UNIVERSIDAD NACIONAL JOS FAUSTINO SNCHEZ CARRIN

FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL, SISTEMAS E INFORMTICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA

ENLACE VIA MICROONDAS

ALUMNO: CASTRO MANDAMIENTO IVAN

DOCENTE: ING. DELVIS MORALES ESCOBAR

HUACHO 2013

INTRODUCCIN

Actualmente, los sistemas de difusin de radiomicroondas terrestres proporcionan menos de la mitad del recorrido total de los circuitos de los mensajes en casi todo el mundo. Sin embargo, en determinado momento los sistemas de microondas llevaban la mayora de las comunicaciones de larga distancia para la red de telfonos pblicos, agencias militares y gubernamentales y redes especializadas para comunicaciones privadas. Existen muchos tipos de diferentes de sistemas de microondas que operan sobre distancias que varan desde 15 a 4000 millas en longitud. Los sistemas de servicio interestatal o servicio de alimentador, por lo general se consideran dentro de la categora de corto alcance porque se utilizan para distancias relativamente cortas. Los sistemas de radio de largo alcance son aquellos que utilizan para distancias relativamente largas, como para las aplicaciones interestatales. Las capacidades de los sistemas de microondas varan desde menos de 12 canales de banda de voz a ms de 22,000. Los primeros sistemas de radio por microondas transportaban circuitos de banda de voz multicanalizadas por divisin de frecuencias no coherente. Los sistemas de microondas desarrollados ms recientemente llevan circuitos de banda de voz con multicanalizacin por divisin de tiempo modulados con cdigos de pulsos y utilizan tcnicas de modulacin digital ms modernas.

DEFINICIN DE MICROONDAS Y RADIOENLACE

MICROONDAS Las microondas son ondas electromagnticas cuyas frecuencias van desde unos 300MHz hasta 300GHz o ms. Por lo tanto, a causa de sus altas frecuencias, tienen longitudes de onda relativamente cortas, de ah el nombre micro ondas. Por ejemplo, la longitud de onda de una seal de microondas de 100GHz es de 0.03cm, mientras una seal de 100MHz, como la banda comercial de FM, tiene una longitud de 3m. Las longitudes de frecuencias de microondas se pueden considerar menores a 60cm, un poco mayores que la energa infrarroja.

RADIOENLACE Por enlace o radioenlace se entiende el tramo de transmisin directa entre dos estaciones adyacentes, ya sean terminales o repetidoras, de un sistema de microondas. El enlace comprende los equipos correspondientes de las dos estaciones, como as mismo las antenas y el trayecto de propagacin entre ambas. Hay muchos tipos de sistemas de microondas funcionando a distancias que varan de 25km a 6437km. En general en los sistemas de microondas se requiere la operacin dplex, para esto cada banda de frecuencias se divide a la mitad, y la mitad inferior se llama banda baja y la banda superior se llama banda alta.

IMPORTANCIA DE LOS ENLACES DE MICROONDAS TERRESTRES Los enlaces punto a punto juegan un papel muy importante en las telecomunicaciones. Constituyen una manera de comunicar dos puntos a diferentes distancias; as los enlaces punto a punto se han convertido en un medio de comunicacin muy efectivo en redes metropolitanas para interconectar puntos como bancos, mercados, tiendas departamentales, radio bases celulares, etc., sobre distancias moderadas y a travs de obstculos como autopistas, edificios, ros, etc.

CONFIGURACION BASICA DE UN ENLACE DE MICROONDAS Bsicamente un enlace va microondas consiste en tres componentes fundamentales: El Transmisor, El receptor y El Canal Areo. El Transmisor es el responsable de modular una seal digital a la frecuencia utilizada para transmitir, El Canal Areo representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de esperarse el receptor es el encargado de capturar la seal transmitida y llevarla de nuevo a seal digital. El factor limitante de la propagacin de la seal en enlaces microondas es la distancia que se debe cubrir entre el transmisor y el receptor, adems esta distancia debe ser libre de obstculos. Otro aspecto que se debe sealar es que en estos enlaces, el camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura mnima sobre los obstculos en la va, para compensar este efecto se utilizan torres para ajustar dichas alturas. El problema fundamental de este tipo de comunicacin es la atenuacin, que depender de la longitud de onda que estamos utilizando, as como las condiciones meteorolgicas ya que por ejemplo a partir de los 10 GHz aumenta mucho la atenuacin a causa de la lluvia.

