Cálculo capacidad máxima del sistema. Una vez calculado el nivel de SNR, se procede a calcular la capacidad teórica del canal, donde se determina la capacidad máxima del sistema, utilizando la ecuación de capacidad de Shannon. Remplazando ecuación (2):

𝐶 = 10000000 𝐿𝑜𝑔2 (1 + 794328234724) = 395309443.2916092𝑏𝑝𝑠 𝐶 = 395,3 𝑀𝑏𝑝𝑠 Hallada la capacidad del canal en bits por segundo, se procede a especificar la cantidad de niveles o códigos que serán necesarios para representar los datos, utilizando la ecuación de Nyquist. Para este enlace se tiene previsto transportar 50 Mbps el cual es el enlace principal. 5.5.6.8 Cálculo ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist

𝐶 = 2𝐵𝑙𝑜𝑔2𝑀 Donde, C = Es la capacidad teórica del canal expresada en bit por segundo. (bps) B = Es el ancho de banda expresado en Hertz (Hz) M = es la cantidad de códigos o niveles de señal. Se despeja M y se remplaza

50000000 𝑏𝑝𝑠 = 2 ∗ 10000000 𝑙𝑜𝑔2 𝑀 2,5 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑀

22,5 = 5,6 𝑀 = 5,6

108

5.5.6.9 Cálculo de pérdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz. Cálculo

de pérdidas por espacio libre del enlace entre el punto Alcaldía y Cerro Mahoma, cuando la frecuencia está dada en Ghz y la distancia en Km

𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(𝐺𝐻𝑧) + 20log 𝐷(𝑘𝑚)

Reemplazando:

𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(5,8) + 20 log(5,5) = 122,475 dB

De este cálculo se obtiene una pérdida de 122,475 dB por espacio libre en el enlace. 5.5.6.10 Cálculo Potencia Isotrópica Radiada Efectiva. Es la Potencia Isotrópica Efectiva Radiada en cada uno de los puntos del enlace, y esta se da por la potencia del equipo (Ptx) en dBm y la ganancia de la antena (Gtx) en dBi.

Ecuación 18. Cálculo PIRE

𝑃𝐼𝑅𝐸 = 𝑃𝑡𝑥(𝑑𝐵𝑚) − 𝐿𝑐(𝑑𝐵) + 𝐺𝑡𝑥(𝑑𝐵𝑖) Donde, Ptx = Potencia del transmisor (dBm) Lc = pérdidas en cables y conectores (dB) Gtx = Ganancia de la antena (dBi) Reemplazando,

𝑃𝐼𝑅𝐸 = 15𝑑𝐵𝑚 − 2𝑑𝐵 + 23𝑑𝐵𝑖 = 36 𝑑𝐵𝑚 Aplicando la ecuación anterior se obtiene la potencia isotrópica efectiva radiada que es de 42 dBm, cumpliendo con las condiciones específicas de operación en la banda de 5725 a 5850 Mhz, según resolución 711 de 2016 del Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. Recordemos que para sistemas que son utilizados exclusivamente para enlaces punto a punto se pueden emplear antenas de transmisión con ganancia direccional mayor a 6 dBi sin la correspondiente reducción en la potencia conducida de salida del transmisor. 5.5.6.11 Cálculo Zona de Fresnel. En el siguiente cálculo se obtiene el valor de la

primera zona de fresnel, la cual debe estar despejada para garantizar la transmisión del radioenlace. Se utiliza la ecuación 6 descrita en el apartado que describe la zona de fresnel.

𝑅 = 17.31√(𝑑1 ∗ 𝑑2

𝑓 ∗ 𝑑)

109

Reemplazando:

𝑅 = 17.31√(2740 ∗ 2740

5800 ∗ 5480) = 8,40 𝑚

De acuerdo al cálculo el resultado es R = 8,40 metros, este es el radio que tiene que estar despejado libre de obstáculos en este radioenlace para poder funcionar de manera óptima. 5.5.6.12 Cálculo potencia de recepción calculada. El cálculo se realiza

considerando los equipos referenciados en el presente diseño de la marca Radwin, la potencia del radio es de 25 dBm y la ganancia de la antena de 17 dBi.

𝑃𝑟𝑥 = 𝑃𝑡𝑥(𝑑𝐵𝑚) + 𝐺𝑡𝑥(𝑑𝐵𝑖) + 𝐺𝑟𝑥(𝑑𝐵𝑖) − 𝐿𝑡𝑥(𝑑𝐵) − 𝐿𝑟𝑥(𝑑𝐵) − 𝐿𝑓𝑠(𝑑𝐵)

Reemplazando:

𝑃𝑟𝑥 = 15𝑑𝐵𝑚 + 23𝑑𝐵𝑖 + 23𝑑𝐵𝑖 − 1𝑑𝐵 − 1𝑑𝐵 − 122,475𝑑𝐵 = −63.47𝑑𝐵𝑚 Se obtiene -63.47 dBm lo cual se puede comparar que se acerca al valor que nos arroja la simulación en radio mobile. 5.5.6.13 Cálculo margen de desvanecimiento del sistema. El margen de desvanecimiento se da cuando hay pérdidas intermitentes de intensidad, por condiciones atmosféricas temporales y anormales, además de la pérdida normal de la trayectoria. Se reemplaza ecuación 5

𝐹𝑚 = 30 log(𝐷) + 10 log(6𝐴𝐵𝐹) − 10 log(1 − 𝑅) − 70 Donde 𝐹𝑚 = Margen de desvanecimiento (decibeles) D = Distancia (kilometros) f = Frecuencia (gigahertz) R = Confiabilidad en tanto por uno (es decir, 99.99% = 0.9999 de confiabilidad). 1 – R = Objetivo de confiabilidad para una ruta de 400 Km en un sentido. A = Factor de rugosidad = 4 sobre agua o sobre un terreno muy liso = 1 sobre un terreno promedio = 0.25 para áreas continentales promedio B = Factor para convertir la peor probabilidad mensual en una probabilidad anual = 1 para pasar una disponibilidad anual a la peor base mensual

