Planificacion de RadioEnlce-Teoria

Ingvar HennePer Thorvaldsen

Planificación de radioenlacesde visibilidad directa

Segunda edición Nera 2002, 1999

La ilustración de la cubierta nos muestrael desvanecimiento en un vano deBotswana. Las medidas fueron hechasen la banda 6.8 GHz en Agosto de 1993.Los niveles de entrada del receptorprincipal y del de diversidad de espacio,se registraron con una escala de tiempode 5 horas/ancho de página. La páginafrontal muestra los desvanecimientosdurante la noche, y la contracubiertamuestra la actividad por la tarde, con unacaída del nivel de señal distinta alanochecer.

Impreso en Bergen en 2002

Prólogo a la segunda edición i

Prólogo a la segunda ediciónAlgo viejo, algo nuevo, algo prestado y algo azul. Aquí estamos de nuevo.Ante nuestro asombro se han agotado todo las copias de la primera edicióny hemos aprovechado esta dorada oportunidad para hacer una versiónligeramente reforzada del libro. La primera edición se hizo en 1994 y desdeentonces ha habido cambios en los objetivos de calidad, los modelos depredicción y la manera en que utilizamos el medio inalámbrico. El rápidocrecimiento del sector de las telecomunicaciones ha sido muy favorablepara los radioenlaces. Los enlaces vía radio han encontrado ahora suutilidad tanto en redes troncales como en redes de acceso. La tendenciaactual es usar frecuencias más altas y técnicas de eficiencia espectral. Éstoscambios se reflejan en la nueva edición del libro. Desde 1994 se hanrealizado también más medidas de campo y se han incluido en el textocorrespondiente bajo del lema: “ver es creer”

Los siguientes temas son nuevos en la segunda edición:

El capítulo de replanteo en campo (capítulo 4) se ha vuelto a escribir

Nuevas recomendaciones (capítulo 5) como:ITU-T G.827, ITU-R F.1189, F.1092& F.1397

Atenuación atmosférica (capítulo 7)

Nuevo mapa de lluvias (capítulo 8)

Nuevo modelo de predicción ITU-R del desvanecimiento multitrayecto(capítulo 9)

Nuevo modelo ITU-R de diversidad (capítulo 10)

Interferencia por polarización cruzada (capítulo 11)

Estudio de planes de frecuencias (capítulo 14)

Diciembre, 99

Ingvar Henne & Per Thorvaldsen.

ii Prólogo

PrólogoEste libro describe la planificación e ingeniería de redes para radioenlacesde visibilidad directa. Ésta es la segunda edición de un libro de texto delplan de publicaciones, preparado por el grupo de propagación de Nera. Sedescribirá de forma general la planificación de la viabilidad de los sistemasde radioenlaces de visibilidad directa. El objetivo principal es asegurar queun radioenlace obtenga los requisitos de cumplimiento y disponibilidadrequeridos. A los autores les gustaría agradecer a Knut Erik Lande y suscompañeros por sus útiles comentarios y por sus correcciones.

Se cubrirán los temas siguientes:

Propagación de ondas en la atmósfera

Localización de emplazamientos y alturas de antena

Perfiles del terreno

Introducción al replanteo

Objetivos de calidad y disponibilidad

Desvanecimiento plano y selectivo

Propagación y precipitación

Planificación de frecuencias

Fiabilidad de equipos

Diciembre, 99

Ingvar Henne & Per Thorvaldsen

Contents iii

Contents

Prólogo a la segunda edición .................................................................... iPrólogo ...................................................................................................... iiContents..................................................................................................... iii1. Consideraciones generales .................................................................... 12. Propagación de ondas en la atmósfera.................................................. 3

2.1 Principios de la óptica del rayo ................................................. 42.2 El índice de refracción en la atmósfera ..................................... 52.3 Curvatura del rayo con respecto a la tierra................................ 72.4 Valor K ..................................................................................... 72.5 Propagación atmosférica multitrayecto..................................... 82.5.1 Conducción basada por tierra ................................................ 92.5.2 Conducción elevada ............................................................... 9

2.5.3 Formación de un conducto............................................ 102.5.4 Probabilidad de formación de conductos ..................... 11

3. Perfiles del terreno ................................................................................ 143.1 Introducción............................................................................... 143.2 Perfiles de vano ......................................................................... 143.3 Zona de Fresnel ......................................................................... 173.4 Curvatura de la tierra ................................................................. 183.5 Reflexiónes en la tierra.............................................................. 18

3.5.1 Método geométrico ....................................................... 203.5.2 Método analítico ........................................................... 21

4. Replanteo de campo .............................................................................. 244.1 Procedimientos del Replanteo................................................... 24

4.1.1 Preparativos................................................................... 244.1.2 Trabajo de campo.......................................................... 25

4.2 Equipo necesario para un replanteo .......................................... 284.3 Informe del replanteo ................................................................ 294.4 Áreas con dificultad para enlaces de microondas ..................... 29

5. Objetivos de calidad y disponibilidad .................................................. 305.1 Introducción............................................................................... 30

5.1.1 Resumen de objetivos ITU ........................................... 305.2 Objetivos basados en ITU-T G.821 .......................................... 31

5.2.1 Objetivos de calidad...................................................... 315.2.1.1 Algunas definiciones ........................................ 315.2.1.2 Objetivos .......................................................... 33

5.2.2 Objetivos de disponibilidad .......................................... 345.2.3 Clasificación de circuitos.............................................. 35

5.2.3.1 Circuitos de Grado alto .................................... 35

iv Contents

5.2.3.2 Circuitos de Grado medio .................................375.2.3.3 Circuitos de Grado local ...................................38

5.6 Objetivos basados en G.826 y G.827.........................................395.6.1 Objetivos de calidad ......................................................39

5.6.1.1 Algunas definiciones.........................................395.6.1.2 Parámetros.........................................................405.6.1.3 Objetivos de calidad..........................................41

5.6.1.3.1 Segmento Internacional pararadioenlaces .........................................................425.6.1.3.2 Segmento Nacional pararadioenlaces .........................................................43

6. Antenas ..................................................................................................446.1 Parámetros de la antena .......................................................................44

6.1.1 Ganancia de antena........................................................456.1.2 ROE ...............................................................................466.1.3 Niveles de lóbulo lateral y posterior .............................466.1.4 Polarización cruzada......................................................476.1.5 Anchura del haz.............................................................486.1.6 Estabilidad mecánica .....................................................486.1.7 Potencia de radiación isotrópica efectiva......................48

6.2 Repetidores pasivos ...................................................................496.2.1 Reflectores planos .........................................................50

6.2.1.1 Ganancia de reflector plano ..............................506.2.2 Antenas espalda – espalda.............................................51

7. Cálculo de potencia recibida .................................................................537.1 Pérdidas en espacio libre............................................................537.2 Atenuación atmosférica..............................................................547.2 Estudio del enlace ......................................................................56

8. Precipitación ..........................................................................................588.1 Características de precipitación .................................................58

8.1.1 Precipitación orográfica ................................................588.1.2 Precipitación convencional ...........................................598.1.3 Precipitación ciclónica ..................................................598.1.4 Tormentas tropicales .....................................................60

8.2 Cómo afectan las precipitaciones a la propagación de lasondas.................................................................................................60

8.2.1 Dispersión......................................................................618.2.2 Absorción ......................................................................618.2.3 Atenuación total por lluvia en un radioenlace ..............618.2.4 Medidas de lluvia ..........................................................628.2.5 Formas de la gota de lluvia............................................63

8.3 Indisponibilidad por lluvia.........................................................638.3.1 Longitud efectiva de vano .............................................63

Contents v

8.3.2 Profundidad de desvanecimiento debido a la lluvia..... 649. Predicciones de calidad......................................................................... 68

9.1 ¿Por qué un margen de desvanecimiento? ................................ 689.2 Desvanecimiento multitrayecto................................................. 69

9.2.1 Desvanecimientoplano.................................................. 709.2.1.1 Método de la predicción antiguo...................... 709.2.1.2 Nuevo método de la predicción........................ 71

9.2.1.2.1 Enlaces en interior ............................... 729.2.1.2.2 Enlaces costeros encima / cerca degrandes masas de agua ........................................ 749.2.1.2.3 Enlaces costeros encima / cerca demasas de agua medianas ..................................... 759.2.1.2.4 Definición de vano poco claro............. 76

9.2.2 Desvanecimiento selectivo de frecuencia..................... 769.2.2.1 Tipología .......................................................... 81

9.2.2.1.1 Modelo ................................................. 819.2.2.1.2 Retardo medio...................................... 829.2.2.1.3 Ranuras vs. nivel de............................. 82entrada................................................................. 829.2.2.1.4 Pendiente dinámica .............................. 82

10. Diversidad ........................................................................................... 8310.1 Concepto básico de protección por diversidad ....................... 83

10.1.1 Mejora por diversidad................................................. 8310.2 Diversidad simple.................................................................... 85

10.2.1 Diversidad de espacio ................................................. 8510.2.1.1 Técnicas de diversidad en sistemasanalógicos ..................................................................... 8510.2.1.2 Técnicas de diversidad en sistemasdigitales......................................................................... 87

