microondas actividad1

MICROONDAS

TRABAJO COLABORATIVO

FASE 1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIAS

MARZO 2015

CONTENIDO

PORTADA

INTRODUCCION

OBJETIVOS

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIAS

INTRODUCCION

Los radio enlaces son interconexin entre terminales fijos y mviles efectuado por

ondas de radio. Generalmente los radioenlaces se explotan entre 2 y 50 GHz

Se asume que el trayecto que sigue una onda de radio se encuentra lleno de

obstculos, como accidentes geogrficos o construcciones, adems de estar

afectado por la curvatura de la tierra.

Para determinar un enlace radio elctrico de estos sistemas se realiza el clculo

del enlace. Para esto es muy importante conocer las caractersticas climticas de

la zona, especificaciones de los equipos, etc. Tambien se analizan otros factores

como Prdida en el espacio libre, Zonas de Fresnel, Lnea de vista,

Multitrayectoria entre otras.

.

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar el planteamiento propuesto en la gua de actividades del trabajo

colaborativo 1.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar y definir los principales parmetros, elementos y equipos que

caracterizan y componen un radioenlace.

Manejar e interpretar las recomendaciones internacionales sobre diseo y

anlisis de radioenlaces

Realizar clculos de balance de potencia y disponibilidad.

Plantear una situacin polmica a solucionar por medio de enlaces de radio

frecuencia.

Definir como mnimo el enlace de cinco redes de radio frecuencia en el

enlace a plantear.

Configurar los enlaces de radio de tal forma que se obtenga una red global

que interconecte de forma eficiente los puntos requeridos.

Realizar los clculos de los diferentes parmetros a medir en el enlace de

las redes.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

Diseo y anlisis de radioenlaces

La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los clculos efectuados

para evaluar las prdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil levantado entre

los dos extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En esta

prctica se pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos

cualquiera siendo conocida la posicin de stos en un sistema de coordenadas.

La representacin de los perfiles del terreno se efecta llevando las cotas de los

puntos sobre una lnea de base o curva de altura cero parablica, que representa

la curvatura de la Tierra ficticia con radio KR0. La ordenada de esta curva, para la

abscisa genrica x, se denomina flecha y equivale a la protuberancia de la

Tierra. Llamndola ahora f(x), se tiene:

Donde f(x) est en m y d-x en Km. K es el factor de correccin del radio terrestre

para tener en cuenta el efecto de refraccin atmosfrica. En Espaa se suele

tomar K=4/3 si se va a trabajar con el archivo N42W008, y para Colombia

(N10W075) se debe ajustar este factor.

En la figura 1 se ha representado un perfil atendiendo a estos parmetros.

La altura z(x), sobre la horizontal de un punto genrico del terreno P a una

distancia x del transmisor, es igual a su cota geogrfica c(x) ms la flecha f(x):

z(x)=c(x)+f(x)

Tradicionalmente, los perfiles se representan a partir de datos obtenidos

manualmente de mapas topogrficos. Estos representan el terreno de una zona

geogrfica a una escala determinada, en forma de retcula tridimensional, con

coordenadas UTM: X, Y y la cota Z.

Tenemos que si hr y ht son alturas de los mstiles soporte de las antenas, como

en los extremos la flecha es cero, se tiene:

Z (0) = c (0)+ht (Ec. 1)

Z (d) = c (d)+hr (Ec.2)

Llamando y(x) a la ordenada de la recta TR que representa al rayo, el despeje en

un punto arbitrario de abscisa x, es:

h(x) = z(x)-y(x) (Ec.3)

Como la flecha es funcin de k, al variar este parmetro cuando lo haga el

gradiente de la retroactividad, tambien variara la flecha y, por lo tanto, en le misma

cuanta, el despeje. Si se llama h y f a estas variaciones, se tiene:

h(x) = f(x)=0.07849. x. (d-x)

(Ec.4)

Si k2< k1, f es positivo y el despeje se reduce en el valor de h(x).

Tradicionalmente, los perfiles se representan a partir de datos obtenidos

manualmente de mapas topogrficos.

Es muy frecuente la utilizacin de mapas de escala 1:50.000. Se van obteniendo

distancia-cota por interseccin entre la lnea que une las ubicaciones del transistor

y receptor y las curvas de nivel del terreno, que para la escala anterior, tienen una

equidistancia de 20 m.

