El Colegio de Ingenieros Mecánicosy Electricistas, A.C.

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Planeación, diseño e instalación de un sistema de Radiocomunicación utilizando el Software Radio

Mobile.

Link Budget / Presupuesto de Potencia

InstructorIng. José Luis Pérez Báez.

Curso

Junio de 2017.

OBJETIVO

• Presentar todos los elementos y herramientasnecesarias para el cálculo de un radioenlace.

• Discutir cada uno de los elementos queintervienen en su cálculo.

• Ser capaz de evaluar los resultados en contactodirecto con la realidad.

Elementos que intervienen en un radioenlace

•Lado de transmisión•Lado de propagación•Lado receptor

• Es el calculo de todas las ganancias y perdidas desde el transmisor hasta el receptor.

• Un buen presupuesto de potencia del enlace es esencial para el buen funcionamiento del mismo.

• Estimación de pérdidas / ganancias del radioenlace.•Diseño adecuado.•Correcta elección de los equipos.

¿ Que es un presupuesto de enlace ?

LINK BUDGET O PRESUPUESTO DE POTENCIA

El presupuesto de potencia o Link Budget, es un cálculo de la potenciadisponible en todo el enlace que nos permitirá saber si el enlace es realizableo tiene problemas.

Toma como base la estructura total del sistema, y los parámetros de gananciao atenuación de cada una de las etapas que componen el sistema deradiocomunicación.

Como calcular un presupuesto de enlace.

Gt Gr

Tx Rx

Espacio libre

Cables y conectores

Cables y conectores

Potencia contra distancia

Potencia detransmisión

Potencia derecepción

Gananciade antena

Gananciade antena

Perdida del espacio librePérdida en cables

y conectores

Pérdida en cablesy conectores

dbm

Km

distancia

Sensibilidad del receptor

MARGEN

𝐿𝐸𝐿(𝑑𝑏) = 32.45 + 20 log10 𝑟𝑘𝑚 + 20 log10 (𝑓𝑀ℎ𝑧)

Ecuación de radioenlace

+ Potencia del Transmisor (dbm) – Pérdidas en el cable de Tx (db)+ Ganancia de antena de Tx (db) – Pérdidas en la trayectoria del espacio libre (db)+ Ganancia de antena de Rx (db) – Pérdidas en el cable de Rx (db)

= MARGEN

MARGEN - Sensibilidad del receptor (dbm) = Si es “positivo” el enlace es realizable.

Potencia de transmisión.-

• Potencia de salida del radio (Estación base, repetidor, radio directo, tarjetainalámbrica, etc.

• El límite superior depende de los límites por la regulación vigente de la regióno el país.

Pérdidas en el cable.-

• Pérdidas debido a la atenuación.• El cable de la antena tanto transmisora como receptora, debe ser lo más

corto posible.• Las perdidas del cable dependen de la frecuencia de operación.• Tomar datos reales de la hoja de datos técnicos del cable.• Los valores típicos de perdidas varían entre 1 db/m hasta < 0.1 db/m.• Menores perdidas en el cable implican mayor costo de éste.

Pérdidas en conectores.-

• Pérdidas en los conectores (Valor típico 0.25 db por conector)• Dependiendo de la frecuencia y tipo de conector.• Pérdidas en protectores contra descarga eléctrica (~ 1 db)

Antena del lado del transmisor.-

• La Ganancia de Antena va en rangos desde:• 2 dbi (Antena integrada simple en radios portátiles o tomar el

valor del dato técnico de ganancia de la antena.• 8 dbi ( Antena omnidireccional estándar)• 21 – 30 dbi (Parabólica)

• Verificar que realmente se tiene la ganancia nominal.• Pérdidas por inclinación, en la polarización, etc.

Pérdidas en el espacio libre.-

•Proporcional al cuadrado de la distancia.•Proporcional al cuadrado de la frecuencia del radio.

d= distancia en metros.f = Frecuencia en Hz.

Suponiendo una antena isotrópica.

Ejemplos de perdidas por espacio libre a diferentes distancias y adiferentes frecuencias.

Distancia en metros.

Atenuación en db por pérdidas en el especio libre a diferentes frecuencias (2.4 / 5.4 Ghz.

En este punto es interesante verificar los obstáculos que se pudiesen teneren el enlace, mediante la utilización de los cálculos de las zonas de Fresnel.

Zona de Fresnel

Propagación en el espacio libre: Zonas de Fresnel.-

d1 = distancia al obstáculo desde el transmisor en km.d2 = distancia al obstáculo desde el receptor en km

d = distancia entre transmisor y receptor en km.f = frecuencia en Ghz.r = radio en metros.

Obstáculo situado en el medio ( d1 = d2 ):

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

r (60 porciento) = 10.4 * (d / 4f)

Ejemplos de distancias de zonas de Fresnel a diferentes frecuencias.

Línea de vista óptica y línea de alcance del radio.

Lado receptor.

Las pérdidas, antenas, cables y conectores

Los cálculos son iguales que los del lado transmisor.

Sensibilidad del receptor

• Muestra el mínimo valor de potencia que necesita el receptor paradecodificar o extraer la información “bit lógicos o informaciónanalógica, depende de lo que se envíe” y alcanzar una cierta tasa debits en el caso de información digital.

• Cuanto más baja sea al sensibilidad, mejor será la recepción del radio.• Una diferencia de 10 db de ganancia en una antena, puede dar como

resultado que el enlace se pueda realizar o no.

Margen y relación señal a ruido (SNR)

Margen = Señal recibida en el receptor - Sensibilidad del receptor.

•No es suficiente que la señal sea mayor que el ruido.•Es necesario un cierto margen entre la señal y el ruido (SNR).•Algunos requerimientos típicos de SNR:

• 16 db para 11 Mbps.• 4 db para 1 Mbps.

Otros cálculos importantes

• Factores de corrección debido a:• Tipo de terreno y edificaciones.• Superficies húmedas, la lluvia, nieve y agua.

• Dificultades para estimar atenuaciones que cambian con el tiempo.• Los anteriores parámetros pueden tener gran impacto en el

presupuesto de potencia de todo el enlace.• Los cálculos teóricos son una cosa y los prácticos otra, sin embargo,

ayudan mucho para realizar el enlace, en virtud de que el acercamiento del comportamiento del enlace casi siempre se acerca al mas de l 90% del comportamiento.

Desarrollo de algunos ejemplos.

CONCLUSIONES

• Tener un buen presupuesto de potencia o Budget link es unrequerimiento básico para le buen funcionamiento del mismo.

• Un presupuesto de enlace de una red inalámbrica es la cuanta de todaslas ganancias y pérdidas desde el radio transmisor hacia el receptor.

• Las pérdidas más grandes del enlace se producen en la propagación enespacio libre debido a la atenuación “geométrica” de la señal.

• El EIRP o PIRE es un valor que especifica la máxima potencia que estátransmitiendo al espacio.

• La sensibilidad del receptor es un parámetro que indica el valor mínimode potencia que se necesita para alcanzar una cierta tasa de bits.

Ing. José Luis Pérez Báez.

Cel: 55-2271-851.

Correo electrónico: director@gestoriatelecom.com

y pbaezjl@gmail.com