10.2.2 Diversidad de frecuencia ............................................ 8910.2.2.1 Sistema redundante 1+1 ................................. 9010.2.2.2 Sistema redundante N+1 ................................ 9110.2.2.3 Secciones de conmutación ............................. 92

10.2.3 Configuración Hot standby......................................... 9210.2.4 Diversidad híbrida ...................................................... 92

10.3 Diversidad angular .................................................................. 9310.3.1 Predicción de tiempo de corte usando diversidadangular.................................................................................... 95

10.4 Diversidad combinada............................................................. 9610.5 Diversidad de trayecto............................................................. 97

11. Interferencia por polarización cruzada ............................................... 9911.1 Descripción cuantitativa.......................................................... 10011.2 Corte debido efectos del aire................................................... 101

vi Contents

11.2.1 Un procedimiento paso a paso para predecircortes.......................................................................................10311.2.2 Mejora por diversidad de espacio ...............................105

11.3 Corte debido al efecto de la precipitación ...............................10611.3.1 Estadísticas XPD .........................................................10711.3.2 Un procedimiento paso a paso para predecir elcorte ........................................................................................107

12. Interferencias .......................................................................................10912.1 Ruido ........................................................................................109

12.1.1 Ruido térmico ..............................................................10912.1.2 Factor de ruido.............................................................11012.1.3 Ruido en sistemas digitales .........................................110

12.2 Impacto de las señales interferentes en los niveles deumbral del receptor ..........................................................................112

12.2.1 Interferencia co-canal ..................................................11312.2.2 Interferencia por canal adyacente................................114

13. Propagación en cálculos de interferencia ............................................11613.1 Área de coordinación ...............................................................11613.2 Mecanismos de la propagación................................................118

13.2.1 Mecanismos de interferencia a largo plazo .................11813.2.2 Mecanismos de interferencia a corto plazo .................119

13.3 Métodos de la predicción .........................................................11913.3.1 Procedimiento global...................................................12013.3.2 Clasificación del trayecto ............................................12213.3.3 Interferencia por formación de conductos ..................123

14. Planificación de frecuencias ................................................................12514.1 Activación del plan de frecuencias ..........................................125

14.1.1 Condiciones .................................................................12514.1.2 Plan internacional de frecuencias................................126

14.1.2.1 Disposición de la canalización porcanales alternos .............................................................12614.1.2.2 Disposición de la canalización co-canal .........12914.1.2.3 Disposición de la canalizaciónentrelazada.....................................................................129

14.1.3 Separación del canal adyacente...................................13214.1.3.1 Trayecto común...............................................13214.1.3.2 Trayectos separados ........................................133

14.2 Asignación de frecuencias de radio .........................................13314.2.1 Preparación ..................................................................13314.2.2 Condiciones .................................................................13414.2.3 Determinación de la frecuencia...................................135

14.2.3.1 Consideraciones generales..............................13514.2.3.2 Red troncal ......................................................135

Contents vii

14.2.3.2.1 Uso repetido de la mismafrecuencia ............................................................ 13714.2.3.2.2 Planificación detallada....................... 137

14.2.3.3 Redes enlazadas.............................................. 13915. Cálculos de las interferencias ............................................................. 141

15.1 Ejemplos de acoplamientos en RF .......................................... 14115.2 Principios de cálculo para redes digitales ............................... 14215.3 Selección de la antena ............................................................. 146

15.3.1 Perturbaciones externas por una estación nodal......... 14615.3.2 Perturbaciones externas sobre una estación nodal ..... 14615.3.3 Condiciones óptimas................................................... 14715.3.4 Atenuación entre antenas en la misma torre............... 147

15.4 Cálculo del nivel de señal interferente .................................... 14815.4.1 Fórmula general .......................................................... 14815.4.2 Fórmulas para configuración triangular ..................... 151

15.4.2.1 Perturbaciones externas por una estaciónnodal ............................................................................. 15115.4.2.2 Perturbaciones externas sobre unaestación nodal ............................................................... 15215.4.2.3 Condiciones óptimas ...................................... 152

15.5 Procedimiento de cálculo ........................................................ 15315.5.1 Precondiciones ............................................................ 15315.5.2 Cálculos de interferencias en redes digitales.............. 154

15.5.2.1 Evaluaciones de la interferencia..................... 15515.5.2.2 Resumen de cálculos de la interferencia ........ 162

15.6 El plan de frecuencias.............................................................. 16216. Fiabilidad ............................................................................................ 163

16.1 Tasa de fallos del equipo ......................................................... 16416.2 MTBF de los módulos............................................................. 16516.3 Calculo de indisponibilidad..................................................... 165

16.3.1 Indisponibilidad de un módulo del equipo................. 16516.3.3 Indisponibilidad de módulos paralelos....................... 16616.3.4 Indisponibilidad de un sistema redundante n+1......... 167

Referencias ................................................................................................ 170Índice lfabético.......................................................................................... 188

1. Consideraciones generales 1

Capitulo

1. Consideraciones generalesLa planificación de sistemas abarca los principales parámetros de lossistemas de radioenlace. Éste incluye la configuración de la red, lacapacidad del sistema, los objetivos de la ejecución y la banda defrecuencia. La selección de sitios, necesidades de energía, torres y salas deequipos, no se trataran en este libro.

La parte mas detallada de la planificación cubre los parámetros de vano,como alturas de las antenas, tipos de antena y tamaños, cumplimiento ycálculos de la disponibilidad, configuración de diversidad y planificaciónde la frecuencia.

La propagación de ondas en la atmósfera y su impacto en la ejecución deradioenlaces digitales es el tema principal en este libro. Se incluiránfundamentos, modelos de calculo y medidas para explicar la imprevisiblepropagación de las ondas de radio por la atmósfera. El principal propósitode la planificación del sistema, es conseguir un medio de la transmisiónfiable que cumpla las especificaciones internacionales, en cuanto a tasa deerror y objetivos de disponibilidad. La explicación de los objetivos asícomo los modelos de la predicción, son por tanto muy importantes en unaingeniería de planificación de sistemas. Deben ser evaluados elfuncionamiento e indisponibilidad debido a los efectos de la propagación,precipitaciones, problemas de interferencias y averías de los equipos.

El número de frecuencias para radioenlaces es limitado. La planificaciónde frecuencias es por lo tanto una parte importante en la planificación delsistema. La tarea de una ingeniería de planificación de sistemas está enseleccionar frecuencias de radio y tipos de antena de la manera mas

2 1. Consideraciones generales

eficiente. Se debe tener presente también la expansión futura de lossistemas.

La disponibilidad de un radioenlace esta en relación entre los efectos de lapropagación y las averías del equipo. Se presenta la disponibilidad de losmódulos del equipo radio por medio del MTBF (Tiempo Medio EntreAverías). La experiencia práctica demuestra que la disponibilidad delsistema total a menudo esta limitada por otros factores distintos al equiporadio en sí mismo.

La indisponibilidad debido a problemas del mantenimiento, averías deenergía, etc. a menudo pueden ser la principal causa de la indisponibilidaddel sistema, sobre todo en áreas rurales.

Se incluyen medidas sobre radioenlaces en servicio para ilustrar modelosde propagación. Estas medidas son principalmente de tres vanos:

Vano en área desértica en Botswana.Frecuencia del radio: 6.8 GHz Capacidad: 140 Mb/ sDiversidad de frecuencia y de espacio.

Vano sobre el agua en el sur de Inglaterra.Frecuencia del radio: 7.5 GHz Capacidad: 34 Mb/ sDiversidad de espacio.Se usa este vano en particular como ejemplo en otros apartados del libro.

Vano co-canal en Suiza.Frecuencia del radio: 4 GHz Capacidad: 155 Mb/ sDiversidad de espacio.

2. Propagación de ondas en la atmósfera 3

Capitulo

2. Propagación de ondas en la atmósferaSe indica en la figura 1 la propagación de una onda radioeléctrica en elespacio libre (sin atmósfera). La onda radioeléctrica sigue una línea rectadesde el punto de radiación. La interacción con las moléculas de laatmósfera, curva la onda radioeléctrica tal como se indica en la figura 2.Las ondas se curvan hacia zonas con índice de refracción más alto (mediomás denso). En condiciones atmosféricas normales, la densidad de laatmósfera decrece proporcionalmente con la altura con respecto a la tierra,de tal forma que el índice de refracción disminuye con la altura. Estoimplica un índice de refracción más alto cerca a la superficie de tierra, ypor consiguiente las ondas se doblan hacia la tierra, como se ve en lafigura 2.

sin atmosphra

Figura 1 Rayos rectos en vacio

con atmosfera

Figura 2 Rayos curvados conatmosfera

4 2. Propagación de ondas en la atmósfera

La onda de radio se puede tratar como un rayo óptico. Esta aproximaciónes buena si la longitud de onda λ<<d (d es la dimensión característica deun objeto). En este caso se pueden aplicar las leyes fundamentales del rayoóptico.