Para solventar estos problemas, se han desarrollado procedimientos de

digitalizacin de mapas topogrficos que permiten la obtencin por ordenador de

perfiles radioelctricos y posteriores clculo, tanto de las prdidas de propagacin,

como de contornos equisetal, con una precisin adecuada a las necesidades de

radiocomunicaciones.

Se selecciona el punto A con Hertz Mapper.

Altura de la antena 15m

Se selecciona punto B Hertz Mapper.

ESTACIONES UBICADAS

Seleccione una de las estaciones y elija la opcin Profile. Lleve la lnea que

aparece de modo que una ambas estaciones. Entonces pulse con el ratn y

aparecer el perfil de elevacin entre ambas estaciones. En este perfil ya se tiene

en cuenta un factor de correccin K=4/3 como corresponde a Espaa (N42W008.).

Inicialmente parta de la mnima longitud de mstil ht=hr=1m, y realice varios

clculos del radio de la primera zona de Fresnel y el despejamiento (vari la altura

de las antenas para obtener varias mediciones de la zona de Fresnel para el

mismo enlace, por lo menos 5 mediciones de la zona de Fresnel con diferentes

datos y valores de los parmetros de configuracin del Herz Mapper o

RadioMobile).

Se procede a tomar las 5 mediciones variando la altura de las antenas.

Altura de la antena 15 m. Altura de la antena 1m

Altura de la antena 2 m. Altura de la antena 3m.

Altura de la antena 6 m. Altura de la antena 8 m.

AZIMUTH EN

GRADOS

INCLINACION EN

GRADOS

ESTACION A 5300 160

ASTACION B 23300 160

DISTANCIAS ENTRE

ANTENAS

32202 METROS

PRINCIPALES PARMETROS, ELEMENTOS Y EQUIPOS QUE

CARACTERIZAN Y COMPONEN UN RADIOENLACE

Elementos de un Radioenlace

Lado de Transmisin

Potencia de Transmisin, prdidas en el cable, ganancia de antena

Lado de Propagacin

FSL, zona de Fresnel

Lado Receptor

Ganancia de antena, prdidas en el cable, sensibilidad del receptor.

Elementos de un Radioenlace

POTENCIA VERSUS DISTANCIA

Ecuacin de Radioenlace:

+ Potencia del Transmisor [dBm]

-Perdidas en el Cable TX [dB]

+ Ganancia de Antena TX [dBi]

-Perdidas en la trayectoria en el espacio libre [dB]

+ Ganancia de Antena RX [dBi]

-Perdidas en el Cable RX [dB]

= Margen Sensibilidad del receptor [dBm]

Potencia de Transmisin (Tx)

Potencia de salida del radio (la tarjeta inalmbrica, estacin base)

El lmite superior depende de limites regulatorios por lo tanto de los

pases/regiones y la utilidad en el tiempo

Prdidas en el Cable

Perdidas debido a la atenuacin

El cable de la antena debe ser lo ms corto posible

Dependientes de la Frecuencia

Controlar la hoja de datos y verificar

Los valores tpicos de perdidas varan entre 1 dB/m hasta < 0.1 dB/m

Menores perdidas => cable ms costoso

Prdidas en el Cable

Prdidas en los Conectores

Perdidas en los conectores (0.25 dB por conector)

Dependiendo de la frecuencia y tipo de conector

Perdidas en protectores contra descarga elctrica. (1 dB)

Amplificadores

Su uso es opcional, compensa perdidas en los cables

Puede cambiar caractersticas en la frecuencia y adicionar ruido

Considere los lmites legales

Una eleccin inteligente de las antenas y una alta sensibilidad en el

receptor son mejores que la fuerza bruta de amplificacin.

El amplificador aumenta tanto el nivel de la seal como el del ruido.

Antena del lado transmisor

Ganancia de Antena en rangos desde

2 dBi (antena integrada simple)

8 dBi (omni direccional estndar )

21 30 dBi (parablica)

Verifique que realmente tiene la ganancia nominal

Perdidas en la inclinacin, en la polarizacin, etc.

Prdidas en el espacio libre

Proporcional al cuadrado de la distancia

Proporcional al cuadrado de la frecuencia del radio.

