Diseño de Redes Microondas · 2020. 5. 21. · Curso de Actualización Profesional: Diseño de...
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Curso de Actualización Profesional: Diseño de
Redes Microondas
Mg. Ing. Javier More
02 de mayo de 2020
WhatsAPP: https://wa.me/5199105634
7
Webinar disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=fvlvdN7VR2A
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Teoría electromagnética aplicado a las redes Microondas
Diseño de redes de transporte de microondas
Herramientas para el diseño de redes microondas
Caso práctico
Laboratorio
Índice
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1.- Teoría electromagnética aplicada a redes microondas
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¿Qué es el espectro radioeléctrico?
𝝀𝝀 = Longitud
de onda
𝜆 =𝑐
𝑓
f = 10 GHz
𝜆 =300,000,000
1,000,000,000= 3cm
𝝀
Banda E (80 GHz) → 𝝀 = 0.38 cm = 4 milímetrosCopyright: . Ing. Javier More
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Microondas: Rango entre 300 MHz a 300 GHz. Usualmente se le conoce al rango de frecuencias que se encuentran entre 3 a 100 GHz.
Nombre Rango
VLF Very Low Frequency 3 kHz - 30 kHz
LF Low Frequency 30 kHz - 300 kHz
MF Medium Frequency 300 kHz - 3 MHz
HF High Frequency 3 MHz - 30 MHz
VHF Very High Frequency 30 MHz - 300 MHz
UHF Ultra High Frequency 300 MHz - 3 GHz
SHF Super High Frequency 3 GHz - 30 GHz
EHF Extremely High Frequency 30 GHz - 300 GHz
Radio AM
TV VHF, Radio FM
TV UHF, Telefonía Móvil
Redes Microondas
Redes Microondas, Banda Ka
Radios HF
Espectro Radioeléctrico
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¿Quién regula el espectro radioeléctrico?
ANEMinTIC
MTC
IFT SUBTEL
ARCOTELATT
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Bandas de espectro para redes Microondas
En los Planes de Frecuencia de cada país, se indican las bandas que se pueden usar para enlaces microondas
Bandas Licenciadas: Solo para operadores de TelecomunicacionesCopyright: Ing. Javier More
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Bandas No Licenciadas
915 - 928 MHz5150 - 5250
MHz2400 - 2483.5
MHz
5250 - 5230 MHz
5725 - 5850 MHz
5450 - 5725 MHz
Algunos países imponen limitaciones de PIRE (Potencia)
Difiere, según el país.Copyright: Ing. Javier More
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¿Qué es el dBm?
Muy usado en Telecomunicaciones para medir niveles de potencia.
Representa un nivel de potencia en base a 1mW
+ Sumar 3dBm es igual a doblar la potencia.- Restar 3dBm es igual a dividir la potencia entre 2.
27 dBm = 0.5 W
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒆𝒏 𝒅𝑩𝒎 = 10 ∗ log [𝑃 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠
1 𝑚𝑊]
𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒆𝒏𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔 = 10𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑑𝐵𝑚−30
10
Regla práctica
-15 dBm = 0.032 mW
Datasheet utilizado: https://cdn.cambiumnetworks.com/wp-content/uploads/2017/08/SS_ePMP_Force190_06222018.pdf
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¿Qué es el dBi?
Datasheet utilizado: https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/261522-p360-vhlp4-11w-a-external.pdf
Unidad utilizada para medir la ganancia de las Antenas
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Canales en Banda Licenciadas
Banda 4400 – 5000 MHz
CH1MHz
80 MHz
4450 4530 4610
300 MHz
CH2 CH3 CH1
80 MHz
4750 4830 4910
CH2 CH3
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¿Qué frecuencia es recomendable usar?
3 GHz 11 GHz 50 GHz
Redes de Larga Distancia
8 GHz
Redes de Área Local
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2.- Diseño de Redes Microondas
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Línea de Vista (LOS: Line of sight)
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Atenuación en el Espacio Libre (AEL)
𝐿𝑠 𝑑𝐵 = 92.4 + 20 log(𝑓𝑥𝑑)
d = 10 km
f= 2.4 GHz
𝐿𝑠 𝑑𝐵 = 92.4 + 20 log(2.4 ∗ 10) = 120 dB
Si se dobla la distancia → AEL se incrementa en 6dB
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Producto del efecto de “difracción”, las ondas de microondas se trasmiten en un espacio determinado.
La potencia se concentra en la Primera Zona de Fresnel.