λ d

longitud de onda

λ << d

(d es la dimensioncaracteristica de un

objeto)

Figura 3 Longitud de onda y dimensiones geometricas

2.1 Principios de la óptica del rayo

Si el punto de observación esta lejos de la fuente de radiación, las ondas deradio tienen una forma parecida a una onda plana. Considere el caso de unaonda plana que incide oblicuamente con un ángulo de incidencia θ1 enuna superficie de unión entre dos medios dieléctricos. Se asume que losdos medios tienen diferente índice de refracción, n1≠ n2.como se ve en lafigura 4. Debido a la discontinuidad del medio en launión, se refleja una parte de la onda y serefracta la otra. El ángulo de incidencia esigual al ángulo de reflexión, esto es θ1 = θ'’1.

El ángulo de incidencia θ 1 esta relacionado copor la ley de Snell:

1) n n1 1 2 2⋅ = ⋅sin sinθ θ

donde el índice refracción ni es:

2) n cvi

i=

n el ángulo de refracción θ2

Rayo incidente Rayo refleiado

Rayo refractado

n1

n2

θ1 θ1'

θ2

Figura 4Geometria de la Ley Snell


donde c es la velocidadde la luz en el vacío y[vi] es la velocidad de laonda radio en el mediodado. [ 46]

La ley de Snell (ecuación1) indica que los rayos,en dos medios distintos,se curvan hacia el másdenso. En la atmósferael índice de refracciónvaría continuamente.

∆n

Por consiguiente no existirá ningún limite distintivo entre medios. Verfigura 4. La curvatura de los rayos en la atmósfera puede ser considerada,debido al paso por un gran numero de medios, con una variación pequeña∆n.

2.2 El índice de refracción en la atmósfera

El índice de refracción en el aire, para las frecuencias que nos interesan,esta muy cercano al de vacío. Debido a eso, en lugar el radio derefractividad, N, se usa n.

3) N = (n −1) . 10 6

La fórmula empírica para N es

4)

⋅+=Tep

TN 48106.77

θ

c

n =1.33w

n = 1

θc

'°

n1

n2

El experimento del vaso

superficie del agua

Para θ>θc la superficie actua como un espejo

Para agua: nwsin θc = 1 θc = 49°

Porqué es θc ≠ θc ?

Muchos vanos de radioenlace salencon un angulo muy cerrado enhorizontal. Suponer un ∆n de talforma que el angulo de ataque sea 1°para experimentar la reflexión enhorizontal

Reflexion total


♦ T es la temperatura en grados Kelvin.(= grados en Celsius+ 273.15)

♦ p es la presión atmosférica total en hPa (= mbar)

♦ e es la presión del vapor del agua en [hPa]

Dado que p, e y T sontodas función de la altura,consiguientemente tambiénN es una función de altura.

Por una atmósfera normal(heterogénea) la variaciónde N con la altura es

5) kmunidades-N40−=

dhdN

6) N(h) = 315·e (-0.136h)

donde h es la altura sobretierra en kilómetros.

Éste indica que una atmósfera normal es más densa cerca de tierra, por locual, los rayos se curvan hacia ella. El radio de curvatura r viene dado por

7) 1 1r n

dndh

= − ⋅ ⋅ cosα

donde α es el ángulo de los rayos con respecto al horizontal. [ 38]

Temperatura [°C]

0

10

20

30

40

50

60

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

Calculo de e(presion de vapor de agua)

donde es la humedad relativa en %

donde es la temperatura Ces=6.1121 .e

17.502t(t+240.97)

e=H

100.es


2.3 Curvatura del rayo con respecto a la tierra

La curvatura del rayo, dada por la ecuación 7) puede ser referida al radiofísico de la tierra por un radio efectivo de la curvatura del rayo:

8) 6101571111 −⋅

+=+=−=dhdN

dhdn

arare

donde a es la radio de la tierra = 6370 Km

En la ecuación 8) se ha asumido que n es casi uno y α es casi cero.

Vamos a definir el radio de refractividad modificado M comodMdh

dNdh

= +157

Si dMdh

= 0 , los rayos seguirán la misma curvatura que la tierra.

Si dMdh

< 0 los rayos se curvarán más que la tierra y se creará un trayecto

radio.

Figura 5 Sombra Radio con 0<dhdM

2.4 Valor K

K es un valor para indicar la curvatura del rayo. La definición de K es.

h

dMdh < 0

Receptor

Transmisor

Sombra


9)

⋅⋅+=

⋅

+==

−6101

11

1

dhdNaa

dhdn

aar

K e

Para una atmósfera normal dNdh

= −40 . El valor K correspondiente es

10) ( )( ) 34

1040637011

6 =⋅−⋅+

= −K

Figura 6 Variaciones del valor de K.M

2.5 Propagación atmosférica multitrayecto

La propagación multitrayecto ocurre cuando llega al receptor más de unrayo. La transmisión multitrayecto es la causa principal deldesvanecimiento.

El multitrayecto sólo ocurre cuando dNdh varía con altura.

h (km)

1

2

3

0 3 0 0

K =1

4/3 2/3

∞

-2/3

-2/3K =

∞4/312/3

N-unidades

Tran

smis

or

Re c

epto

r


2.5.1 Conducción basada por tierra

La Figura 7 muestra una conducción basada por tierra. La atmósfera tieneuna capa muy densa junto a la tierra, con una capa delgada por encima.Habrá reflexión casi total en la unión de las capas. [47]

Figura 7 Conduccion de superficie [47]

2.5.2 Conducción elevada

La atmósfera tiene una capa espesa elevada sobre tierra. Si ambos, eltransmisor y el receptor están dentro de esta capa, alcanzaran al receptormúltiples rayos. Si uno está dentro y el otro fuera de la capa, al receptor nole llegara casi nada de energía. [47]

M

h

K = 4/3

M M1 2

∆M

K = -2/3

h

region 2

region 1

Capa dereflexionatmosferica

Tran

smis

or

Rec

epto

r

Rayo directo

Rayoreflejado


Figura 8 Conduccion elevada [47]

2.5.3 Formación de un conducto

Durante el día, el solcalienta la tierra porconvección y crea unaatmósfera homogénea.La calma nocturnaliberará calor de la tierra,dando lugar a unainversión de la temperatura.Esto vuelve a dar una regióncercana a la tierra donde

dMdh

< 0, resultando una

conducción por tierra.

r

Day

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Tmin Presion de vapore Delta T Debajo del umbrald

La semejanza entre la actividad de desvanecimiento yla diferencia de temperatura nocturna (delta T) y lapresion de vapor de agua se ve arriba.Un gran delta Tdenota una gran actividad de desvanecimient. Unpequeño contenido de vapor de agua denota una altaactividad de desvanecimiento o Tanto una grandiferencia de temperatura diurna como un bajovolumen de vapor de agua estan estrechamenteligados a la probabilidad de tener una inversion decapa generando un radioconducto ó conducto radio

actividad de desvanecimiento entre lapresion de vapor Tmin y delta T

en el peor mes, en un vano en AfricaTmin/Delta

Debajo delumbrald

M

h

M M1 2

∆M

h

region 2

region 1

region 2'

Limites de capasde reflexionatmosferica

Tran

smis

or Rayoreflejado

Rayo directo

Rayo refractado


Justo después del amanecer, la tierra se calienta por el sol otra vez, y laconvección comienza cerca de la tierra. La conducción basada en tierra seeleva, dando como resultado una conducción elevada como se indica en lafigura 9.

Figura 9 Formación de conductos

2.5.4 Probabilidad de formación de conductos

La figura 10 muestra el porcentaje de tiempo cuando dNdh es menor que -

100 N unidades / Km. en Mayo. Esta figura proporciona una buenaindicación de dónde es más probable experimentar la conducción. En lafigura, se puede observar que las regiones ecuatoriales son más vulnerablesa los conductos. En climas templados, la probabilidad de formación deconductos es menor.

Esta diferencia en la probabilidad de conducción puede ser explicada por ladiferencia de temperatura, pero sobre todo por la diferencia de humedad.

La probabilidad de conducción sigue variaciones estacionales. En elapéndice A, desde la figura A1 hasta la A4, se muestran probabilidades deconducción en los diferentes meses. [18].

dMdh

>0

dMdh

<0

Atmósferahomogénea porconveccion

Sin conveccionInversion de latemperatura

Ascension del conductode superficieconvirtiendose enconducto elevado

Por el dia Calma noctuma Mañana

Esta region es enfriadapor liberacion de calor


Figura 10 Probabilidad de conducción en Mayo (ITU-R rep. 563-4 [28])


Se utilizará el ejemlibro. El vano tienepor encima del mequipo de radio escon una configuradetalles sobre el sNTL (National Tra

0

5

10

15

20

25

30

35

M

O

Segundos severamente erroneos

i

DicEne93

El cuadro de arribprobabilidad de colos que se registrarEl peor mes es Mmayor número de contorno ITU-R Pprobabilidad de cGales. [44].

VANO DEL CANAL DE BRISTOL

plo del vano Ilfracombe – St. Hilary a lo largo de este una longitud de 58.65 Km., de los cuales 2/3 transcurren

ar (cruzando el canal de Bristol en el Reino Unido). El el NL141de Nera , a 34 Mbit/s en la banda de 7.5 GHzción en 2+0 y con diversidad de espacio. Se darán másistema en los próximos capítulos. El sistema pertenece alnscommunications Ltd.).

