Enlaces Microondas

AO DE LA INVERSION PARA EL DESARROLLO RURAL Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAFACULTAD DE CIENCIAS ESPECIALIDAD INGENIERA ELECTRNICA Y TELECOMUNICACIONES

TEMA : ENLACE: Piura - otuzco

CURSO:MICROONDAS

DOCENTE :ING. Carlos Enrique Arellano Ramrez

AUTOR : Nunura Jaramillo Daniel Farias castillo Roberto Carlos

PIURA- PERU2014

CONTENIDO:

INTRODUCCIN CAPITULO I MARCO TEORICO1. CONCEPTOS GENERALES DE MICROONDAS. ABSORCION REFLEXION DIFRACCION REFRACCION FACTOR DE TOLERANCIA ZONA DE FRESNEL LINEA DE VISTA MARGEN DE DESVANECIMIENTO

CAPITULO II INGENIERIA DE PROYECTO1. DIAGRAMA DE ENLACE.2. ENLACES MICROONDAS:-ENLACE ENTRE TONGORRAPE-MOTUPE.-CALCULOS.-GRAFICOS.-ANALISIS.-ENLACE ENTRE MOTUPE Y JAYANCA.-CALCULOS.-GRAFICOS.-ANALISIS.-ENLACE ENTRE JAYANCA Y LLIMO.-CALCULOS.-GRAFICOS-ANALISIS.3. DISPONIBILIDAD DEL ENLACE.4. PLAN DE FRECUENCIAS5. EQUIPOS A UTLIZAR6. PRESUPUESTO7. CONCLUCIONES8. ANEXOS

INTRODUCCION

El presente proyecto consta de la realizacin de un enlace microondas que permitir la comunicacin entre TONGORRAPE-MOTUPE-JAYANCA-LLIMO. Para esto se tuvo que utilizar 1 carta geogrficas tomando en cuenta aspectos geogrficos y tcnicos de la zona. Adems, se determinan los requerimientos mnimos que debern tener los equipos que se emplearn en la implementacin del diseo. Tambin se busca identificar equipos que cumplan estas caractersticas. Finalmente, se realizar una evaluacin econmica del Proyecto que permita determinar la rentabilidad del mismo.

El resto de clculos corresponde a la parte analtica de las zonas tomadas en donde se hallan los clculos de las curvaturas de los terrenos, la primera zona de Fresnell, el despejamiento de la altura mxima que han sido representadas en tablas y grficos para su mejor entendimiento as como tambin el clculo de las alturas de las torres de las antenas.

OBJETIVOS

Disear un enlace microondas.

Aplicar los conocimientos adquiridos durante el curso de Microondas para disear un enlace va microondas.

Analizar variables que afecten la eficiencia, modificndolas coherentemente para lograrlo.

Observar y comprobar si nuestro perfil geogrfico permite un enlace real optimo.

CAPITULO I: MARCOTEORICO

ENLACE MICROONDAS TONGORRAPE-MOTUPE-JAYANCA-LLIMO

I: GENERALIDADES

Este proyecto fundamenta el diseo de un radio-enlace de telecomunicaciones digitales en la banda de microondas. El tipo de microondas es terrestre, donde suelen utilizarse antenas parablicas. Para conexionas a larga distancia, se utilizan conexiones intermedias punto a punto entre antenas parablicas.

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.

Las microondas denomina as su porcin del espectro electromagntico que cubre las frecuencias entre aproximadamente 3 Ghz y 300 Ghz (1 Ghz = 109 Hz), que corresponde a la longitud de onda en vaco entre 10cm. y 1mm.

Antes de hacer nuestro diseo debemos tener presente los siguientes conceptos:

ABSORCIN

Las ondas electromagnticas son atenuadas o debilitadas mediante la transferencia de energa al medio en el cual viajan, cuando ste no es el vaco.Debido a este efecto la potencia de la onda decrece exponencialmente en el medio, vindose reflejado en un decrecimiento lineal en dB. Este coeficiente de absorcin en dB/m se usa para describir el impacto del medio en la radiacin, de manera cuantitativa.En general, existe una fuerte absorcin en materiales conductores, sobre todo en metales, y en el caso referente a las redes inalmbricas, es el agua en todas sus formas ya sea lluvia, neblina, y la contenida en el cuerpo humano la causante de la absorcin. Tambin se encuentra absorcin intermedia en rocas, ladrillos y concreto, dependiendo de su composicin, y en el caso de rboles y otros materiales, su comportamiento es determinado por su concentracin de agua.