En el diseño de un enlace microondas se debetener en cuenta que la Primera Zona de Fresnelquede despejada (libre de obstáculos)
1° 𝑍𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝐹𝑟𝑒𝑠𝑛𝑒𝑙 = 𝐹1 = 17.32𝑑1 𝑘𝑚 𝑥 𝑑2(𝑘𝑚)
𝑓 𝐺𝐻𝑧 ∗ 𝑑(𝑘𝑚)
Zonas de Fresnel
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Equipos Microondas
IDU
ODU
Antena
Cable FI
Guía de Onda / Acoplador
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Potencia de Transmisión de Equipos Microondas (1/3)
RTN 620
• Banda: 14 GHz• Pot Transmisión: 21 dBm• Ganancia de Antena: 35 dBi• Sensibilidad: -69 dBm @128QAM
PIRE = 21dBm + 35dBi = 56 dBm
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Potencia de Transmisión de Equipos Microondas (2/3)
RTN 980
• Banda: 8 GHz• Pot Transmisión: 26.5 dBm @1024 QAM• Ganancia de Antena: 45.3 dBi• Sensibilidad: -69 dBm @128QAM
PIRE = 26.5dBm - 1dB + 45.3dBi = 70.8 dBm
Datasheet: https://support.huawei.com/enterprise/en/doc/EDOC1100042209?section=j009
Guía de Onda
Cable de RF
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Potencia de Transmisión de Equipos Microondas (3/3)
Cambium ePMP Force 300-25
Datsheet: https://cdn.cambiumnetworks.com/wp-content/uploads/2018/10/SS_ePMP_Force300-25_08212019.pdf
• Banda: 5 GHz• Pot Transmisión: 27 dBm• Ganancia de Antena: 25 dBi• Sensibilidad: -63 dBm @256QAM
PIRE = 27dBm + 25dBi = 52 dBm
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Link Budget
- AEL y otras atenuaciones (lluvia)
+ Ganancia Antena A
+ Ganancia Antena B
+ Pot TX
- AtenuaciónCable y Conectores A
= Pot RX
-AtenuaciónCable y Conectores B
𝑷𝑹𝑿 = 𝑃𝑇𝑋 − 𝐿 𝐶𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴 𝑦 𝐶𝑎𝑏𝑙𝑒𝐴 + 𝐺 𝐴𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 𝐴 − 𝐴𝐸𝐿 + 𝐺 𝐴𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 𝐵 − 𝐿 𝐶𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐵 𝑦 𝐶𝑎𝑏𝑙𝑒 𝐵
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Margen de Desvanecimiento
Los niveles de FM son datos de Fabricantes del Equipo. Están basados en la Sensibilidad del Receptor.
PRx NominalPRx Real
FM6: Para un BER de 10^(-6)
FM3: Para un BER de 10^(-3)
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23
Modelo Huawei RTN 620
IDU
ODU
Cable de FI
Banda de Operación: 14 GHzTráfico: PDH, SDH y EthernetModulación: QPSK/16QAM/32QAM/64QAM/128QAMPTx = 21 dBmBER 10-6 = -87.5 dBm @ 7GHz, 16QAM y 4xE1Ganancia de Antena: 35 dBiPerdida por conectores: 2dBDisponibilidad del Enlace: 99.99904%
Ejemplo
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24
¿Que pasa si el equipo se setea para transmitir 1-STM 1 @ 128 QAM?
Dato : BER E-6 = -69.5 dB (1 STM-1 @ 128 QAM)
Ejemplo
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Efecto de la Refracción
Atmosférica. Factor K
El efecto de la Refracción Atmosférica ocasiona que las microondas no viajen enlínea recta, sino que tengan cierta curvatura, la misma que esta en función al radiode la tierra y a un factor “K”.
Por lo general, K adopta el valor de 4/3. para zonas tropicales.
El parámetro K se ve reflejado en el cálculo del efecto de la curvatura de la tierra.
𝐶 =4
51∗𝑑1 ∗ 𝑑2
𝐾 c
d1 (km) d2 (km)
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Cálculo de altura de Torres (1)
En un enlace microondas, la obstrucción por edificios, picos de montañas, árboles,muchas veces es inevitable.Si el obstáculo interfiere con la primera zona de Fresnel, hay atenuación delenlace.
ha
Ha
hb
Hb
ha = Altura Torre “A”Ha = Altura sobre el nivel del mar del punto A.D: Despejamiento
d1 d2
H
c
D
C: Valor por curvatura de tierraH = Altura del obstáculo.hb: Altura Torre “B” Copyright: Ing. Javier More
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Elevación del Terreno: Cartas
Geográficas
http://sigmed.minedu.gob.pe/descargas/
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Cálculo de Altura de Torres (2)
H1 =Ha+ha
H2 = Hb+hb
d1
H3 = c+H+D
d2
𝐻3 − 𝐻1
𝑑1=𝐻2 − 𝐻3
𝑑2
Se conocen todas las variable, excepto elvalor de la altura de las torres: ha y hb.