NTL Ilfracombe - St. Hilary 92.11.27-93.11.29

edidas realizadas

bjectivos ITU-R escalados

AgosSept93

og

b

b

Ene

a muestra con claridad las variaciones estacionales de landucción, expresado por el número total de segundos enon errores severos, medidos durante el período de un año.ayo-Junio, y el período Mayo-Agosto es el que poseeerrores. Esto concuerda perfectamente con los mapas deL en el apéndice A [28], donde los meses de mayor

onducción son Mayo y Agosto para el área del sur de

14 3. Perfiles del terreno

Capitulo

3. Perfiles del terreno3.1 Introducción

Es necesario disponer del perfil del terreno para determinaremplazamientos y alturas de antenas. Se debe tener cuidado para asegurarvisión directa entre los emplazamientos y evitar reflexiones. En el capítulo4 se tratarán parámetros adicionales sobre la evaluación de emplazamientosde radio.

3.2 Perfiles de vano

Partiendo de un corte vertical de un boceto tridimensional simplificado delterreno, se podría dibujar el perfil del terreno de la figura 11.

torr

e

3. Perfiles del terreno 15

Figura 11 Perfil de vano típico

La figura 11 muestra el perfil del vano, con el terreno que varía con elfactor-k. y con la primera zona de Fresnel. La línea de visión está dibujadaen la figura 11 como una línea recta , y la curvatura del rayo debida a lasvariaciones en el factor-k se añade a la altura del terreno. A fin de evitarque las pérdidas por difracción se sumen a las inevitables pérdidas deespacio libre, el camino debe estar despejado para la primera zona deFresnel. La pérdida por difracción esperada puede obtenerse utilizando lafigura 12. [34]

Vano del canal de Bristol

primera zona de fresnel

linea de visibilidad

perfiles diversos con distinto valor de k

torre

torr e

Sitio:ILFRACOMBE Altitud:203.0 m amsl.Antena:10.00 m.

Sitio:ST. HILARY Altitud:126.0 m amsl.Antena:10.00 m.

Longitud:58.65 km.K:1.33 Zona Fresnel :1.00Frecuencia:7.70 GHz.Angulo:3.47 millirad.

0.0 15.0 30.0 45.0Distancia en km

0

50

100

150

200

250

Altit

ud e

n m


Figura 12 Pérdida adicional debida a la difracción

En ausencia de un procedimiento general, que proporcionaría unaprevisible pérdida por difracción para pequeños porcentajes de tiempo (uncriterio estadístico de vano despejado), el ITU-R aconseja el siguienteprocedimiento: [31]

a) determinar la altura requerida de las antenas para el valor medio delfactor-k apropiado(en ausencia de otra dato, utilizar k =4/3) para unvano despejado (1.0F1) por encima del obstáculo más alto.

b) obtener el valor de k e (99.9%) de la figura 13 para la longitud del vanoen cuestión.

c) calcular la altura requerida de las antenas para el valor de ke obtenido enel paso b) y para los siguientes radios de zona de Fresnel:

0

5

10

0 1 2√

Despejamiento normalizado h/F1

Linea de visibilidad

valor espacio libre

Primerazonalibre

Segundazonalibre

Perdidas

de

difraccion

endB


Clima templado Clima tropical

0.0F1 si hay una obstrucción devano aislada y única.

0.3F1 si la obstrucción se extiende alo largo de una parte del vano.

0.6F1 para longitudes de vanos másgrandes que 30 Km

d) utilizar las alturas más grandes de antena obtenidas en los pasos a) y c).

Figura 13 Valor de ke excedido por aproximadamente el 99.9% del peormes [31] (Clima templado continental)

3.3 Zona de FresnelLa primera zona de Fresnel se define como el lugar donde

( ) 2213λ=+− ddd . Esta ecuación

describe una elipse, pero paraaplicaciones prácticas el radio F1 podría ser aproximado por la fórmula

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

10 10020 50

ke

longitud de vano en km

F1

d3

d1 d2


--

-

-

-

-

-

-

-

-

11) F d df d11 217 3= ⋅

⋅. [m]

donde f es la frecuencia en GHz

la distancia total de vano es d d d= +1 2 en Km

3.4 Curvatura de la tierra

Para poder dibujar en un perfil de vano la línea de visión de formarectilínea, hay que añadir a la altura de la tierra, la curvatura debido a lasvariaciones en el factor-k . La modificación de la altura de la tierra vienedada por

12) d d

k1 2

12 74⋅

⋅. [m]

donde k es el factor-k

el resto de parámetros se han definidos ant

3.5 Reflexiónes en la tierra

La figura 14 muestra una típica señalde reflexión desde la superficie delmar. Cuanto mejor conductor sea elsuelo, más potente será la reflexión.De este modo, las reflexiones del mar,de los pantanos, etc. son más críticasque las reflexiones de tierras convegetación. El coeficiente dereflexión de un tipo dado de tierradepende también de la frecuencia.Generalmente, el coeficiente dereflexión decrece con la frecuencia.Por otro lado, se requerirán áreas másgrandes cuanto más bajas sean lasfrecuencias de las señales a reflejar.

1.00.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Coeficientes de reflexión típicos

para diferentes tipos de terreno

agua

este

pas

s in

l a v

e ge t

a ció

n

culti

vado

sc a

mp o

s

c ol in

a s c

o nlo

s a r

b ust

o s

Co l

ina s

con

los

árbo

les

eriormente.

k=0.6

k=1.33k= ∞


El coeficiente de reflexión efectivo es también función del ángulo deincidencia y la curvatura de la tierra (el factor-k). Generalmente lapolarización vertical ofrece una reflexión reducida, especialmente a bajasfrecuencias. [34]

Figure 14 Reflexiones por tierra

Como se indica en la figura 14,la señal recibida es la suma dela señal directa y de la señal dereflejada.Si se suman estas dosseñales, darán una potenciade señal que es función de laaltura del emplazamiento delreceptor como se indica en lafigura 15. Para neutralizarel efecto de las reflexionesde la tierra, se utilizanfrecuentemente configuracionesde diversidad de espacio, con dos antenas receptoras separadasverticalmente. Una separación óptima entre antenas debería proporcionarun máximo en el nivel de señal recibida en la segunda antena cuando laantena principal se encuentra en un mínimo, y viceversa.

La señal recibidatotal es el vectorsuma de el rayodirecto y elreflejado

Protección del punto de reflexion

Las reflexiones pueden ser evitadas en algunosvanos reducciendo las alturas de las antenas


Figura 15 Separación óptima de antenas para diversidad de espacio

Esta separación óptima entre antenas se puede calcular utilizando uno delos dos métodos siguientes:

1. Método geométrico utilizando zonas de Fresnel.

2. Método analítico utilizando expansiones de series.

3.5.1 Método geométrico

Una propiedad geométricade la elipse es que el ángulode incidencia iguala alángulo de reflexión en lacircunferencia. Esta propiedadpuede ser utilizada para encontrarel punto de reflexión. Cuandoel terreno iguala la tangente a la elipse, se ha encontrado un unto dereflexión. Consecuentemente el punto de reflexión se puede encontrarincrementando la zona de Fresnel hasta que roce el terreno. Si la tangentede la elipse es paralela al terreno, hay un punto de reflexión. (Ver figura16)

Separacionde antenas

optima

Campo recibido

altura

TANGENTE

Θ1 = Θ2

Θ1Θ2


Figura 16 Búsqueda del punto de reflexión gráficamente

La separación óptima de antenas se puede también calcular gráficamente.Una vez calculado el punto de reflexión utilizando la figura 16, seincrementa o se decrementa la zona de Fresnel en media longitud de onda.Se coloca esta nueva elipse sobre el terreno como muestra la figura 17, y seexamina la variación en la altura de la antena. La diferencia entre la alturade las antenas de las dos zonas de Fresnel dibujadas en la figura 17corresponde a la separación vertical óptima entre antenas para unaconfiguración de diversidad de espacio.

Figura 17 Óptima separación de antenas (método gráfico)

3.5.2 Método analítico

La localización del punto de reflexión puede ser calculado utilizando lasfórmulas dadas a continuación. [34]

Separacionverticalóptimade antenas


13) q h hh h

= −+

1 2

1 2

q... parámetro para ser utilizado en formulash1... altura en la antena sobre el punto de reflexión en el emplazamiento A

(en metros)h2 ... altura en la antena sobre el punto de reflexión en el emplazamiento B

(en metros)

14) ( )

221

251

dhhk

Q⋅

+⋅=

Q... parámetro para ser utilizado en fórmulask... factor de radio efectivo de la tierra (valor-k)d... longitud total del vano (en Km.)

15) V q

Q

=+1 1

V ... parámetro para ser utilizado en fórmulas

16) ( )∞

= +⋅=

0

2

1ii

i

QVVZ

Ya que 16) converge con gran rapidez, puede ser determinado utilizandolos cuatro primeros términos, lo que resulta una buena aproximación:

17) ( ) ( )

++

++

++≈ 3

6

2

42

112

13

11

QV

QV

QVVZ

18) ( )Zdd += 121

19) ( ) 12 12

ddZdd −=−=


d1... distancia desde el emplazamiento A hasta el punto de reflexión (enKm.)

d2... distancia desde el emplazamiento B hasta el punto de reflexión (enKm.)