REFLEXIN

La reflexin ocurre principalmente sobre metales, pero tambin en superficies de agua y otros materiales con propiedades similares. El principio bsico de lareflexin es que una onda se refleja con el mismo ngulo con el que impacta una superficie, tal como se puede ver en la Figura siguiente.

REFLEXIN DE UNA ONDA, CON EL MISMO NGULO DE INCIDENCIA

Se pueden presentar dos casos importantes de reflexin, uno sobre una superficie plana, visto en la Figura 3.3 y otro sobre una superficie parablica, visto en la Figura

REFLEXIN EN UN PLANO

REFLEXIN EN UNA PARBOLA

DIFRACCIN

La difraccin se basa en el hecho de que las ondas no se propagan en una sola direccin. Ocurre cuando las ondas encuentran un obstculo en su trayectoria y divergen en muchos haces, implicando que las ondas pueden dar la vuelta en una esquina, como se ilustra en la Figura

DIFRACCIN DE UNA ONDA ELECTROMAGNTICA

Cabe indicar que la difraccin se incrementa en funcin de la longitud de onda, espor esto que sistemas como el de radio AM que operan a frecuencias bajas, se difractan mas fcilmente que los sistemas inalmbricos que operan a frecuencias mas altas y por tanto con longitudes de onda menores, requiriendo por esto en lo general una lnea de vista entre transmisor y receptor.REFRACCIN

La refraccin es la desviacin de las ondas cuando encuentran un medio de composicin diferente, por lo que un frente de onda al pasar de un medio a otro cambia de velocidad y en consecuencia, de direccin como se ilustra en la Figura siguiente.

REFRACCIN DE ONDAS

FACTOR DE TOLERANCIA

El Factor de Tolerancia C es la distancia que existe entre el haz radioelctrico y la montaa ms alta o el obstculo ms significativo dentro del enlace tal como puede verse en la Figura siguiente

FACTOR DE TOLERANCIA

ha = Altura de la antena de transmisin, en [m]hb = Altura de la antena de recepcin, en [m]Ha = Altura del punto de transmisin, en [m]Hb = Altura del punto de recepcin, en [m]C = Factor de Tolerancia o altura de despeje, en [m]hs = Altura del obstculo mascritico del perfil, en [m]Hk = Altura de la curvatura de la tierra entre los dos puntos del enlace, en [m]D1 = Distancia desde el punto mas bajo al obstculo, en [Km]D2 = Distancia desde el obstculo hasta el otro extremo del enlace, en [Km

ZONAS DE FRESNEL

Un principio importante cuando se trata de entender la propagacin de ondas electromagnticas es el principio de Huygens, el cual en su forma simplificada puede ser formulado como:En cualquier punto de un frente de onda, se puede considerar que se origina un nuevo frente de onda esfrico.Si se suma las ondas esfricas de un frente de onda, se puede entender por qu un frente de onda no perturbado viaja como una sola pieza. Es por esto que el principio de Huygens explica por qu la luz (ondas de radio, o cualquier onda electromagntica) no siempre viaja en lnea recta.

En este sentido las zonas de Fresnel definen la existencia de una zona que debe mantenerse libre de obstculos para poder transmitir la mxima potencia desde un punto A hasta un punto B. Si existen obstculos dentro de la zona de Fresnel, stos introducirn prdidas de obstruccin, las cuales se determinan en funcin de la relacin entre el factor de tolerancia y el radio de la primera zona de Fresnel:C/rF1 expresados en las mismas unidades. Para el clculo del radio de las zonas de Fresnel es necesario aplicar la Frmula siguiente.

n = nmero de la zona de Fresnel (n = 1, primera zona de Fresnel). = Longitud de onda, en mD1 = Distancia desde el punto mas bajo al obstculo, en [Km]D2 = Distancia desde el obstculo hasta el otro extremo del enlace, en [Km]D = Distancia Total entre el punto A y el punto B (D = D1+D2)

La primera zona de Fresnel es un volumen ms cercano alrededor de la lnea recta que une el transmisor con el receptor, por lo que hay que tener en cuenta los obstculos por debajo pero tambin a los lados de esta lnea recta, tal como se puede apreciar en la Figura siguiente.