FSL (dB) = 20log10 (d) + 20log10 (f) 187.5

d = distancia [m]

f = frecuencia [Hz]

Suponemos una antena isotrpica

Aproximacin lineal de FSL

Propagacin en el espacio libre: Zona de Fresnel

La siguiente formula calcula la primera zona de Fresnel:

r=17,32* ((d1*d2)/ (d*f))

d1= distancia al obstculo desde el transmisor [km]

d2 = distancia al obstculo desde el receptor [km]

d = distancia entre transmisor y receptor [km]

f= frecuencia [Ghz]

r= radio [m]

Obstculo situado en el medio (d1=d2), la formula se simplifica:

r=17,32* (d /4f)

El radio que contiene el 60% del total de la potencia:

r (60 percent)=10,4*(d /4f )

Zona de Fresnel (Lnea de vista)

Radio [m] para la primera zona de Fresnel

Lado Receptor. Prdidas en Antenas, Cables y Amplificadores

Los clculos son iguales que los del lado de transmisin.

Sensibilidad del receptor

Muestra el mnimo valor de potencia que necesita para poder

decodificar/extraer bits lgicos y alcanzar una cierta tasa de bit

Cuanto ms baja sea la sensibilidad, mejor ser la recepcin del radio

Una diferencia de 10 dB aqu es tan importante como 10 dB de ganancia en

una antena

Margen y SNR (tasa de seal a ruido)

Margen = Seal recibida en el receptor sensibilidad

No es suficiente que la seal sea > que el ruido

Es necesario un cierto margen entre la seal y el ruido (SNR)

Requerimiento tpico de SNR es:

16 dB para 11 Mbps

4 dB para 1 Mbps.

Trminos y Conceptos

Presupuesto de enlace / Presupuesto de potencia / Ganancia del Sistema

Un clculo de seal/potencia de las partes del sistema

Margen de operatividad del sistema

Seal recibida sensibilidad

EIRP (Efectiva Isotropic Radiated Power) = PIRE (Potencia Irradiada

Isotrpica Efectiva)

Mxima Potencia Irradiada

100 mW en Europa

1 4 W en otros pases

PIRE (dBm) = Potencia Transmisor (dBm) Perdidas en cables y conectores

(dB)+ Ganancia de

Antena (dBi).

Clculo con dB

Decibel es adimensional (como el porcentaje)

dB= 10*log(P(W)/(1W))

dBm= 10*log(P/0.001)= 10*log(P(W)/1(mW))

dBi = dB relativo a una antena isotrpica ideal (Fuente de un punto)

Las unidades de decibeles pueden ser sumadas y restadas y el resultado

ser adimensional.

La Regla de Oro:

Duplicar la potencia es igual a sumar 3 dB

Reducir la potencia a la mitad es igual que restar 3 dB.

El presupuesto de enlace completo

Dos ejemplos reales a discutir

La cuestin clave es:

Qu margen necesita para que un enlace funcione bien?

+ Potencia del Transmisor [dBm]

-Perdidas en el Cable TX [dB]

+ Ganancia de Antena TX [dBi]

-Perdidas en la trayectoria en el espacio libre [dB]

+ Ganancia de Antena RX [dBi]

-Perdidas en el Cable RX [dB]

= Margen Sensibilidad del receptor [dBm].

Ejemplo 1

Ejemplo 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

Para dar solucin a la gua de actividades, hemos conformado un grupo de trabajo

entre los estudiantes Hermes Orlando Santacruz, Omar Lasso Ortega, Mario

Hernn Arciniegas, quienes pertenecemos al CEAD de Pasto (N). Se plantea la

necesidad de enlazar tres puntos mediante radiofrecuencia:

Un punto ubicado en la sede del CEAD Pasto, un punto ubicado en el Municipio de

La unin Nario que dista en lnea recta del primer punto 47,5 km en lnea recta, y

un punto ubicado en el Municipio de San Pablo Nario que dista del primero, 59,7

km en lnea recta.

Podemos ubicar geogrficamente los puntos mencionados mediante el siguiente

fragmento de mapa poltico del Departamento de Nario.

SOLUCIN DEL PROBLEMA.