La diferencia de longitud entre las trayectorias de señal directa y señalreflejada expresada en metros 20) y en longitudes de onda 21) viene dadapor:

20)3

22

2

21

1 1074.1274.12

2 −⋅

⋅−

⋅−=

kdh

kdh

dδ

21) 3.0f⋅

=δτ

La distancia de paso (indicada en la figura 15) viene dada por:

22) υ1

222

30 32

1

12 74

10= ⋅⋅

⋅−

⋅

⋅.

.

df

h dk

23) υ2

112

30 32

1

12 74

10= ⋅⋅

⋅−

⋅

⋅.

.

df

h dk

Por lo tanto, la óptima separación de antenases igual a la mitad de la distancia del paso:

24) ∆h1 21 2

2( )( )=

υ

24 4. Replanteo de campo

Capitulo

4. Replanteo de campo

Durante la fase de planificación de un sistema digital de microondas serequerirá hacer un replanteo de campo.

Los objetivos de un replanteo de campo pueden ser los siguientes:

- Verificar la localización exacta del emplazamiento- Verificar la línea de visión- Clasificar el tipo de vano- Confirmar el espacio en estaciones existentes- Comprobar las condiciones de la propagación- Comprobar las posibilidades de interferencia de frecuencias- Comprobar las condiciones del suelo para nuevas torres- Comprobar el acceso de emplazamiento y la infraestructura en el área

4.1 Procedimientos del Replanteo

4.1.1 Preparativos

Se deberán hacer preparativos cuidadosos para reducir el trabajo de campo.Un estudio detallado del mapa es siempre un buen comienzo. Tras haberlocalizado todos los emplazamientos (incluyendo localizacionesalternativas), se deberán preparar los perfiles del vano.

4. Replanteo de campo 25

Se deberían utilizar mapas a una escala de 1:50 000 (o más detallados) paradibujar el perfil del vano de microondas. Los obstáculos críticos deberánmarcarse para verificar la línea de visión y deberán también ser anotadoslos posibles puntos de reflexión para comprobarlos en el campo.

Las alturas preliminares de las antenas se pueden determinar en esta fase.Es también importante organizar tan pronto como sea posible todo lorelativo a transporte e instalación en áreas remotas.Si se van a realizar medidas de interferencia de frecuencia, puede serimportante recopilar información sobre enlaces de microondas de otrosoperadores en el área.

4.1.2 Trabajo de campo

Las siguientes actividades son típicas para la planificación de nuevossistemas y emplazamientos de microondas:

- Verificación de posiciones y altitudes de emplazamientos.

Esto hoy en día, en la mayoría de los casos, se realiza utilizando un GPS(Global Positioning System). La ubicación por medio de teodolito se puedetambién utilizar para posicionamientos más exactos, pero esto requieremucho tiempo.El GPS estándar hoy en día tiene una exactitud de 30 - 100 m dependiendode la calidad de las señales. Si se necesitara, se puede utilizar GPSdiferencial, pues proporciona coordenadas más precisas. Sin embargo, esun equipamiento más caro y el proceso es mucho más complicado yrequiere mas tiempo.

- Confirmación de la línea de visibilidad.

Si se observan obstrucciones críticas en los perfiles de la vano, deberán sercomprobadas con más precisión. Normalmente esto suele hacerse medianteel test de línea de visión, utilizando un espejo. Es muy sencillo de realizary el reflejo del sol se puede percibir desde distancias muy lejanas enbuenas condiciones climatológicas. (Más de 100 Km. en buenascondiciones).Para vanos más cortos, se pueden utilizar varios métodos . Se puedenutilizar globos para verificar la altura de la torre requerida si no hay visióndesde el nivel de la tierra. También pueden utilizarse potentes lámparas olinternas, particularmente al anochecer.


Otra posibilidad son las medidas de campo recibido, que pueden confirmarsi el vano tiene visión directa o si la señal esta obstruida. Las bandas dealta frecuencia estarán muy afectadas si no hay visión directa. Unacombinación de altas frecuencias con frecuencias más bajas puede dar unabuena indicación de la obstrucción real del vano.

En algunos casos se utilizan altímetros para comprobar obstrucciones oelevaciones del terreno entre emplazamientos. Pueden utilizarse para áreasllanas sin torres, por ejemplo.

- Clasificación de los vanos

El modelo de predicción de un sistema utiliza diferentes tipos declasificación de vanos para mejorar su exactitud. Para conseguir la mejorpredicción, debe llevarse a cabo una clasificación correcta del vano. Seutilizan las siguientes clases:

Vanos terrestres:

Terreno liso / altitud baja (0 - 400m)Terreno accidentado / altitud baja (0 - 400m)Terreno liso / altitud media (400 - 700m)Terreno accidentado / altitud media (400 - 700m)Terreno liso /altitud alta (>700m)Terreno accidentado / altitud alta (>700m)Terreno montañoso / altitud alta (>700m)

La altitud se refiere a la altitud de la antena más baja de entre las dosantenas.

Enlaces costeros o vanos por encima del agua:

Vanos cercanos /encima de grandes masas de aguaVanos cercanos /encima de masas de agua de mediano tamaño

Ver capítulo 9.2.1.2 Nuevo método de predicción (página 71) para másdetalles.


- Condiciones de propagación

Las condiciones de propagación dependen de las condiciones atmosféricastanto en el área como también en el vano.Además de la clasificación del vano, se deben tener en cuentaobservaciones particulares del terreno. Áreas de terreno pantanoso lisocomo campos de arroz u otras superficies claramente reflectoras deberíansituarse con exactitud para que potenciales reflejos nocivos puedan serdetectados y posiblemente evitados. Deberían anotarse áreas desérticas ovanos paralelos al litoral, por supuesto en áreas llanas y cálidas. Vercapítulo 9.2.1.2 (Nuevo método de predicción) para ejemplos declasificaciones de vano y consideraciones relacionadas con la realizaciónde predicciones.

- Probabilidades de interferencia de frecuencias

La posibilidad de existencia de interferencia de frecuencias puedecomprobarse utilizando una antena de bocina, un amplificador de bajoruido y un analizador de espectros. Las señales de microondas existentesen la banda de frecuencias en estudio, pueden ser recogidas y en base a laintensidad y dirección de las señales. es posible calcular los niveles deinterferencias. En caso de no disponer de estaciones o torres para larealización de estas medidas, se podría disponer en caso necesario deenergía y torres provisionales para dichos propósitos.

- Investigaciones del suelo

Puede ser necesario hacer pruebas del suelo con el fin de averiguar sunaturaleza para la cimentación de las torres. Esto es importante allá dondepudiera haber arcilla o niveles muy altos de agua, ya que podría requerirseuna cimentación sobre pilares. También es importante la naturaleza delsuelo en terrenos rocosos.

- Infraestructura en el área

La presencia de energía eléctrica comercial en el área es importante paralas nuevas estaciones. Se comprobará la distancia a las líneas de energía.También se comprobarán las distancias desde las carreteras a losemplazamientos y la posibilidad de construir nuevas carreteras de acceso.En caso de modificación o expansión de los sistemas existentes, elreplanteo de campo tiene algunos puntos adicionales que son importantesde comprobar. Normalmente se utiliza una lista de chequeo, y se dibuja unesquema del emplazamiento:


Tipo de construcción: Cemento, madera, refugio prefabricado.Material utilizado en techos, paredes y suelo.Medidas de salas, altura del techo.Espacio para nuevo equipamiento en la sala de equipos.Cómo fijar guiaondas y cables a paredes y techo.Pasamuros de salida de guiaondas a través de la pared, etc.¿Se requiere un nuevo secador de aire para las guiaondas?Energía disponible (AC - DC).Capacidad de las baterías existentes. ¿Se necesitan nuevas baterías?¿Puede utilizarse una torre existente?Distancia desde la construcción a la torre.Cómo instalar las guiaondas en el exterior con seguridad.Espacio en la torre para las nuevas antenas a la altura correcta.Comprobar el sistema de tierra para la torre y la estación.Posibles problemas de interconexión con el equipo existente.Posibles problemas de interferencias con el equipo existente.

4.2 Equipo necesario para un replanteo

La siguiente lista de equipos es la típica para un replanteo de microondas yse puede utilizar siempre o en algunos casos.Mapas en escala 1 : 50 000 o mejorCámara, en algunos casos se usa la cámara digitalPrismáticosBrújulaAltímetroTermómetroEspejos de señalizaciónEquipo portátil de radio-comunicaciónCinta métricaEquipo de posicionamiento por satélite (GPS)TeodolitoAntenas de bocinaAmplificador de bajo ruidoAnalizador de espectroOrdenador personal portátilWalkie-talkie o teléfono celular (verificar cobertura).


4.3 Informe del replanteo

Una vez concluido el replanteo de campo, generalmente se preparará uninforme del mismo.