ZONA DE FRESNEL

LNEA DE VISTA

El concepto de lnea de vista es fcil de entender y comprobar a la luz visible para nuestros ojos; sin embargo, cuando se habla de enlaces de radio, este concepto resulta ms complejo debido a que, al no ser visibles, estos enlaces necesitan tener una lnea de vista ptica para un radio enlace y, adicionalmente, un espacio libre alrededor denominado como lnea de vista de radio, ya definida anteriormente por las zonas de Fresnel, y que se puede apreciar en la Figura siguiente.

LNEA DE VISTA DE RADIO VS. LNEA DE VISTA PTICA

MARGEN DE DESVANECIMIENTO (MD) Y RELACIN SEAL A RUIDO (SNR)

El margen de desvanecimiento determina el rendimiento de un radio enlace y es el resultado de la diferencia entre la potencia nominal del receptor y la sensibilidad del mismo, tal como se muestra en la Frmula FM = Prx Pu [dB]

FM = Margen de Desvanecimiento, en dB.Prx = Potencia de Recepcin, en dBm.Pu = Sensibilidad del Receptor

CAPITULO II: INGENIERIA DEL PROYECTO

Ubicacin de los sitios de transmisin y recepcin

La ubicacin de las estaciones tanto terminales como repetidoras, del sistema de microondas en diseo es de gran importancia ya que el adecuado posicionamiento permitir cumplir el objetivo de llevar la seal de televisin a su destino. Los sitios a mencionarse en el anlisis realizado se resumen en la tabla siguiente: SITIOLATITUDLONGITUD

CASCA728 47,4 S78 49 6,4O

LUCMA7 38 27.1 S78 33 3.4O

QUIRUVILCA8 0 13,3 S78 18 37,1O

OTUZCO754 10.5S78 33 53,2 O

SAMME 7 59 41,6 S78 40 55,9 O

MACHE8 1 49,7S78 32 5,1O

Imagen satelital de los puntos a enlazar.

VISTA DEL ENLACE MICROONDAS EN RADIO MOBILE

1 DIAGRAMA DE ENLACE

DONDE:

A: ESTACION ORIGEN (OTUZCO)

B: CASCA C: LUCMA

D: SACME E: QUIRUVILCA

Las estaciones radio base estn ubicadas todas en todo el distrito de OTUZCO provincia de Lambayeque departamento de Lambayeque, la zona est cubierta por bastante vegetacin, el acceso es posible carretera..

Transmitiremos a lo largo de nuestro enlace voz y datos

II ENLACE ESTACION ORIGEN (CASCA) ESTACION B (LUCMA )

ESTACION ORIGEN: Este punto est ubicado a aproximadamente 15km de distancia, hacia la poblacin ms cercana, por lo tanto concluimos en que este es un lugar bastante aislado de poblacin Dicho lugar tampoco cuenta con alguna fuente de energa por lo que se planteara usar energas renovables como solares.

ESTACION A: es una ciudad bastante poblado cuenta con la mayora de servicios agua red elctrica lo que mas nos interesa tambin es un lugar bastante accesible ya que cuenta con una buena pista

DISTANCIA DEL ENLACE: d=35,7KMCORDENADAS : ESTACION ORIGEN (1276msnm): Latitud: 7 28 47,4S Longitud: 78 49 6,4 O

ESTACION B (2168msnm) Latitud: 7 38 27,1"S Longitud: 78 33 3,4" OAZIMUT: 121,29

ANALISIS DE PERFIL CASCAS LUCMA

*Observamos que el obstculo ms cercano a la lnea de vista (LV) se encuentra a una distancia de:Distancia a la , y tiene una altura de 194m.*De la ciudad de Cajamarca al obstculo hay una distancia de 0.30