110

= 0.5 para áreas calientes y humedas = 0.25 para áreas continentales promedio = 0.125 para áreas muy secas o montañosas Reemplazando: 𝐹𝑚 = 30 log(5.5550) + 10 log(6 ∗ 2 ∗ 0,25 ∗ 5,875) − 10 log(1 − 0,9999) − 70

𝐹𝑚 = 4,6 𝑑𝐵 El margen de desvanecimiento de acuerdo al resultado de la anterior ecuación es de 4,6 dB 5.5.6.14 Resumen parámetros calculados Tabla 3. Resumen parámetros Alcaldía – Torre Mahoma

Parámetros Alcaldía el Cocuy Torre Mahoma

Altura 2727 m 4085,7 m

Altura de la Antena (m) 15 m 20 m

Distancia entre puntos 5.55 Km

Frecuencia 5725 - 5875 MHz 5725 - 5875 MHz

Ganancia Antena (dBi) 23 dBi 23 dBi

potencia de Salida 15 dBm 15 dBm

Capacidad de canal 637,8 Mbps 637,8 Mbps

Margen desvanecimiento 6,79 dB 6,79 dB

PIRE 36 dBm 36 dBm

RSSI -63,47 dBm -63,47 dBm

Azimut 222,68° 42,7° Fuente: Los Autores

111

5.5.6.15 Simulación enlace en radio mobile. Figura 62. Simulación enlace Alcaldía – Torre Mahoma

Fuente: los Autores

En la figura 62 se observa el modelamiento realizado con el software Radio Mobile entre los dos puntos el cual permite demostrar que los cálculos realizados anteriormente no están distantes de la simulación (captura de pantalla del software Radio Mobile).

112

5.5.7 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela Carrizalito. En la planeación este será el segundo enlace el cual esta proyectado un trougput de 5 Mbps, es una escuela primaria y de acuerdo con la cantidad de alumnos y equipos se planteó este ancho de banda. 5.5.7.1 Distancia entre puntos - Coordenadas Punto Cerro Mahoma

Latitud = 6°22'22,14" = (6 + (22/60) + (22,14/3600)) = 6.37281666 Longitud = - 72°28'41,48" = (72 + (28/60) + (41,48/3600)) = - 72.47818888 Coordenadas Punto Escuela Carrizalito

Latitud = 6°23'13,56" = (6 + (23/60) + (13,56/3600)) = 6,3871 Longitud = - 72°27'5,24" = (72 + (27/60) + (5,24/3600)) = - 72.45145555 Luego de calcular las coordenadas expresadas en grados, minutos y segundos en valores decimales, se obtiene la diferencia de las latitudes y longitudes de los dos puntos. Latitud Puntos Escuela Carrizalito - Cerro Mahoma

Latitud = 6,3871 - 6.37281666 = 0.01428334 Longitud Puntos Escuela Carrizalito - Cerro Mahoma Longitud =-72.47818888-(-72.45145555) = 0.02673333 Una vez calculado estas diferencias de latitud y longitud de los puntos, se procede a calcular con la siguiente ecuación la distancia en kilómetros del enlace entre los dos puntos.

(𝐷𝐾𝑚) = √0.01428334(2) + 0.02673333(2) ∗ 111,177 = 3.36975 𝐾𝑚

113

5.5.7.2 Cálculo de Azimut










−72,45145 − (−72,4774)

6,3871 − 6,372911) = 1,828881528

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1(1,828881528) = 61,33° Cerró Mahoma - Carrizalito 𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 61,33°+ 180° = 241,33° Carrizalito – Cerro Mahoma

5.5.7.3 Cálculo potencia de ruido del sistema. Se reemplaza el ancho del canal selecionado y se calculan los valores que describira el valor de potencia de ruido del sistema. Para el ejercicio se escogio un ancho de canal de 10 MHz.

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10𝑙𝑜𝑔 ((1.38 ∗ 10−23) ∗ 290𝑘 ∗ 10 𝑥 106

0.001) = −103.9 ≅ −104 𝑑𝐵𝑚

5.5.7.4 Cálculo de la relación señal a ruido. La potencia transmitida en este

enlace es de 20 dBm y la potencia de ruido del sistema -104 dBm. Se realiza la conversión a watts. 20 dBm = 0.1 W

-104 dBm = 3. 98 𝑥 10−14 W

Reemplazando:

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(0,1

3.98 𝑥 10−14)

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 124 𝑑𝐵 5.5.7.5 Cálculo capacidad máxima del sistema. Una vez calculado el nivel de SNR, se procede a calcular la capacidad teórica del canal, donde se determina la capacidad del sistema, utilizando la ecuación de capacidad de Shannon. Remplazando ecuación:

𝐶 = 10000000 𝐿𝑜𝑔2 (1 + 2511886431509) = 411919083.7660 𝑏𝑝𝑠

114

𝐶 = 411,9 𝑀𝑏𝑝𝑠 Una vez calculado la capacidad del canal en bits por segundo, se procede a especificar la cantidad de niveles que seran necesarios para representar los datos, esta dato determinara el tipo de modulacion digital que se requerira. Para estimar el número de códigos o niveles se utiliza la ecuacion de Nyquist, dicha ecuación describe el limite teórico de capacidad. 5.5.7.6 Cálculo Ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist. La capacidad

de este enlace es de 5Mbps. Se despeja M y se remplaza

5000000 𝑏𝑝𝑠 = 2 ∗ 10000000 𝑙𝑜𝑔2 𝑀

0.25 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑀

𝑀 = 1,18 5.5.7.7 Cálculo de pérdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz. Cuando la frecuencia está dada en Ghz y la distancia en Km 𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(5,8) + 20 log(3,36) = 118.19 dB