Este informe puede incluir lo siguiente :• Descripción del sistema• Descripción del emplazamiento y planos• Altura de antenas y torres• Perfiles de los vanos• Cálculos del funcionamiento del sistema• Planes de frecuencia• Fotografías

4.4 Áreas con dificultad para enlaces de microondas

En lo que a los enlaces de microondas se refiere, algunas áreas son máscomplicadas que otras, y las razones pueden ser las condicionesatmosféricas u otras razones dependientes del vano.

- Vanos por encima del aguaSiempre dificultosas debido a las reflexiones marítimas, con un altocoeficiente de reflexión.La probabilidad de conducción es también alta. Se pueden evitar lasreflexiones mediante la selección de emplazamientos que estén protegidosde los rayos reflejados.

- Pantanos y campos de arrozPueden causar fuertes reflexiones en la tierra. La probabilidad dedesvanecimiento por multitrayecto es alta. Las condiciones de propagaciónpueden ser diferentes en distintos momentos del año. El período crítico esla estación de lluvia (monzón).

- Áreas desérticasPuede causar reflexiones en la tierra, aunque la arena no tiene un altocoeficiente de reflexión. La más crítica es la alta posibilidad dedesvanecimiento por multitrayecto y la conducción debida a las grandesvariaciones e inversiones de temperatura.

- Áreas costeras calientes y húmedasAlta probabilidad de conducción.

30 5. Objetivos de calidad y disponibilidad

Capitulo

5. Objetivos de calidad y disponibilidad

5.1 Introducción

La definición de una red de distintos sistemas microondas se basa en elcumplimiento de los objetivos de calidad y disponibilidad.

Estos objetivos están recomendados por ITU-T y ITU-R, segúninformación encontrada en las Recomendaciones ITU-T. G.801 [1], G.821[2] y G.826 [3].

Los objetivos en G.821 son requisitos para la Red Digital de ServiciosIntegrados (RDSI) y se aplican a cada sentido de una conexión a 64 kbit/s.Para medidas a velocidades de bit mayores, la calidad puede ser estimadade acuerdo con ITU-T Rec. G.821, Anexo D. Las formulas sonprovisionales, y serán sustituidas por G.826.

5.1.1 Resumen de objetivos ITU

En la tabla 1 se ofrece un breve resumen de los objetivos ITU parasistemas de radioenlaces.

5. Objetivos de calidad y disponibilidad 31

~ Grado alto

~ Medium grade– Class 1

– Class 2

– Class 3

– Class 4

~ Local grando

~ Parte internacional– País terminal

– País intermedio

~ Parte nacional– Sección de largo recorrido

– Sección de corto recorrido

– Sección de acceso

G.821 G.826

Tabla 1 Resumen de los objetivos ITU

5.2 Objetivos basados en ITU-T G.821

5.2.1 Objetivos de calidad

5.2.1.1 Algunas definiciones

Las recomendaciones ITU contienen un número de definiciones yabreviaciones que necesitan ser definidas. Véase también el apéndice E(página 186) para un listado completo de abreviaciones utilizadas en estelibro.

ISDN – Red Digital de Servicios Integrados(RDSI)

Servicios de voz, datos u otros servicios podrán usar esta red.

HRX – Conexión Ficticia de Referencia(XFR)

Éste es un modelo para una conexión internacional distante,27.500 Km. Ver figura 18. No representa el peor caso perodebe incluir la mayoría de las situaciones reales. El XFRincluye sistemas de transmisión, equipamiento de multiplexadoy de conmutación.

HRDL – Enlace Digital Ficticio de Referencia(EDFR)

Esto es lo mismo que:


HRDP – Vano Digital Ficticio de Referencia

(VDFR) El HRDL es para sistemas de líneas fundamentalmente y elHRDP es para sistemas de radioenlace.

El HRDP para sistemas de radioenlace digital de Grado alto esde 2500 Km. y no incluye equipo de conmutación. Para definirlos objetivos de calidad de enlaces reales, el HRDP es divididoen secciones más pequeñas. Ver Figura 18.

HRDS – Sección Digital Ficticia de Referencia(SDFR)

Los HRDS representarán longitudes de sección cercanas a lasque se encuentran en redes reales. El modelo no incluye ningúnotro equipo digital, como multiplexores/demultiplexores. Ladistancia para un HRDS puede ser de 280 Km. ó 50 Km. ypuede tener diferentes clasificaciones de calidad. Ver Figura18.

SES – Segundos severamente erróneos

Una tasa de error (BER) de 10 -3 se mide con un período deintegración de un segundo. Un BER de 10 -3 indica el punto enel que la señal es inaceptable para la mayoría de los servicios.

DM – Minutos Degradados

Un BER de 10 -6 se mide con un período de integración de unminuto.

ES – Segundos Erróneos

Un ES es un segundo que contiene al menos un error. Un ESpuede ser el resultado de otras causas diferentes aldesvanecimiento.

RBER – BER Residual

El RBER en un sistema se calcula midiendo el BER durante unmes utilizando un período de integración de 15 min.,descartando el 50% de intervalos de 15 min. que contienen laspeores medidas del BER, y cogiendo los peores valores deentre las medidas restantes. El método es provisional.


5.2.1.2 Objetivos

Los objetivos de calidad están separados de los objetivos de ladisponibilidad. El sistema se considera indisponible cuando el BER es másalto que 10 -3 durante 10 (o más) segundos consecutivos. Este período detiempo debería ser excluido cuando sea estudiada la calidad del sistema.

Los objetivos de calidad para enlaces digitales reales se dividen endiferentes niveles. Ver figura 18. Éstas son: "Grado alto" , "Grado medio"y "Grado local". La asignación del objetivo de Grado alto se consideraproporcional a la distancia entre 2500 Km. y 280 Km., mientras que paralas calidades media y baja se consideran bloques de asignaciones. Laadministración del país correspondiente debería decidir que tipo de calidadutilizar para los objetivos del proyecto.

Los objetivos de calidad para un HRX están descritos en ITU-T Rec.G.821. [2]

SES – BER no debería exceder 10-3 durante más de un 0.2% de losintervalos de un segundo en cualquier mes.

DM – BER no debería exceder 10-6 durante más de un 10% deintervalos de un minuto en cualquier mes.

ES – Menos de un 8% de los intervalos de un segundo deberíantener errores.

SES

La distribución total de 0.2% se divide como sigue:

Un 0.1% es dividido entre las tres clasificaciones

Clasificatión ObjectivosGrado alto 0.04%Grado medio 0.015% del margen global a cada extremoGrado local 0.015% del margen global a cada extremo

Entonces el total es 0.04% + 2 x 0.015% + 2 x 0.015% = 0.1%. Ver figura18.


El 0.1% restante es un bloque de tolerancia de las secciones de alta y mediacalidad. Eso es un 0.05% para cada 2500 Km. HRDP.

DMLas distribuciones del 10% de las tres clasificaciones son como se muestraen el ITU-T Rec. G.821, Anexo C [2].

Grado alto Grado medio Grado local4.0% 2 x 1.5% 2 x 1.5%

ES

Las distribuciones del 8% de las tres clasificaciones son como se muestraen el ITU-T Rec. G.821, Anexo C [2].

Grado alto Grado medio Grado local3.2% 2 x 1.2% 2 x 1.2%

5.2.2 Objetivos de disponibilidad

El ITU-T no ha establecido objetivos de disponibilidad para un HRX.

Los objetivos de disponibilidad para un HRDP se pueden encontrar enITU-R Rec. 557. [5]

Un HRDP se considera indisponible cuando una o cada una de lassiguientes condiciones se producen durante más de 10 segundosconsecutivos:

- la señal digital es interrumpida.- - el BER en cada segundo es peor que 10-3.


Se excluye la indisponibilidaddel equipo múltiplex. El ITU-Testablecerá objetivos paraestos tipos de equipamiento.El objetivo de indisponibilidaddebería ser dividido por unaparte para efectos del equipoy por otra parte para los efectosde propagación. El tamaño delas dos secciones depende máso menos de las diferentesadministraciones o de losdiseñadores de los recorridos, aunque algunas administraciones estánutilizando un 30% - 50% para fallos por la lluvia.

El objetivo de disponibilidad para un HRDP de 2500 Km. debería ser un99.7% del tiempo, siendo este porcentaje un tiempo suficientemente largo.El período es probablemente para más de un año, pero está bajo estudio. Elobjetivo de indisponibilidad es entonces de un 0.3%.

5.2.3 Clasificación de circuitos

Los objetivos para las diferentes clasificaciones de circuitos se presentancomo objetivos de disponibilidad y calidad para los circuitos de "Gradoalto", "Grado medio" y "Grado local".

5.2.3.1 Circuitos de Grado alto

El 0.04% de SES se reduce a 0.004% para un HRDP de 2500 Km. Ademáshay una tolerancia de un 0.05% para el HRDP para cubrir las condicionesde propagación adversas.

El objetivo de SES será entonces: 0.05% + 0.004% = 0.054%

El 4.0% de DM se reduce a 0.4% para un HRDP de 2500 Km.