En los sistemas de microondas las seales tienen variaciones que son debidas a cambios instantneos en los medios de transmisin, es decir a la constante dielctrica la cual depende de la altura sobre la Tierra.

Si la tierra no tuviera atmsfera los haces se propagaran en lnea recta pero debido a la variacin del ndice de refraccin loa haces tendr una determinada curvatura es por ello que el diseo de un enlace de microondas requiere una correccin de perfil; el perfil esencialmente asegura que la trayectoria del haz estar libre de obstrucciones.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ENLACE DE MICROONDAS TERRESTRE

VENTAJAS DE LOS ENLACES MICROONDAS Los radios de microondas propagan seales a travs de la atmsfera terrestre, entre transmisores y receptores que con frecuencia estn en la punta de las torres. As los sistemas de radio de microondas tienen la ventaja obvia de contar con capacidad de llevar miles de canales individuales de informacin entre los puntos, sin necesidad de instalaciones fsicas como cables coaxiales o fibras pticas. Adems, las ondas de radio se adaptan mejor para salvar grandes extensiones de agua, montaas altas o terrenos muy boscosos que constituyen formidables barreras para los sistemas de cable. Entre las ventajas del radio de microondas estn las siguientes:

1. Los sistemas de radio no necesitan adquisiciones de derechos de va entre estaciones. 2. Cada estacin requiere la compra o alquiler de slo una pequea extensin de terreno. 3. Por sus grandes frecuencias de operacin, los sistemas de radio de microondas pueden llevar grandes cantidades de informacin. 4. Las frecuencias altas equivalen a longitudes cortas de onda, que requieren antenas relativamente pequeas. 5. Las seales de radio se propagan con ms facilidad en torno a obstculos fsicos, por ejemplo a travs del agua o las montaas altas. 6. Para amplificacin se requieren menos repetidoras. 7. Las distancias entre los centros de conmutacin son menores. 8. Se introducen tiempos mnimos de retardo. 9. Entre los canales de voz existe un mnimo de diafona. 10. Son factores importantes la mayor fiabilidad y menor mantenimiento. 11. Puede superarse las irregularidades del terreno. 12. Puede aumentarse la separacin entre repetidores, incrementando la altura de las torres.

DESVENTAJAS DE LOS ENLACES MICROONDAS 1. Explotacin restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces (necesita visibilidad directa)2. Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer. 3. Las condiciones atmosfricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseo.

NDICE DE REFRACCIN TROPOSFERICA Los efectos de la atmsfera, a las frecuencias de microondas se deben a las variaciones de la constante dielctrica, o bien del ndice de refraccin n del medio con respecto a la altura sobre la tierra. Sabemos que el ndice de refraccin (n) es la relacin de la velocidad de una onda electromagntica viajando en el vaco relativo a la velocidad con que viajara en un medio finito. Sabemos que la atmsfera esta formada por capas esfricas que dependen de la temperatura, la presin de la atmsfera y la humedad.

ZONAS DE FRESNEL Bajo condiciones normales atmosfricas, el terreno tiene dos efectos sobre las prdidas de propagacin en un sistema de microondas. 1. rboles, edificios, colinas, o la tierra; pueden bloquear una porcin del rayo que transporta la microonda y pude causar prdidas de obstruccin (adicional a la atenuacin en el espacio libre). 2. Una gran seccin plana de terreno o agua puede reflejar una segunda seal para la antena receptora. La seal reflejada podra llegar fuera de fase con la seal directa, resultando as una atenuacin adicional que puede cancelar la seal (interferencia). La difraccin en una onda de radio ocurre cuando la onda encuentra un obstculo que es igual de grande en comparacin con la longitud de onda del rayo. Por debajo de los 1000 MHz existe una difraccin o encurvamiento de un obstculo con el incremento de la atenuacin como funcin de la obstruccin del obstculo. Por arriba de los 1000 MHz, con el incremento de la obstruccin, la atenuacin crece mucho ms rpidamente hasta que el trayecto se hace ms inusual. La cantidad actual de prdidas por obstruccin es dependiente del rea del rayo obstruido en relacin con el rea total frontal de la energa propagada y de las propiedades de difraccin de la obstruccin.