5.5.7.8 Cálculo Potencia Isotrópica Radiada Efectiva

Reemplazando 𝑃𝐼𝑅𝐸 = 20𝑑𝐵𝑚 − 2𝑑𝐵 + 23𝑑𝐵𝑖 = 41 𝑑𝐵𝑚 5.5.7.9 Cálculo Zona de Fresnel. Reemplazando la ecuación 6 descrita en el

apartado que describe la zona de fresnel

𝑅 = 17.31√(80 ∗ 3280

5800 ∗ 3360) = 2 𝑚

El cálculo obtenido para la primera zona de fresnel desde el cerro Mahoma hacia la escuela carrizalito es 2 metros, este es el radio que debe estar despejado de obstáculos. 5.5.7.10 Cálculo potencia de recepción calculada Reemplazando:

115

𝑃𝑟𝑥 = 20𝑑𝐵𝑚 + 23𝑑𝐵𝑖 + 22𝑑𝐵𝑖 − 1𝑑𝐵 − 1𝑑𝐵 − 118,19𝑑𝐵 = −55.19𝑑𝐵𝑚 Se obtiene -55.19 dBm lo cual se puede comparar que se acerca al valor que arroja la simulación en Radio Mobile. 5.5.7.11 Cálculo margen de desvanecimiento del sistema

𝐹𝑚 = 30 log(3.36) + 10 log(6 ∗ 2 ∗ 0,250 ∗ 5,875) − 10 log(1 − 0,9999) − 70 𝐹𝑚 = 1,74 𝑑𝐵 5.5.7.12 Resumen parámetros calculados

Tabla 4. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Esc Carrizalito

Parámetros Torre Emisora Esc. Carrizalito

Altura 4085,7 m 2900 m








PIRE 42 dBm 43 dBm

RSSI -55,19 dBm -55,19 dBm


116

5.5.7.13 Simulación enlace en Radio Mobile.

Figura 63. Simulación enlace Torre Mahoma – Esc Carrizalito

Fuente: Los Autores

En la figura 63 se observa el modelamiento realizado con el software Radio Mobile entre los dos puntos el cual permite demostrar que los cálculos realizados anteriormente no están distantes de la simulación (captura de pantalla del software Radio Mobile). 5.5.8 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela Tobalito. En el diseño se tiene planteado suministrar 5 Megabytes para esta institucion.

117

5.5.8.1 Distancia entre puntos Coordenadas Punto Cerro Mahoma

Latitud = 6°22'22,14" = (6 + (22/60) + (22,14/3600)) = 6.37281666 Longitud = - 72°28'41,48" = (72 + (28/60) + (41,48/3600)) = - 72.47818888 Coordenadas Punto Escuela Tobalito

Latitud = 6°24'39,14" = (6 + (24/60) + (39,14/3600)) = 6,41087222 Longitud = - 72°23'36,81" = (72 + (23/60) + (36,81/3600)) = - 72,39355833 Luego de calcular las coordenadas expresadas en grados, minutos y segundos en valores decimales, se obtiene la diferencia de las latitudes y longitudes de los dos puntos. Latitud Puntos Escuela Tobalito - Cerro Mahoma

Latitud = 6,41087222 – 6,37281666 = 0,03805556 Longitud Puntos Escuela Tobalito - Cerro Mahoma Longitud = -72,47818888-(-72,39355833) = 0,08463055 Una vez calculado estas diferencias de latitud y longitud de los puntos, se procede a calcular con la siguiente ecuación la distancia en kilómetros del enlace entre los dos puntos.

(𝐷𝐾𝑚) = √0,03805556(2) + 0,08463055(2) ∗ 111,177 = 10.31 𝐾𝑚





118







−72,39355 − (−72,4774

6,410872 − 6,372911) = 2,208845921

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1(2,208845921) = 65,64° Cerró Mahoma – Tobalito

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 65,64°+ 180° = 245,64° Tobalito – Cerro Mahoma 5.5.8.3 Cálculo potencia de ruido del sistema. Se reemplaza por el ancho de canal y se calculan los valores que describira el valor de potencia del sistema. Para el ejercicio se seleciono la banda de 10 MHz.

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10𝑙𝑜𝑔 ((1.38 ∗ 10−23) ∗ 290𝑘 ∗ 10 𝑥 106

0.001) = −103.9 ≅ −104 𝑑𝐵𝑚

5.5.8.4 Cálculo de la relación señal a ruido. La potencia transmitida en este

enlace es de 20 dBm y la potencia de ruido del sistema -104 dBm. Se realiza la conversión a watts. 20 dBm = 0.1 W

-104 dBm = 3. 98 𝑥 10−14 W Reemplazando:

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(0,1

3.98 𝑥 10−14)

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 124 𝑑𝐵 5.5.8.5 Cálculo capacidad máxima del sistema. Remplazando en la ecuación:

𝐶 = 10000000 𝐿𝑜𝑔2 (1 + 2511886431509) = 411919083.7660 𝑏𝑝𝑠 𝐶 = 411,9 𝑀𝑏𝑝𝑠 Una vez calculado la capacidad del canal en bits por segundo, se procede a especificar la cantidad de niveles que seran necesarios para representar los datos, este dato determinará el tipo de modulacion digital que se requerirá. Para estimar el número de códigos o niveles se utiliza la ecuación de Nyquist, dicha ecuación describe el límite teórico de capacidad. 5.5.8.6 Cálculo Ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist. La capacidad de este enlace es de 5Mbps, por tanto se reemplaza.