El 3.2% de ES se reduce a 0.32% para un HRDP de 2500 Km.

lluvia

Indisponibilidad por lluvia

Equipos&

actividadhumana

Se puede decir que<1/3 de la indisponibilidades por causa de la lluvia

el resto es causado poraverias de los equipos ypor manipulacion


Los objetivos ITU-R de circuitos reales describen las longitudes delsistema entre 280 Km. y 2500 Km. Ver ITU-R Rec. 594 [6] y ITU-R Rec.695 [27]. Están basados en el HRDP, y se pueden escalar a un mínimo de280 Km. Ver ITU-R Rec. 634 [24]. Los objetivos de calidad paradistancias menores que 280 Km. están aún bajo estudio.

Los objetivos son:

SES BER>10-3 para no más del (L/2500) . 0.054% de cualquier mes, tiempo de integración 1 s.

DM BER>10-6 para no más del (L/2500) . 0.4% de cualquier mes,tiempo de integración 1 min.

ES Segundos erróneos para no más del (L/2500).0.32% decualquier mes.

RBER RBER< (L.5.10-9)/2500

Disponibilidad A = 100 - (0.3.L/2500) %

Cuando se calcula los DM, deberían ser excluidos los segundos cuandoBER>10 -3 (SES).


Los objetivos a baja escala para la distancia de 58.65 Km. del vanoIlfracombe - St. Hilary son:

SES - 0.001267 % ; segundos en el peor mes.

DM - 0.009384 % - 0.001267 % = 0.008117 % ; 3.5 minutos en el peor mes.

ES - 0.007507 % ; 195 segundos en el peor mes.

RBER - 1.2.10-10

A - 99.993 % ; indisponible menos de 36 minutos al año


5.2.3.2 Circuitos de Grado medio

Los objetivos de Grado medio deben ser utilizados en redes nacionales,normalmente entre la central local y el centro internacional deconmutación. Sin embargo , esto depende mucho del tamaño del país y eltamaño de las redes en ese país.

De acuerdo con el ITU-T Rec. G.821 [2] se permiten el Grado local y elGrado medio para cubrir completamente los primeros 1250 Km. delcircuito desde el punto de referencia T [7] extendiéndose dentro de la red.Ya que la longitud de la parte de Grado local es normalmenteinsignificante, la longitud máxima de la parte de Grado medio es deaproximadamente 1250 Km.

La parte de Grado medio tiene 4 clasificaciones de calidad. Ver tabla en lafigura 18. La clase 1 corresponde a la clasificación de Grado alto perotambién puede ser utilizada para una clasificación de Grado medio. Lasotras tres se aplican sólo a Grado medio. Los objetivos de la Grado mediopara el total de las partes de Grado medio en cada extremo de un HRX sepueden encontrar en ITU-R Rec. 696 [8]. Los comentarios se encuentranen ITU-R Informe 1052 [9].

Para SES el objetivo era 0.015% con una tolerancia adicional de 0.05%.Esto es, un 0.025% para cada lado. El total es 0.04%

Para DM y ES no hay tolerancias adicionales. Los objetivos son:

Que el BER no sobrepase 10-3 en más de un 0.04% de cualquier mes conun tiempo de integración de 1 s.Que el BER no sobrepase 10-6 en más de un 1.5% de cualquier mes conun tiempo de integración de 1 min.El total de segundos erróneos no deberían sobrepasar el 1.2% de ningúnmes.

Para un HRDS el ITU-R Rec. 696 [8] ha elaborado una tabla de diferentesclasificaciones y objetivos. Estas figuras se utilizarán para longitudesmenores a estas distancias.


Porcentaje de cualquier mesParámetros de calidad Clase 1

280 kmClase 2280 km

Clase 350 km

Clase 450 km

BER>10–3 0.006 0.0075 0.002 0.005BER>10–6 0.045 0.2 0.2 0.5Segundos erróneos 0.036 0.16 0.16 0.4RBER 5.6 x 10-10 Bajo

estudioBajoestudio

Bajoestudio

Indisponibilidad 0.033 0.05 0.05 0.1

Si un sistema tiene una mezcla de clasificaciones diferentes debeasegurarse que el objetivo global para Grado medio no sea sobrepasado.

5.2.3.3 Circuitos de Grado local

La parte de Grado local del HRX representa la parte entre el abonado y lacentral local. Este puede ser un sistema de punto-punto o de punto-multipunto, a menudo de sencillo y diseño rentable. Los objetivos decalidad para Grado local pueden encontrarse en ITU-R Rec. 697 [10] ycomentarios en ITU-R Informe 1053 [11].

Los objetivos de indisponibilidad para circuitos de Grado local no han sidoaún establecidos por el ITU-T o el ITU-R. Los objetivos de calidad son lossiguientes:

El BER no debería sobrepasar 10-3 en más de un 0.015% en ningún mescon un período de integración de 1 s.

El BER no debería sobrepasar 10-6 en más de un 1.5% en ningún mes conun período de integración de 1 min.

El total de segundos erróneos no debería sobrepasar el 1.2% de ningúnmes.


Figura 18 Vano hipotético de referencia, metodología distribuida G.821

5.6 Objetivos basados en G.826 y G.827

La recomendación de ITU-T G.826 [3] especifica parámetros de calidad yobjetivos para vanos internacionales digitales por encima del ratioprimario. Estas vanos pueden basarse en PDH, SDH o en otros transportesde red. Los futuros sistemas de radioenlace, que formarán parte de estosvanos, tienen que ajustarse a esta recomendación. Generalmente el G.826especifica objetivos de calidad más rigurosos que el G.821 [2].

La recomendación G.827 [4] de ITU-T especifica parámetros y objetivosde disponibilidad de vanos internacionales digitales por encima del ratioprimario. La versión de 1996 de esta recomendación no especifica figurasde disponibilidad, sino que sólo especificaba definiciones. Todos losparámetros están aún bajo estudio, y consecuentemente no pueden incluirsefiguras en este libro de texto.

5.6.1 Objetivos de calidad

5.6.1.1 Algunas definiciones

La mayor diferencia entre G.826 y G.821 es que G.826 utiliza bloques enlugar de bits como en G.821. Consecuentemente las definiciones siguientesse basan en errores de bloques y no en errores de bits.

1250 km 25 000 km 1250 km

27 500 km

LE LEPunto dereferencia T

GradoLocal

GradoMedio

GradoAlto

GradoMedio

GradoLocal

Punto dereferencia T


Bloque Un bloque es un conjunto de bits consecutivos asociados conel vano; cada bit pertenece a uno y solamente a un bloque.Un bloque con error (EB) es un bloque en el cual uno o másbits asociados a él tiene algún error.

Bloque conerror (EB)

Un bloque en el cual uno o más bits tienen un error.

Segundocon error(ES)

Un período de un segundo con uno, o más de un bloqueerróneo. El SES definido más abajo es un subconjunto deES.

Segundocon errorsevero(SES)

Un período de un segundo que contiene ≥ 30% de bloqueserróneos o al menos un período severamente alterado (SDP).

Error debloque defondo(BBE)

An bloque con error que no se produce como parte de unSES.

5.6.1.2 Parámetros

Relación desegundoerróneo(ESR)

La relación entre ES y el número total de segundos detiempo disponible durante un intervalo fijo de medida.

Relación desegundosseveramente erróneos(SESR)

La relación entre SES y el número total de segundos detiempo disponible durante un intervalo fijo de medida.

Relación deerror debloque defondo(BBER)

La relación entre el número de bloques con error y el númerototal de bloques durante un intervalo fijo de medida,excluyendo todos los bloques durante el SES y tiempoindisponible.


5.6.1.3 Objetivos de calidad

RelaciónMb/s

1.5 a 5 >5 a 15 >15 a 55 >55 a 160 >160 a 3500

Bits/bloque 800-5000 2000-8000 4000-20 000 6000-20 000 15 000-30 000 Nota 2ESR 0.04 0.05 0.075 0.16 Nota 3SESR 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002BBER 2.10-4 Nota 1 2.10-4 2.10-4 2.10-4 10-4

Nota 1 Para sistemas diseñados antes de 1996, el objetivo el BBER es 3 10-4.Nota 2 Ya que no se espera que las tasas de error disminuyan de manera espectacular a

medida que la velocidad del bit de los sistemas de transmisión crezca, los tamañosde bloque (en bits) utilizados para la evaluación de vanos de muy alta velocidad debit deberían de estar comprendidas entre 15000 y 30000 bits/bloque. El preservar untamaño fijo de bloque para vanos con velocidades de bit muy elevadas tiene comoconsecuencia unos objetivos de BBER y SESR relativamente constantes para esosvanos.

Como ya se definió, VC-4-4c (Recomendación G.709) es un vano a 601 Mbit/s conun tamaño de bloque de 75168 Bits/bloque. Ya que esto excede al tamaño máximode bloque recomendado para un vano de esta velocidad, los vanos VC-4-4c nodeberán calcularse utilizando esta tabla. El objetivo para el BBER de un VC-4-4cutilizando un tamaño de bloque de 75168 suele ser cercano a 4.10 -4 . No existenactualmente vanos definidos para velocidades de bit mayores que los de VC-4-4c(>601 Mbit/s). Las secciones digitales se definen para velocidades de bit mayores ymás abajo se puede encontrar una guía para la evaluación del funcionamiento desecciones digitales FO.