En la figura 3.7 se muestra la teora de onda de Huygens-Fresnel que plantea que el campo electromagntico en el punto S2 es debido a la suma de los campos causados por la radiacin de pequeas reas que se incrementan sobre una superficie cercana sobre el punto S1 se hace S1 sea la nica fuente de radiacin.

Las Zonas de Fresnel forman una serie de crculos concntricos imaginarios entre el transmisor y el receptor de radio rn . La posicin de las zonas depende de la longitud de onda. Cada zona contiene componentes que viajan por trayectos que no tienen ms de media longitud de onda de diferencia entre s a lo largo de toda la longitud. La superficie de fase constante es llamada frente de onda. Si las distancias r2 de varios puntos sobre el frente de onda a S son consideradas, las contribuciones al campo de S se ven como 22 componentes que se sumaran vectorialmente de acuerdo con la diferencia de sus fases relativas.

PERFIL TOPOGRAFICO Antes que nada para realizar un enlace de microondas es necesario saber la altura de la superficie terrestre, desde el punto inicial en el que va a estar el transmisor (Km 0) hasta el punto final donde se va encontrar el receptor (Km n), por lo cual ser necesario contar con un mapa topogrfico.

El perfil se hace marcando sobre el mapa una lnea recta, siendo esta nuestra lnea de vista, desde el punto inicial hasta el punto final del enlace. A continuacin marcamos puntos discretos sobre nuestra lnea de vista, estos puntos deben ser tomados 250m entre punto y punto, la figura muestra la lnea de vista trazada sobre el mapa topogrfico.

Teniendo ya nuestros puntos sobre nuestra lnea de vista procederemos a localizar la altura superficial de estos puntos, para despus graficar el relieve de la lnea de vista.

Un mapa topogrfico cuenta con curvas de nivel acotadas en metros, en la figura 4.2 las lneas A y B representan las curvas de nivel acotadas en 100m, las lneas X representan las curvas de nivel ordinarias y estas estn acotadas en 20m. Estas curvas representan la altura del relieve sobre el nivel del mar, a esta altura le llamaremos Ci. Ahora bien, como se muestra en la figura 4.2 si un punto 1 cae sobre la curva de nivel A tendr una altura Ci de 5000m, si cae en la lnea X1 tendr una altura Ci de 5020m

Obteniendo la altura de nuestros puntos de referencia graficaremos Ci con respecto a la distancia Xi, donde Xi son los puntos de referencia, o bien la distancia que hay desde el Km0 y el punto de referencia que se quiere graficar como se muestra la figura.

ZONA DE FRESNEL Uno de los objetivos de un buen enlace de microondas es dejar libre la primera zona de Fresnel, esto quiere decir dejar completamente libre el lbulo de radiacin de cualquier obstculo de la superficie terrestre, y suficientemente bajo para eliminar la segunda zona de fresnel. En la figura muestra el lbulo de radiacin de la primera zona de fresnel y el lbulo de la segunda obstruido, siendo este un enlace ideal.

El clculo para obtener las Zonas de fresnel esta dado por la siguiente formula:

donde: n = nmero entero de la Zona de Fresnel que se desea calcular. = longitud de onda (m) d1= distancia del punto 0 al Km donde quiero conocer la zona de fresnel (m) d2= distancia del punto evaluado al final del enlace (m) dt= distancia total del enlace (m)

Los valores obtenidos de rn en cada punto evaluado son los radios de los crculos concntricos que forman la zona de fresnel, en nuestro caso estos radios sern tomados perpendicularmente sobre la lnea de vista en el extremo superior e inferior del punto evaluado.

TAMAO DE TORRESEl tamao de torres del transmisor y el receptor del enlace depender de la altura mxima de obstruccin, siempre y cuando la altura de obstruccin no rebase los 120m. Esto quiere decir, que la altura de torres propuesta para el enlace deber ser directamente proporcional a la altura mxima de obstruccin. Sin embargo, si la obstruccin es menor a 15m la altura de la torre siempre ser de 15m. La figura muestra que la obstruccin mayor es de 23m por lo que el tamao de las torres del transmisor y receptor ser de 23m.

REPETIDOR Ahora bien, si la altura de obstruccin es mayor a 120m, ser necesario proponer un repetidor en el punto en el cual se encuentra la mayor obstruccin del enlace total, formando as dos subenlaces, que sera del transmisor al repetidor y del repetidor al receptor. Para saber el tamao de las torres del enlace nuevamente se establecer la lnea de vista, del punto en el cual se encuentra el transmisor al punto en el cual se ubicara el repetidor, y de este al punto en el cual se situara el receptor que es el final de nuestro enlace, teniendo as dos lneas de vista y se calculara su respectivo lbulo de radiacin para cada subenlace localizando el punto de mayor obstruccin y siguiendo los mismos parmetros para el clculo de altura de torres de un enlace normal.