119

Se despeja M y se reemplaza

5000000 𝑏𝑝𝑠 = 2 ∗ 10000000 𝑙𝑜𝑔2 𝑀 0.25 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑀

𝑀 = 1,18

5.5.8.7 Cálculo de perdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz. Cuando la frecuencia está dada en Ghz y la distancia en Km 𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(5,8) + 20 log(10,31) = 127,9 dB


Reemplazando, 𝑃𝐼𝑅𝐸 = 20𝑑𝐵𝑚 − 2𝑑𝐵 + 23𝑑𝐵𝑖 = 41 𝑑𝐵𝑚 5.5.8.9 Cálculo Zona de Fresnel. Reemplazando la ecuación 6 descrita en el


𝑅 = 17.31√(5155 ∗ 5155

5800 ∗ 10310) = 11,53 𝑚

El cálculo obtenido máximo para la primera zona de fresnel desde el cerro Mahoma hacia la escuela Tobalito es 11,53 metros. 5.5.8.10 Cálculo potencia de recepción calculada Reemplazando:

𝑃𝑟𝑥 = 20𝑑𝐵𝑚 + 23𝑑𝐵𝑖 + 22𝑑𝐵𝑖 − 1𝑑𝐵 − 1𝑑𝐵 − 127,9𝑑𝐵 = −64.9𝑑𝐵𝑚 Se obtiene -64.9 dBm lo cual se puede comparar que se acerca al valor que nos arroja la simulación en radio mobile. 5.5.8.11 Cálculo margen de desvanecimiento del sistema

𝐹𝑚 = 30 log(10.31) + 10 log(6 ∗ 2 ∗ 0,250 ∗ 5,875) − 10 log(1 − 0,9999) − 70 𝐹𝑚 = 12,85 𝑑𝐵

120

5.5.8.12 Resumen parámetros calculados

Tabla 5. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Esc Tobalito

Parámetros Torre Emisora Esc. Tobalito

Altura 4085,7 m 3579 m








PIRE 42 dBm 43 dBm

RSSI -64,9 dBm -64,9 dBm

Azimut 65,64° 245,64°

Fuente: Los Autores

5.5.8.13 Simulación enlace en Radio Mobile. Figura 64. Simulación enlace Torre Mahoma – Esc Tobalito

Fuente: Los Autores

121

En la figura 64 se observa el modelamiento realizado con el software Radio Mobile entre los dos puntos el cual permite demostrar que los cálculos realizados anteriormente no están distantes de la simulación (captura de pantalla del software Radio Mobile) 5.5.9 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela La Playa. En el diseño se tiene planteado suministrar 5 Megabytes para esta institución. 5.5.9.1 Distancia entre puntos Coordenadas Punto Cerro Mahoma

Latitud = 6°22'22,14" = (6 + (22/60) + (22,14/3600)) = 6,37281666 Longitud = - 72°28'41,48" = (72 + (28/60) + (41,48/3600)) = - 72.47818888 Coordenadas Punto Escuela La Playa

Latitud = 6°23'23,99" = (6 + (23/60) + (23,99/3600)) = 6,38999722 Longitud = - 72°24'22,38" = (72 + (24/60) + (22,38/3600)) = - 72,40621666 Luego de calcular las coordenadas expresadas en grados, minutos y segundos en valores decimales, se obtiene la diferencia de las latitudes y longitudes de los dos puntos. Latitud Puntos Escuela La Playa - Cerro Mahoma

Latitud = 6,38999722 – 6,37281666 = 0.01718056 Longitud Puntos Escuela La Playa - Cerro Mahoma Longitud = -72,47818888-(-72,40621666) = 0.07197222 Una vez calculado estas diferencias de latitud y longitud de los puntos, se procede a calcular con la siguiente ecuación la distancia en kilómetros del enlace entre los dos puntos.

(𝐷𝐾𝑚) = √0.01718056(2) + 0.07197222(2) ∗ 111,177 = 8,22 𝐾𝑚

122











−72,40622 − (−72,4774

6,389997 − 6,372911) = 4,165983846

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1(4,165983846) = 76,50° Cerró Mahoma – La playa

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 76,50°+ 180° = 256,50° La playa – Cerro Mahoma 5.5.9.3 Cálculo de potencia de ruido del sistema. Se reemplaza por el ancho de

banda escogido y se calculan nuevamente los valores que describirá el valor de potencia del sistema. Para el ejercicio se selecionó la banda de 10 MHz.

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10𝑙𝑜𝑔 ((1.38 ∗ 10−23) ∗ 290𝑘 ∗ 10 𝑥 106

0.001) = −103.96 ≅ −104 𝑑𝐵𝑚

5.5.9.4 Cálculo de la relación señal a ruido. La potencia transmitida en este enlace es de 20 dBm y la potencia de ruido del sistema -104 dBm. Se realiza la conversión a watts. 20 dBm = 0.1 W

-104 dBm = 3. 98 𝑥 10−14 W

Reemplazando:

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(0,1

3.98 𝑥 10−14)

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 124 𝑑𝐵 5.5.9.5 Cálculo capacidad máxima del sistema Remplazando ecuación:

𝐶 = 10000000 𝐿𝑜𝑔2 (1 + 2511886431509) = 411919083.7660 𝑏𝑝𝑠 𝐶 = 411,9 𝑀𝑏𝑝𝑠

123

Una vez calculado la capacidad del canal en bits por segundo, se procede a especificar la cantidad de niveles que serán necesarios para representar los datos; este dato determinará el tipo de modulacion digital que se requerirá. Para estimar el número de códigos o niveles se utiliza la ecuación de Nyquist, dicha ecuación describe el límite teórico de capacidad. 5.5.9.6 Cálculo Ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist. La capacidad

de este enlace es de 5Mbps, por tanto se reemplaza. Se despeja M y se reemplaza

5000000 𝑏𝑝𝑠 = 2 ∗ 10000000 𝑙𝑜𝑔2 𝑀 0.25 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑀

𝑀 = 1,18 5.5.9.7 Cálculo de pérdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz. Cuando

la frecuencia está dada en Ghz y la distancia en Km

𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(5,8) + 20 log(8,22) = 125,9 dB


Reemplazando,

𝑃𝐼𝑅𝐸 = 20𝑑𝐵𝑚 − 2𝑑𝐵 + 23𝑑𝐵𝑖 = 41 𝑑𝐵𝑚 5.5.9.10 Cálculo Zona de Fresnel. Reemplazando la ecuación 6 descrita en el apartado que describe la zona de fresnel

𝑅 = 17.31√(4110 ∗ 4110

5800 ∗ 8220) = 10,29 𝑚

El cálculo obtenido máximo para la primera zona de fresnel desde el cerro Mahoma hacia la escuela Tobalito es 11,53 metros. 5.5.9.11 Cálculo potencia de recepción calculada

Reemplazando:

𝑃𝑟𝑥 = 20𝑑𝐵𝑚 + 23𝑑𝐵𝑖 + 22𝑑𝐵𝑖 − 1𝑑𝐵 − 1𝑑𝐵 − 125,9𝑑𝐵 = −66.9𝑑𝐵𝑚 Se obtiene -64.9 dBm lo cual se puede comparar que se acerca al valor que nos arroja la simulación en Radio Mobile.

124

5.5.9.12 Cálculo margen de desvanecimiento del sistema

𝐹𝑚 = 30 log(8.22) + 10 log(6 ∗ 2 ∗ 0,250 ∗ 5,875) − 10 log(1 − 0,9999) − 70

𝐹𝑚 = 9,9 𝑑𝐵 5.5.9.13 Resumen parámetros calculados

Tabla 6. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Esc La Playa

Parámetros Torre Mahoma Esc. La Playa

Altura 4085,7 m 3357 m








PIRE 42 dBm 43 dBm



5.5.9.14 Simulación enlace con Radio Mobile.

Figura 65. Simulación enlace Torre Mahoma – Esc La Playa

Fuente: Los Autores

125

En la figura 65 se observa el modelamiento realizado con el software Radio Mobile entre los dos puntos el cual permite demostrar que los cálculos realizados anteriormente no están distantes de la simulación (captura de pantalla del software Radio Mobile) 5.5.10 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Colegio El Cardón. En el diseño se tiene contemplado suministrar 20 Megabytes, esta instutición cuenta con 170 estudiantes promedio. 5.5.10.1 Distancia entre puntos Coordenadas Punto Cerro Mahoma

Latitud = 6°22'22,14" = (6 + (22/60) + (22,14/3600)) = 6,37281666 Longitud = - 72°28'41,48" = (72 + (28/60) + (41,48/3600)) = - 72.47818888 Coordenadas Punto Colegio El Cardon

Latitud = 6°23'22,36" = (6 + (23/60) + (22,36/3600)) = 6,38954444 Longitud = - 72°23'23,36" = (72 + (23/60) + (23,36/3600)) = - 72.38982222 Luego de calcular las coordenadas expresadas en grados, minutos y segundos en valores decimales, se obtiene la diferencia de las latitudes y longitudes de los dos puntos. Latitud Puntos Colegio el Cardon - Cerro Mahoma Latitud = 6,38954444 – 6,37281666 = 0.01672778 Longitud Puntos Colegio el Cardon - Cerro Mahoma

Longitud = -72,47818888-(-72.38982222) = 0.08836666 Una vez calculado estas diferencias de latitud y longitud de los puntos, se procede a calcular con la siguiente ecuación la distancia en kilómetros del enlace entre los dos puntos.

126

(𝐷𝐾𝑚) = √0.01672778(2) + 0.08836666(2) ∗ 111,177 = 9,99 𝐾𝑚 5.5.10.2 Cálculo de Azimut










−72.38982222 − (−72,47818888

6,38954444 − 6,37281666) = 5.28262925

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1(5,265436181) = 79,28° Cerró Mahoma – Colegio El Cardon

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 79,28°+ 180° = 259,28° Colegio El Cardon – Cerro Mahoma 5.5.10.3 Cálculo potencia de ruido del sistema. Se reemplaza por el ancho de canal seleccionado y se calculan nuevamente los valores que describirá el valor de potencia del sistema. Para el ejercicio se utilizará 10 MHz.

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10𝑙𝑜𝑔 ((1.38 ∗ 10−23) ∗ 290𝑘 ∗ 10 𝑥 106

0.001) = −103.9 ≅ −104 𝑑𝐵𝑚

5.5.10.4 Cálculo de la relación señal a ruido. La potencia transmitida en este enlace es de 20 dBm y la potencia de ruido del sistema -104 dBm. Se realiza la conversión a watts. 20 dBm = 0.1 W

-104 dBm = 3. 98 𝑥 10−14 W

Reemplazando:

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(0,1

3.98 𝑥 10−14)

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 124 𝑑𝐵 5.5.10.5 Cálculo capacidad máxima del sistema

Reemplazando ecuación: 𝐶 = 10000000 𝐿𝑜𝑔2 (1 + 2511886431509) = 411919083.7660 𝑏𝑝𝑠

𝐶 = 411,9 𝑀𝑏𝑝𝑠

127

Una vez calculada la capacidad del canal en bits por segundo, se procede a especificar la cantidad de niveles que seran necesarios para representar los datos, esta dato determinará el tipo de modulación digital que se requerirá. Para estimar el número de códigos o niveles se utiliza la ecuación de Nyquist, dicha ecuación describe el limite teórico de capacidad. 5.5.10.6 Cálculo Ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist. La

capacidad de este enlace es de 20 Mbps, por tanto se reemplaza. Se despeja M y se reemplaza