PERFIL DEL TERRENO

Comparamos con el software radio Mobile

CALCULOS DEL ENLACE MICROONDAS ORIGEN - ESTACION BTenemos que:H = 194 mHa = 196 mHb = 135 mK= 1.33R = 6370 kmd = 11.7 km

CALCULAMOS LA PRIMERA ZONA DE FRESNEL:F= 10 GHZDistancias:d1 = 0.3 kmd2 = 11.42 kmD = F1 = =550 D = F1 = 15.60m

CALCULAMOS LA CURVATURA DEL TERRENO:K = 1,33 =4/3Distancias:d1 = 0.3 kmd2 = 11.42 km

C = C= C = 0.20m

CALCULAMOS ALTURA DE LAS TORRES Y ANTENASInvertimos los valores para poder aplicar la formula de tales, consideramos ha = 30mHa= 135, Hb= 196, d1= 11.42 d2= 0.3

hb= ()*(C+H+D-Ha-ha) + C+H+D-Hbhb= ()*(o.20+194+15.60-135-30) + 0.20+194+15.60-196hb= 14.98 hb=15por lo tanto: La altura para la estacin A ser de 30m La altura para la estacin B ser de 15m

CALCULO DE LA ATENUACION EN EL ESPACIO LIBREAEL = 92.5 + 20log(f * d) = 92.5 + 20log(10 * 11.72)AEL = 133.88 Db

VISTA DEL ENLACE CON EL SOTWARE RADIO MOBILE

VISTA DEL ENLACE CON EL SOTWARE GOOGLE EARTH

III ENLACE MOTUPE JAYANCA

ESTACION B MOTUPE: Este segundo punto est ubicado a aproximadamente 29.39 km de jayanca de distancia, es una ciudad bastante poblada cuenta con fluido elctrico por lo que no utilizaremos otra fuente de energa. Es un lugar muy accesible cuenta con pistas y carreteras.

ESTACION C JAYANCA: esta tercera estacin es una ciudad bastante poblado cuenta con la mayora de servicios agua red elctrica, tambin es un lugar bastante accesible ya que cuenta con una buena pista y caminos para llegar a la estacin.

DISTANCIA DEL ENLACE: d=29.39 kmCORDENADAS : ESTACION B (588msnm): Latitud: 6 9'0.60"S Longitud: 7942'51.60"O

ESTACION C (588msnm) Latitud: 623'31.20"S Longitud: 7949'19.19"OAZIMUT: ESTACION B = 203.87 ESTACION C = 23.88

ANALISIS DE PERFIL MOTUPE-JAYANCA

*Observamos que el obstculo ms cercano a la lnea de vista (LV) se encuentra a una distancia de:Distancia a la , y tiene una altura de 134m.*De la ciudad de Cajamarca al obstculo hay una distancia de 0.81

PERFIL DEL TERRENO


CALCULOS DEL ENLACE MICROONDAS ORIGEN - ESTACION BTenemos que:H = 139 mHa = 135 mHb = 72 mK= 1.33R = 6370 kmd = 29.39 km km

CALCULAMOS LA PRIMERA ZONA DE FRESNEL:F= 10 GHZDistancias:d1 = 0.81kmd2 = 26.17 kmD = F1 = =550 D = F1 = 5.5 m


C = C= C = 1.23m


hb= ()*(C+H+D-Ha-ha) + C+H+D-Hbhb= ()*(o.25+139+5.5-72-30) + 1.25+139+5.5-135hb= 12.10 hb=15por lo tanto: La altura para la estacin B ser de 30m La altura para la estacin C ser de 15m

CALCULO DE LA ATENUACION EN EL ESPACIO LIBREAEL = 92.5 + 20log(f * d) = 92.5 + 20log(10 * 29.39)AEL = 141.86 db



IV ENLACE ESTACION C (JAYANCA) ESTACION B (LLIMO)

ESTACION C JAYANCA: Este tercer punto est ubicado a aproximadamente 12.01 km de llimo de distancia, es una ciudad bastante poblada cuenta con fluido elctrico por lo que no utilizaremos otra fuente de energa. Es un lugar muy accesible cuenta con pistas y carreteras.