Conociendo la altura de torres se trazara nuevamente la lnea de vista de antena a antena con su lbulo de radiacin correspondiente con el fin de comprobar que nuestro enlace esta libre de obstruccin. Por ejemplo de la figura 4.9 el enlace final quedara de la siguiente manera ver figura.

ENLACE DE 2 ANTENAS PUNTO A PUNTO

DEFINICIN DE RUTA Y CARTA TOPOGRFICAAntes que nada para realizar un enlace de microondas es necesario saber la altura de la superficie terrestre, desde el punto inicial en el que va a estar el transmisor (Km 0) hasta el punto final donde se va encontrar el receptor (Km n), por lo cual ser necesario contar con un mapa topogrfico.Los sistemas de microondas utilizan transmisin de lneas de vista. Tiene que haber una ruta de seal directa, de lnea de vista entre las antenas de transmisin y recepcin. En consecuencia, si esa ruta de seal experimenta una degradacin severa, ocurrir una interrupcin del servicio. La diversidad sugiere que hay ms de una ruta de transmisin o mtodo de transmisin disponible, entre un receptor y un transmisor. En un sistema de microondas, el propsito de utilizar la diversidad es incrementar la confiabilidad del sistema incrementando su disponibilidad. Cuando hay disponible ms de una ruta de transmisin o mtodo de transmisin, el sistema puede seleccionar la ruta de transmisin o mtodo que produce la seal de ms alta calidad recibida. Por lo general se determina la calidad, ms alta evaluando la relacin de portadora de ruido (C/N) en la entrada del receptor o simplemente midiendo la potencia recibida de la portadora. Aunque hay muchas formas de lograr la diversidad, los mtodos ms comunes que se utilizan son la frecuencia, el espacio y la polarizacin. La ruta que presenta este trabajo para el enlace de dos ciudades Huacho y Huaura ha sido diseado con respaldo de clculos matemticos y de un amplio estudio de campo.

ENLACE HUACHO - HUAURA

LugarDistanciaAltura

P1San Judas Tadeo (Huacho)0 Km30 m

P2El Milagro (Huaura)6.38 Km34 m

CIUDAD DE HUACHO:Altura : 30 m.s.n.m.

CIUDAD DE HUAURA:Altura : 34 m.s.n.m

De losdatosobtenidos por elGPS, y del plano topogrfico tanto latitud como longitud coinciden, por lo que del plano se tiene que la distancia entre los puntos de operacin ser de 6.38 km Y tenemos lo siguiente:Longitud de Enlace : 6.38 KmFrecuencia : 2400.0MHZFresnel : 60.0%

CALCULO DE LA LONGITUD DE ONDA

= c / fDonde:f = frecuencia (hertz) = longitud de onda (metros) c = velocidad de la luz en el espacio libre (3x 108 m/s)

= 300000000/2400000000 = 0.125m

RADIODE FRESNEL A CALCULAR PARA EL ENLACEEl radio de la seccin transversal de la primera zona de Fresnel tiene su mximo en el centro del enlace. En este punto, el radio r se puede calcular como sigue.

Donde: r = radio en metros (m)d = 6.38distancia en kilmetros (Km)f = 2400frecuencia transmitida en megahercios (MHz)

reemplazando:

r = 14.12m

CALCULO DEL RADIO DE FRESNEL Elanlisisde la influencia de los obstculos se realiza mediante los elipsoides de Fresnel, considerndose que la propagacin se efecta en condiciones de visibilidad directa si no existe ningn obstculo dentro del primer elipsoide. Debido alcarcteroscilatorio del campo, es innecesario que el trayecto pase muy por encima de los obstculos. Basta trabajar en el entorno de la primera zona de Fresnel, por lo que se suele usar como parmetro de referencia.Cuando el rayo pasa cerca de un obstculo o es interceptado por este, experimenta una prdida debida a la difraccin. Se denomina "despejamiento" a la distanciahentre el rayo y el obstculo. La ITU-R considera, por convenio,h>0 cuando hay interceptacin del rayo yh