20000000 𝑏𝑝𝑠 = 2 ∗ 10000000 𝑙𝑜𝑔2 𝑀 1 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑀

𝑀 = 2 5.5.10.7 Cálculo de pérdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz. Cuando la frecuencia está dada en Ghz y la distancia en Km

𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(5,8) + 20 log(9,99) = 127,6 dB


Reemplazando, 𝑃𝐼𝑅𝐸 = 20𝑑𝐵𝑚 − 2𝑑𝐵 + 23𝑑𝐵𝑖 = 41 𝑑𝐵𝑚 5.5.10.9 Cálculo Zona De Fresnel. Reemplazando la ecuación 6 descrita en el


𝑅 = 17.31√(4995 ∗ 4995

5800 ∗ 9990) = 10,21 𝑚

El cálculo obtenido máximo para la primera zona de fresnel desde el cerro Mahoma hacia la escuela Tobalito es 11,53 metros. 5.5.10.10 Cálculo potencia de recepción calculada Reemplazando:

𝑃𝑟𝑥 = 20𝑑𝐵𝑚 + 23𝑑𝐵𝑖 + 22𝑑𝐵𝑖 − 1𝑑𝐵 − 1𝑑𝐵 − 127,6𝑑𝐵 = −64.6𝑑𝐵𝑚 Se obtiene -64.9 dBm lo cual se puede comparar que se acerca al valor que nos arroja la simulación en Radio Mobile. 5.5.10.11 Cálculo margen de desvanecimiento del sistema

𝐹𝑚 = 30 log(9,99) + 10 log(6 ∗ 2 ∗ 0,250 ∗ 5,875) − 10 log(1 − 0,9999) − 70

𝐹𝑚 = 12,4 𝑑𝐵

128


Tabla 7. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Colegio El Cardón

Parámetros Torre Emisora Col. El Cardón

Altura 4085,7 m 3666 m








PIRE 42 dBm 43 dBm



5.5.10.13 Simulación enlace en Radio Mobile. Figura 66. Simulación enlace Torre Mahoma - Colegio El Cardón

Fuente: Los Autores

129

En la figura 66 se observa el modelamiento realizado con el software Radio Mobile entre los dos puntos el cual permite demostrar que los cálculos realizados anteriormente no están distantes de la simulación (captura de pantalla del software Radio Mobile). 5.5.11 Enlace entre el punto cerro Mahoma y Escuela La Isleta. En el diseño se tiene contemplado suministrar 5 Megabytes, para esta institución. 5.5.11.1 Distancia entre puntos

Coordenadas Punto Cerro Mahoma Latitud = 6°22'22,14" = (6 + (22/60) + (22,14/3600)) = 6,37281666 Longitud = - 72°28'41,48" = (72 + (28/60) + (41,48/3600)) = - 72.47818888 Coordenadas Punto Escuela La Isleta Latitud = 6°22'44,28" = (6 + (22/60) + (44,28/3600)) = 6,37896666 Longitud = - 72°25'46,88" = (72 + (25/60) + (46,88/3600)) = - 72,42968888 Luego de calcular las coordenadas expresadas en grados, minutos y segundos en valores decimales, se obtiene la diferencia de las latitudes y longitudes de los dos puntos. Latitud Puntos Escuela La Isleta - Cerro Mahoma

Latitud = 6,37896666 – 6,37281666 = 0,00615 Longitud Puntos Escuela La Isleta - Cerro Mahoma Longitud = -72,47818888-(-72,42968888) = 0,0485 Una vez calculado estas diferencias de latitud y longitud de los puntos, se procede a calcular con la siguiente ecuación la distancia en kilómetros del enlace entre los dos puntos.

(𝐷𝐾𝑚) = √0,00615(2) + 0,0485(2) ∗ 111,177 = 5,43 𝐾𝑚

130











−72,42968888 − (−72,47818888

6,37896666 − 6,37281666) = 7.88617886

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 𝑡𝑎𝑛−1(7,878137384) = 82,77° Cerró Mahoma – Esc Isleta

𝐴𝑧𝑖𝑚𝑢𝑡 = 82,77°+ 180° = 262,77° Colegio El Cardon – Cerro Mahoma

5.5.11.3 Cálculo potencia de ruido del sistema. Se reemplaza por el ancho de canal seleccionado y se calculan nuevamente los valores que describirá el valor de potencia del sistema. Para el ejercicio se utilizara 10 MHz.

𝑁(𝑑𝐵𝑚) = 10𝑙𝑜𝑔 ((1.38 ∗ 10−23) ∗ 290𝑘 ∗ 20 𝑥 106

0.001) = −103.9 ≅ −104 𝑑𝐵𝑚

5.5.11.4 Cálculo de la relación señal a ruido. La potencia transmitida en este enlace es de 20 dBm y la potencia de ruido del sistema -104 dBm. Se realiza la conversión a watts.