Se asume el valor para una torre y secalcula el valor para otra torre.
ℎ𝑏 =𝑑2
𝑑1∗ 𝑐 + 𝐻 + 𝐷 − 𝐻𝑎 − ℎ𝑎 − 𝐻𝑏 + 𝐶 + 𝐻 + 𝐷
Si en el calculo sale hb < 0entonces no se necesita alturade torre. Se recomienda unatorre de 10m para eliminar elefecto de campo cercano
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Desvanecimiento de Señal
Principales razones del Desvanecimiento de Señal Microondas
Atenuación en el Espacio Libre
Desvanecimiento selectivo de Frecuencia
Desvanecimiento por lluvia
Desvanecimiento por variación Factor K
Desvanecimiento por Multitrayectoría
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Ejemplo: Red de Microondas Yurimaguas - Iquitos
Instalación de una Red de Transporte Inalámbrica de Microondas de alta capacidadSe instalaron 11 torres de más de 120 metros cada una a lo largo de 370 km.El servicio se inauguró en Marzo de 2014.
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Ejemplo: Equipos Comerciales
SDH/PDH
Imágenes extraidas de Alibaba
RTN 620
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Equipos Microondas Split-Mount
Adaptado de Huawei
Antena
ODU (Outdoor Unit)
Cable de FI
IDU (Indoor Unit)
La Unidad de RF es una UnidadOutdoor (ODU).
El procesamiento de la Señal IF y lasunidades MUX/DEMUX están en unaUnidad Indoor (IDU)
El ODU y la antena pueden estar enuna misma unidad o pueden estarseparadas (unidas por una guía deonda pequeña).
Los IDUs se instalan en los Racks y losODUs en la torre.
Es la más usada. Rápido despliegue.
Ejemplo: OptiX RTN 600, 900
Muy usado para Backhaul móvilCopyright: Ing. Javier More
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Polarización
Pol Vertical
Pol Horizontal
Adaptado de Huawei y SAF TechnikaCopyright: Ing. Javier More
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Arquitectura de redes
Microondas
Extraído de Huawei
Anillo Cadena
Add-Drop
Copyright: Ing. Javier More
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Alineación de Antenas
Adaptado de Huawei y SAF
CorrectoIncorrectoIncorrectoUbicación del lóbulo lateral
AGCPunto de Detección
VAGC
Ubicación del lóbulo principal
Ángulo
El alineamiento deantenas se hacemoviendo la antena yasea en forma vertical(ángulo de elevación) uhorizontal (Azimut).
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3.- Herramientas para el diseño de redes Microondas
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Herramientas de Software
Libre
Propietario
Microsoft ExcelRadio MobileGoogle Earth (Visualización)Link PlannerHerramientas Web
Los vendors tienen herramientaspropietarias que se adecuan a lasparticularidades de sus equipos.Atoll, PathLoss, ArcGIS
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Radio Mobile
• Usado para cálculos de propagación en enlaces punto a punto yenlaces punto a multipunto.
• http://www.cplus.org/rmw/english1.html
• http://radiomobileperu.blogspot.com/
• http://www.g3tvu.co.uk/Radio_Mobile.htm
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Google Earth
• Permite visualizar los resultados exportados de Radio Mobile o de algún software GIS.
• http://www.google.es/intl/es/earth/download/ge/agree.html
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Caso de Estudio usando Radio Mobile – Google Earth
Abrir Radio Mobile y seguir las indicaciones
Se realizará un Enlace Punto a Punto. Se realizará calculo de perfiles, zonas deFresnel.
La red trabajada se exportará a Google Earth.
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Ejercicio Usando Radio Mobile
Se requiere realizar un enlace microondas en el departamento de Ica:Universidad San Luis Gonzaga – Hotel Huacachina.
Parámetro Valor
Throughput Típico 7.5Mbps
Banda de Frecuencia 2.4GHz
Ganancia de antena 8dBi
Sensitividad Nominal -86dBm
Resistencia al viento 190Km/h
Datos del Equipamiento a ser utilizado
Estación Latitud Longitud Altitud (msnm)
Universidad SLG 14°05’15.89"S 75°44‘01.35"O 402
Hotel Huacachina 14°05‘18.61"S 75°45‘46.68"O 404.4Copyright: Ing. Javier More
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Cargar los DEM de elevación en RM
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Agregar Unidades
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Configurar la Red
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Calcular la Altura de la Antena
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Exportar a Google Earth
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5.- Caso práctico
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5.- Laboratorio
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Laboratorio
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