ESTACION D LLIMO: es una ciudad bastante poblado cuenta con la mayora de servicios agua red elctrica lo que mas nos interesa tambin es un lugar bastante accesible ya que cuenta con una buena pista y caminos de acceso hacia las estacin radio basa

DISTANCIA DEL ENLACE: d=12.02kmCORDENADAS : ESTACION C JAYANCA (200msnm): Latitud: 623'31.20"S Longitud: 7949'19.19"O

ESTACION D LLIMO (103msnm) Latitud: 628'31.20"S Longitud: 7951'24.00"OAZIMUT: ESTACION C = 202.46 ESTACION D = 22.46

ANALISIS DE PERFIL JAYANCA - LLIMO

PERFIL DEL TERRENOEstacion C Estacion Final


CALCULOS DEL ENLACE MICROONDAS ORIGEN - ESTACION BTenemos que:H = 55.9 mHa = 63 mHb = 52 mK= 1.33R = 6370 kmd = 12.20 km

CALCULAMOS LA PRIMERA ZONA DE FRESNEL:F= 10 GHZDistancias:d1 = 6.4 kmd2 = 3.6 kmD = F1 = =550 D = F1 = 8.35m


C = C= C = 1.36m


hb= ()*(C+H+D-Ha-ha) + C+H+D-Hbhb= ()*(8.35+55.9+1.35-52-15) + 8.35+1.35+55.9-63hb= 10

por lo tanto: La altura para la estacin A ser de 15m La altura para la estacin B ser de 10mCALCULO DE LA ATENUACION EN EL ESPACIO LIBREAEL = 92.5 + 20log(f * d) = 92.5 + 20log(10 *12.02)AEL = 133.52dB



3 DISPONIBILIDAD DEL ENLACE Potencia de recepcin nominal () = - A(cir,con) - A(Coax,Go) + - A (hidrometeoros)/dB+ - A(Coax,Go) - - A(cir,con)

Margen de desvanecimiento (FM): = - = potencia umbral y es dato dado por el fabricante

Entre Tongorrape y MotupeAEL=133.88dB A(coax, Go)TX/dB= 3.18dB Go = 3dB/33mA(coax, Go)RX/dB=2.72dBPtx=27 dBmGA1= 34.6dBiGA2= 34.6dBiA(cir,con) A= 2 dBA(cir,con) B= 2 dB

= - A(cir,con) - A(Coax,Go) + - A(hidrometeoros)/dB+ - A(Coax,Go)- A(cir,con) = 27 dB - 2 dB 3.18 dB +34.6dBi 133.88 dB + 34.6dBi 2.72dB 2 dB= -47.58dBm

= -47.58dBm - (-81 dBm)= 33.42dB

Entre Motupe y JayancaAEL=141.86dB A(coax, A)=2.72dB Go = 3dB/33mA(coax, B)=0.86dBPtx=27 dBmGA1= 34.6 dBiGA2= 34.6 dBiA(cir,con) A= 2 dBA(cir,con) B= 2 dB

= - A(cir,con) - A(Coax,Go) + - A(hidrometeoros)/dB+ - A(Coax,Go)- A(cir,con) = 27 dB - 2 dB 2.72 dB +34.6 dBi 141.86dB + 34.6 0.86dB 2 dB = -53.24dBm = -53.24dBm - (-81 dBm) = 27.76 dB

Entre JayancayLLimoAEL=133.52dB A(coax, A)=3.18dB Go = 3dB/33mA(coax, B)=2.72dBPtx=27 dBmGA1= 34.5dBiGA2= 34.5dBiA(cir,con) A= 2 dBA(cir,con) B= 2 dB

= - A(cir,con) - A(Coax,Go) + - A(hidrometeoros)dB+ + - A(Coax,Go)- A(cir,con) = 27 dB - 2 dB 3.18 dB +34.6 dBi 133.52 dB + 34.6 2.72dB 2 dB = - 47.22dBm = -47.22dBm - (-81 dBm) = 33.78 dB