20 dBm = 0.1 W

-104 dBm = 3. 98 𝑥 10−14 W

Reemplazando:

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 10𝐿𝑜𝑔10(0,1

3.98 𝑥 10−14)

(𝑆𝑁𝑅)𝑑𝐵 = 124 𝑑𝐵

5.5.11.5 Cálculo capacidad máxima del sistema

Reemplazando ecuación:

𝐶 = 10000000 𝐿𝑜𝑔2 (1 + 2511886431509) = 411919083.7660 𝑏𝑝𝑠 𝐶 = 411,9 𝑀𝑏𝑝𝑠

131

5.5.11.6 Cálculo Ancho de banda utilizando la ecuación de Nyquist. La

capacidad de este enlace es de 5 Mbps, por tanto se reemplaza. Se despeja M y se reemplaza

5000000 𝑏𝑝𝑠 = 2 ∗ 10000000 𝑙𝑜𝑔2 𝑀 0.25 = 𝑙𝑜𝑔2 𝑀

𝑀 = 1,18 5.5.11.7 Cálculo de pérdidas por espacio libre en la banda de 5,8 Ghz. Cuando

la frecuencia está dada en Ghz y la distancia en Km

𝐿𝑝(𝑑𝑏) = 92.4 + 20𝑙𝑜𝑔 𝑓(5,8) + 20 log(5,43) = 122,3 dB

5.5.11.8 Cálculo Potencia Isotrópica Radiada Efectiva Reemplazando,

𝑃𝐼𝑅𝐸 = 20𝑑𝐵𝑚 − 2𝑑𝐵 + 23𝑑𝐵𝑖 = 41 𝑑𝐵𝑚 5.5.11.9 Cálculo Zona De Fresnel. Reemplazando la ecuación 6 descrita en el apartado que describe la zona de Fresnel

𝑅 = 17.31√(5270 ∗ 160

5800 ∗ 5430) = 8,36 𝑚

El cálculo obtenido máximo para la primera zona de fresnel desde el cerro Mahoma hacia la escuela La Isleta es 8,36 metros. 5.5.11.10 Cálculo potencia de recepción calculada Reemplazando:

𝑃𝑟𝑥 = 20𝑑𝐵𝑚 + 23𝑑𝐵𝑖 + 22𝑑𝐵𝑖 − 1𝑑𝐵 − 1𝑑𝐵 − 122,3𝑑𝐵 = −59,3 𝑑𝐵𝑚 Se obtiene -59,3 dBm lo cual se puede comparar que se acerca al valor que arroja la simulación en Radio Mobile. 5.5.11.11 Cálculo margen de desvanecimiento del sistema

𝐹𝑚 = 30 log(5,43) + 10 log(6 ∗ 2 ∗ 0,250 ∗ 5,875) − 10 log(1 − 0,9999) − 70

𝐹𝑚 = 4,50 𝑑𝐵

132


Tabla 8. Resumen parámetros enlace Torre Mahoma – Escuela La Isleta

Parámetros Torre Emisora Esc. Isleta

Altura 4085,7 m 3223 m








PIRE 42 dBm 43 dBm



5.5.11.13 Simulación enlace en Radio Mobile. Figura 67. Simulación enlace Torre Mahoma – Escuela La Isleta

Fuente: Los Autores

133

En la figura 67 se observa el modelamiento realizado con el software Radio Mobile entre los dos puntos el cual permite demostrar que los cálculos realizados anteriormente no están distantes de la simulación (captura de pantalla del software Radio Mobile). De acuerdo a los cálculos matemáticos realizados, se puede concluir que estos, no difieren de los arrojados en la simulación por el software (Radio Mobile), esto permite deducir que es posible realizar cada uno de los enlaces planteados en el diseño, permitiendo garantizar cumplimiento de los objetivos.

134

6. PRESUPUESTO

El proyecto va a acompañado por un presupuesto que no es más que la descripción de los objetivos a lograr en términos financieros; el presupuesto de este trabajo de investigación permite estimar la cantidad de recursos que se deben tener en cuenta en el desarrollo de la solución del proyecto. Para la elaboración del presupuesto fue necesario la edición 181 de la revista Construdata del mes de Diciembre 2016 – Febrero 2017, revista que permite estimar costos mediante la configuración de actividades, el cual integra información y herramientas para la planeación, ejecución y control de obras en un proyecto; para este caso diseño y presupuesto del radioenlace. Esta herramienta tiene información actualizada del sector con herramientas útiles y actualizadas que permiten el acceso a información de calidad. Asimismo, el presupuesto fué basado en un contrato que se realizó en el municipio de CHIA CUNDINAMARCA, donde se está ejecutando una serie de radioenlaces con los mismos equipos que se definieron para el diseño del radioenlace, “CONTRATO INTERADMINISTRATIVO NUMERO 2016-CT 506, SUSCRITO ENTRE EL MUNICIPIO DE CHIA Y LA IMPRENTA DEPARTAMENTAL SOLUCIONES INTEGRALES Y DE LAS TECNOLOGIAS DE LA INFORMACION Y COMUNICACIONES - IMPRETIC´S”. Tabla 9. Presupuesto Proyecto Radioenlace

Fuente: Los Autores

Oferente: Fecha:

Adjudicación Versión :

COSTOS DIRECTOSCód Descripción Actividad Cantidad Unitario Total

1 Suministro e instalación Mástil para Fijación Radio 1,00 648.996,00 648.996,00

2 Suministro e instalación y puesta en Marcha Radwin 2000C Punto a Punto 1,00 12.798.980,00 12.798.980,00

3 Sistema a Tierra para punto Alcaldia (Suministro e Instalación) 1,00 686.680,40 686.680,40

4 Sistema a Tierra Poste punto Escuelas (Suministro e Instalación) 5,00 699.257,00 3.496.285,00

5 Suministro e Instalación Poste en Concreto 14 mtsx 750Kg (Escuelas) 5,00 1.937.557,20 9.687.786,00

6 Suministro e instalación y puesta en Marcha Radwin 5000 Punto Multipunto Punto 1,00 32.902.360,00 32.902.360,00

7 Suministro e instalación Suscriptora Radwin HSU 510 (Col El Cardon) 1,00 7.610.852,00 7.610.852,00

8 Suministro e instalación Suscriptora Radwin HSU 505 (Escuelas) 4,00 7.610.852,00 30.443.408,01

98.275.347,41$

COSTOS INDIRECTOSCód Descripción Actividad Cantidad Unitario Total

9 Transporte y Fletes por Distancia (Equipos, Postes y Andamios) 1,00 5.000.000,00 5.000.000,00

5.000.000,00$

TOTAL 103.275.347,41$ Administracion 5% 5.163.767,37 $

Imprevistos 5% 5.163.767,37 $

Utilidad 10% 10.327.534,74 $

TOTAL PROYECTO CON AIU. 123.930.416,89$

TOTAL COSTOS INDIRECTOS

TOTAL COSTOS DIRECTOS

COSTOS PROYECTOContratante: ALCALDIA MUNICIPAL EL COCUY 15 de Julio de 2017

DISEÑO Y PRESUPUESTO RADIO ENLACE MUNICIPIO DE COCUY V 1

135

En la tabla 9, se describen las actividades que fueron tenidas en cuenta para la elaborción del presupuesto estimado, el cual tiene un valor asociado.