El primer obstculo encontrado, es que los puntos a enlazar no tienen lnea de

vista, por ello es necesario instalar antenas repetidoras en la cima de tres

montaas representativas del sector, las cuales en la realidad sabemos que son

utilizadas por las empresas de telecomunicaciones para instalar sus repetidores,

con lo que podemos estar seguros que son puntos ptimos que nos garantizan

lneas de vista.

A continuacin se dan a conocer las coordenadas de los puntos a enlazar y de las

repetidoras.

PUNTO 1

Nombre: Cead Pasto.

Ubicacin: 1 12 57,8 N 77 17 0,2 o

Altura [msnm]: 2544,3

PUNTO 2

Nombre: Cerro Morasurco.

Ubicacin: 1 16 11 N 77 14 25,8 o


PUNTO 3

Nombre: Cerro Chimayoy.

Ubicacin: 1 33 14 N 77 03 51,6 o


PUNTO 4

Nombre: Cerro El Plpito.

Ubicacin: 1 38 36,6 N 76 59 28,5 o


PUNTO 5

Nombre: San Pablo N.

Ubicacin: 1 40 14 N 77 00 33,7 o


PUNTO 6

Nombre: La Unin N.

Ubicacin: 1 36 18,2 N 77 07 55,5 o

Altura [msnm]: 1722

Para el enlace de estos puntos se configuran cinco redes de la siguiente forma:

RED 1

Nombre: Cead Pasto Morasurco.

Distancia: 7,6 Km

RED 2

Nombre: Morasurco - Chimayoy.

Distancia: 37,1 Km

RED 3

Nombre: Chimayoy La Unin.

Distancia: 9,4 Km

RED 4

Nombre: Chimayoy El Plpito.

Distancia: 12,8 Km

RED 5

Nombre: El Plpito San Pablo.

Distancia: 3,6 Km

Se plantea el enlace entre las redes mediante antenas yagi bidireccionales de 25

dbm de ganancia, ubicadas a alturas promedio de 60 m.

Para la comprobacin del enlace se procede a montar una simulacin en el

software RADIO MOVILE que es una herramienta muy til y fcil de utilizar.

Visualizacin del radio enlace a travs del software, en la cual se observan las 5

redes con enlaces ptimos, se puede apreciar la lnea de vista entre los diferentes

puntos

A continuacin se muestra la simulacin de cada uno de los puntos donde se

puede observar los diferentes datos obtenidos, que ms adelante sern

analizados con mayor profundidad.

ENLACE UNAD CEAD PASTO CON EL CERRO MORASURCO

ENLACE CERRO MORASURCO CON EL CERRO DE CHIMAYOY

ENLACE CERRO MORASURCO Y CERRO EL PULPITO

ENLACE CERRO EL PULPITO CON RESIDENCIA DE OMAR LASSO EN SAN

PABLO NARIO

ENLACE CERRO CHIMAYOY CON EL MUNICIPO DE LA UNION NARIO,

RESIDENCIA DE MARIO HERNAN ARCINIEGAS

SIMULACIN DEL ENLACE MIGRADO A GOOGLE EARTH

CALCULOS DE ALGUNOS FACTORES DE PRDIDA DE LAS REDES

Red Cead Pasto Morasurco. Perdidas en el espacio libre:

( ) ( ) ( ) ( )

Peor fresnel F1:

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

Red Morasurco Chimayoy. Perdidas en el espacio libre:

( ) ( )

( ) ( )

Peor fresnel F1:

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

Red Chimayoy La Unin Perdidas en el espacio libre:

( ) ( ) ( ) ( )

Peor fresnel F1:

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

Red Chimayoy el plpito Perdidas en el espacio libre:

( ) ( )

( ) ( )

Peor fresnel F1:

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

Red El Plpito San Pablo Perdidas en el espacio libre:

( ) ( ) ( ) ( )

Peor fresnel F1:

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )

CONCLUSIONES

En el desarrollo de este trabajo se realiz en establecer todos los clculos

efectuados para evaluar las prdidas que afectan a un radioenlace, el cual

consista en un perfil levantado entre el transmisor y el receptor. Donde se

estableci la ubicacin de cada uno y la distancia entre ellos.

Fue muy importante identificar y definir los principales parmetros, elementos y

equipos que caracterizan y componen un radioenlace. Esto nos permiti entender

esta temtica y desarrollo del trabajo colaborativo.

BIBLIOGRAFIAS

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