4 PLAN DE FRECUENCIAS En toda estacin radio base existe un plan de frecuencias, y el plan que usaremos en cada una de nuestras estaciones ser el siguiente:

Dnde:F1, F2 Son las frecuencias por donde se desea transmitir, estn son licenciadas.H Polarizacin HorizontalV Polarizacin Vertical Estacin Tongorrape: Tx F1 Rx F2

Estacin Motupe: Tx F2 Rx F1 Estacin Jayanca: Tx F1 Rx F2 Estacin LLimo: Tx F2 Rx F1

Hallamos las frecuencias de acuerdo a nuestros equipos:Para F1 y F2 tenemos:10.4GHz F1 F2

10.15GHz 10.65GHz 14MHZ 14 MHZ

BW = 28 MHZAncho de banda para transmitir y recibir = 14 MHZAncho de banda total = 28 MHzF1 = = 10.27 GHz F2 = = 10.52GHz

5 EQUIPOS A UTILIZAR:Para el uso de equipos fueron elegidos segn lo que se quiere transmitir, en este caso transferencia de voz y datos, por lo cual optamos por equipos de la marca SAF.Usaremos la lnea de productos CFM (sistema de comunicacin inalmbrica punto a punto), segura y econmica, que en el caso de nuestro enlace operara en la banda de los 10GHz; este equipo nos facilita la trasmisin de voz y datos, tanto en reas metropolitanas como rurales, garantizando enlaces de hasta 60km de distancia entre dos ubicaciones.Los radios CFM estn disponibles con una capacidad de transmisin de 4, 8, 16 y 34Mbps; para nuestro enlace usaremos la capacidad de transmisin de 34Mbps.*Tanto nuestro trasmisor como receptor trabajaran en un ancho de banda de 28MHz, con 14MHz para transmitir y 14MHz para recibir ya que ser una transmisin bidireccional.*Estos equipos trabajan en modulacin de 4FSK.Este sistema de comunicacin est compuesto por el ODU (unidad de radio), la antena, tanto para el transmisor como para el receptor a utilizar en nuestras ERB.

*Anexo datasheet del equipo. (Transmisor, receptor, antena).

CABLE COAXIAL LMR 400El equipo SAF tiene una adaptacin de antena con ranura UBR 84, es decir se conectan cable coaxial. Este cable coaxial presenta atenuaciones de 3dB por cada 33metros, de lo cual calculamos las perdidas (En este estudio las ERB se encuentran a 10metros de cada torrepor lo que las prdidas en el cable coaxial sern calculadas al sumar la altura de la antena ms los diez metros hasta la ERB).Nuestra configurar a usar ser una configuracin ALL INDOOR: Se trata de instalaciones en las que toda la inteligencia de la red se instala en el armario ubicado en el interior de las instalaciones. Es decir IDU y ODU se instalan en el interior y tan solo la antena se instala en el exterior.

6 PRESUPUESTO:

Estimacin de costos:

.Precio del equipo CFM $. 35000.00 .Precio de cable coaxial $. 1500.00Con adaptacin UBR 84 (WR112), aprox. 165m.Torres (Se usaran 4 torres)$. 7000.00.Otros gastos$. 1000.00

Presupuesto total:$. 40000.00

CONCLUSIONES:

Los resultados obtenidos de clculo por la aplicacin desarrollada muestran en la totalidad de los parmetros la disponibilidad del enlace microondas.

Despus tedioso trabajo con las cartas geogrficas y con la ayuda de un software (Google Earth) y radio mobile dimos con los lugares adecuados y se concluyo que las alturas de las torres no sobrepasan los lmites de altura de una torre microondas.

En cuanto al modelo de equipos empleado se utilizo la marca CFM que es un sistema de comunicacin inalmbrica punto a punto adems nos brinda los parmetros suficientes para un enlace optimo, aunque cumple con las recomendaciones de la UIT, se considera que este enlace debe ser explorado sobre una base ms amplia de territorio a fin de analizar su convergencia con valores.

ANEXOS:

Datesheet del equipo (incluido antena).

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