6.1 PRESUPUESTO DE OPERACIÓN ANUAL

A continuación en el cuadro 14 se observa el valor operacional anualizado del proyecto, el cual tiene contemplado los 12 meses de uso del servicio de internet dedicado con reuso 1:/1, también se tiene contemplado los impuestos que la Alcaldía tiene estipulados en la contratación con la entidad, así mismo, se contempló el gasto de corriente eléctrica en el punto cerro Mahoma, el cual será consumido por los equipos que sean instalados en la torre de la emisora serranía estéreo.

Cuadro 14. Presupuesto anual de operación proyecto

Fuente: Los Autores

4% Adulto mayor 2% Procultura 0,7 % Reteica

Internet 50 Mbps (Dedicado) $ 1.600.000 $ 19.200.000 $ 768.000 $ 384.000 $ 134.400 $ 20.486.400

Consumo luz electrica

mensual en torre Mahoma$ 20.000 $ 240.000 N/A N/A N/A $ 240.000

Total costo operacional $ 20.726.400

ImpuestosValor mensual 12 mesesITEM TOTAL

136

7. CONCLUSIONES

Los resultados del sondeo demuestran que la falta de internet en las instituciones educativas rurales del municipio, obedece a factores tales como: zonas geográficamente distantes, altos costos de implementación y limitación en infraestructura tecnológica, entre otros.

El análisis a la información de georreferenciación utilizando la herramienta de modelamiento Radio Mobile, determinó que no es viable técnicamente el diseño del radioenlace entre la Alcaldia y las instituciones educativas, concluyendo que entre cada una de las instituciones educativas rurales seleccionadas en esta primera fase a la Alcaldía Municipal, se localizaron obstáculos en cada una de sus línea de vista, por lo tanto, se debe considerar un sitio con mayor altura que permita realizar las interconexiones inalámbricamente. Teniendo en cuenta lo anterior, fue incluido en el diseño el Cerro Mahoma, este está por encima de los 4000 metros de altura, por tanto, desde este cerro se realizaron nuevamente los análisis y utilizando herramientas de medición de espectro (Wifi Analyzer) en la banda 2.4 y 5 GHz, se determinó que las instituciones educativas rurales de Carrizalito, Isleta, La Playa, Tobalito y Colegio El Cardón en el municipio de El Cocuy, están libres de interferencias electromagnéticas. Asimismo, con la georreferenciación de cada punto, fue calculada la “línea de vista” los cuales están libres de obstáculos al menos en su primera "zona de fresnel", esta información permite deducir que técnicamente es posible la viabilidad del proyecto.

Se observó que un alto porcentaje (77%) de la población objetivo preguntada, no cuenta con el servicio de internet en su Institución Educativa; por lo tanto, nuestra propuesta de diseñar un radio-enlace para llevar el servicio de internet en el municipio de El Cocuy, tiene un alto grado de importancia para lograr el mejoramiento de la calidad educativa. Por otra parte, los resultados del sondeo permiten demostrar que el (100%) de las instituciones educativas rurales del municipio de El Cocuy, cuentan con los equipos necesarios (Portatiles, computador de escritorio) para el uso del Internet; con ello podemos ratificar la viabilidad de implementar el servicio a través del radio-enlace, que se está planteando como solución eficiente para mejorar la calidad educativa del municipio.En ese mismo porcentaje de la poblacion objetivo analizada, manifiestan que deben desplazarse a largas distancias en este caso al casco urbano del municipio de El Cocuy para realizar consultas e investigaciones a internet, razón por la cual vemos viable el diseño propuesto, y este, sea llevado a una futura implementación. Asimismo, cerca del (90%) del uso de internet en las instituciones educativas rurales que tienen acceso al servicio, indican que lo usan en temas relacionados a contenidos e investigaciones académicas por parte de estudiantes y profesores, lo cual es incuestionable que el uso de las TIC en las aulas de clase es fundamental para mejorar la calidad educativa.

137

Confrontando los cálculos matemáticos elaborados como: distancia entre puntos o nodos, azimut, perdidas por espacio libre, zona de fresnel y nivel de recepcion de la señal entre otros, y los datos obtenidos de la herramienta de modelamiento Radio Mobile, se puede garantizar que el diseño del radio-enlace cumple con los requisitos técnicos para su normal funcionamiento.

En el análisis espectral realizado en cada punto, se optó por elegir la banda de frecuencia de 5 Ghz en el diseño de radio-enlace, esta, dispone de mayor ancho de banda que la banda de frecuencia de 2,4 Ghz y presenta un menor nivel de interferencias.

La estimación del costo del proyecto se encuentra alrededor de los $130.000.000 millones de pesos, lo cual permite tener un enfoque a nivel económico en referencia a la implementación de proyectos similares, como el que fue desarrollado en el municipio de Chia, Cundinamarca, evidenciando que el proyecto se encuentra en una escala financieramente viable para ser implementado.

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138

BIBLIOGRAFIA

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