Nota 3 Debido a la falta de información en el funcionamiento de vanos operando a más de160 Mbit/s, por el momento no se recomiendan objetivos ESR. No obstante, elprocesamiento ESR debe ser implementado en las medidas de tasa de error de losdispositivos operando a estas velocidades para temas de mantenimiento o demonitorización Para vanos operando a velocidades de hasta 601 Mbit/s se proponeun objetivo ESR de 0.16. Este valor requiere un posterior estudio.

Tabla 2 Objetivo de calidad extremo a extremo para un vano digitalinternacional de 27.500 km en o por encima del ratio primario.

Figura 19 Vano hipotético de referencia, metodología distribuida G.826

PEP IG IG IG IG IG PEP

27 500 km

IG = International Gateway PEP = Path End Point

Pais determinacion

Pais deIntermedios

ZonaNacional

EntrePaises(p.e. vanotranspor-tadosobre uncablesub-marino)

Pais determinacion

ZonaNacional

Zona Internacional

Vano hipotetico de referencia

(Puerto Internacional) (Punto final del vano)


Los objetivos de funcionamiento para sistemas de radioenlace comoportadores para los segmentos internacional y nacional se definenseparadamente por las recomendaciones de la ITU-R.

5.6.1.3.1 Segmento Internacional para radioenlaces

La Recomendación F.1092-1 [25] de la ITU-R define el “objetivo decalidad para un vano digital a velocidad de bit constante a, ó por encima,del ratio primario transportado por sistemas digitales de radioenlace quepueda formar parte de una porción internacional de un vano hipotético dereferencia de 27500km”. Los objetivos están basados en el conjunto derecomendaciones dadas en ITU-T G.826, pero adaptadas a sistemas deradioenlace con longitudes de referencia de aproximadamente 1000 Km.

Velocidad(Mbit/s)

1.5 a 5 >5 a 15 >15 a 55 >55 a 160 >160 a 3500

Relación desegundoserróneos

0.04x(FL+BL) 0.05x(FL+BL) 0.075x(FL+BL) 0.16x(FL+BL) Under study

Relación desegundosseveramenteerróneos

0.002x(FL+BL)

Relación deerror debloque defondo

2x10-4x(FL+BL) *)

2x10-4x(FL+BL)

*) Para sistemas diseñados antes de 1996: 3x10-4

Factor de distancia asignado FL = 0.01 x L / 500 L(km) ~ 500 km

Factor de bloque permitidopaíses intermedios

BL = BR x 0.02 (L / Lref)BL = BR x 0.02

for Lmin < L ≤ Lreffor L > Lref

Factor de bloque permitidopaíses terminales

BL = BR x 0.01 (L / Lref/2)BL = BR x 0.01

for Lmin < L ≤ Lref/2for L > Lref/2

Velocidad de bloquepermitido

0 < BR ≤ 1 BR = 1 (bajo estudio)

Longitud de referencia Lref = 1000 km (provisionalmente)

Tabla 3 Objetivos de calidad para sistemas de radioenlace que forman partede un vano digital internacional a, ó sobre, el ratio primario.

El objetivo de funcionamiento para cada dirección de un enlace real deradio puede ser calculado de acuerdo con ITU-R F.1397 [51]. El valor


dado en la parte superior de la tabla 3 se debe multiplicar por la relación LLLink donde LLink es la longitud real del vano (Enlace L ≥ 50 Km.) y L es lalongitud del sistema redondeada a los 500 Km. más cercanos. Por ejemplo,el objetivo para los segundos severamente erróneos es de 10 SES/mes paraun enlace de 50 Km.

5.6.1.3.2 Segmento Nacional para radioenlaces

La recomendación ITU-R F.1189-1 [26] define “Los objetivos de calidadpara trayectorias digitales de velocidad de bit constante en o sobre el ratioprimario transportadas por sistemas de radioenlaces digitales que puedenformar parte de la porción nacional de un vano hipotético de referencia de27 500 Km.” Los objetivos están basados en la recomendación global deITU-T G.826, pero adoptados en sistemas de radioenlace.

Velocidad(Mbit/s)

1.5 a 5 >5 a 15 >15 a 55 >55 a 160 >160 a 3500

Relación desegundoserróneos

0.04xZ 0.05xZ 0.075xZ 0.16xZ En estudio

Relación desegundosseveramenteerróneos

0.002xZ

Relación deerror debloque defondo

2x10-4xZ *)

2x10-4xZ 1x10-4xZ

*) Para sistemas diseñados antes de 1996: 3x10-4

Sección de trayectolargo Z = A A = A1 + (L/500) A1 = 1 - 2 %

Sección de trayectocorto Z = B

Únicamente asignadosbloques fijos B = 7.5 - 8.5 %

Sección de acceso Z = CÚnicamente asignados

bloques fijos C = 7.5 - 8.5 %

A1% + B% + C% ≤ 17.5% and 15.5% ≤ B% + C% ≤ 16.5%

Tabla 4 Objetivos de calidad de sistemas de radioenlace que forman partede una trayectoria digital nacional en o sobre el ratio primario.

44 6. Antenas

Capitulo

6. Antenas

La antena parabólica es la antena más comúnmente utilizada en sistemas deradioenlace por microondas. Este capítulo introducirá los parámetros deantena más importantes desde el punto de vista de la propagación. Tambiénse incluye una breve introducción a los repetidores pasivos al final de estecapítulo.

6.1 Parámetros de la antena

Los parámetros de la antena son muy importantes para el funcionamientoglobal del sistema. Los parámetros más importantes de la antena desde elpunto de vista de la propagación son:

Ganancia Relación de Onda Estacionaria (ROE)

Niveles de lóbulo lateral y posterior

Discriminación de la polarización cruzada

Anchura de emisión Estabilidad mecánica

6. Antenas 45

6.1.1 Ganancia de antenaLa ganancia de una antena parabólica (referido a un radiante isotrópico) sepuede aproximar a

25)

⋅⋅≈ 24log10λπη AGanancia [dBi]

donde

η = eficiencia de apertura(típica 0.5 - 0.6)

A = área de apertura m2

λ = longitud de onda [m]

Esta fórmula puede ser reescritautilizando como parámetros el diámetrode antena D [m] y la frecuencia f [GHz]

(tomando η = 0 55. ):

26) ( )fDGanancia ⋅+≈ log208.17 [dBi]

Las formulas 25) y 26) sólo son válidas para distancias lejos de la antena.La ganancia será menor en la cercanía, y puede obtenerse del fabricante dela antena. La distancia transversal entre el campo cercano y el lejano esaproximadamente:

27) d D ff ≈ ⋅2

0 3. [m]

Esto da un comportamiento de campo lejano en una distancia mayor que∼180m para una antena de 3m a 6 GHz.

Ganancia de antena típica

Frecuencia [GHz]

20

25

30

35

40

45

50

2 4 6 8 10 12 14 16 18

0.6 m

1.2 m

2.0 m3.0 m3.7 m4.6 m

Gan

anci

a (d

Bi)

46 6. Antenas

Figura 20 Definiciones de campo cercano y lejano

6.1.2 ROE

La relación de onda estacionaria es importante para sistemas de altacapacidad con rigurosos objetivos de linealidad. Para evitar interferenciaspor intermodulación el ROE se debería minimizar para estos sistemas. Lasantenas estándar tienen típicamente un ROE dentro del rango de 1.06 a1.15. Las antenas de alto rendimiento (antenas de bajo ROE) tienen unROE en el rango de 1.04 a 1.06 (típicamente).

6.1.3 Niveles de lóbulo lateral y posterior

Los niveles de lóbulo lateral y posterior son parámetros importantes en lasplanificaciones de frecuencia y en cálculos de interferencias. Niveles bajosdel lóbulo lateral y posterior hacen posible un uso del espectro defrecuencias más eficiente. Los niveles de lóbulo lateral y posterior sonespecificados (en el campo lejano) en los patrones de envolvente deradiación. La relación frente-atras da una indicación de los niveles delóbulo posterior para ángulos típicamente más grandes que 90 grados.Típicamente la relación frente-atras se incrementa al incrementar lafrecuencia y también al aumentar el diámetro de la antena.

R

= + −

≈ ⋅

>

<

Definiciones de

campo cercano y lejano

Desviacion de frente de onda plano: dR

dR

Limite campo cercano: dR

12 R

D2(Taylor)

R2 D2 R

Limite campo lejano : dR

λ2

λ2

Distancia transversal correspondiente: Rc =D2

λ

Dan

tena

rece

ptor

a

dR

R+dR

fluente

6. Antenas 47

15 30 45 60 75 90 105120 135 150 165180

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 dB

0 5 10

GAIN * : 43.0 dB 0.23 dB BEAMWIDTH: 0.55VSWR 1.08

* At center frequency

±± °

≤

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

RADIATION PATTERN ENVELOPE

ANTENNA TYPE: HIGH PERFORMANCEFREQUENCY : 6.425 - 7.125 GHzDIAMETER : 3.0 m

HOR. OR VER. POL

CROSS POL

Figura 21 Diagrama de radiación de una antena típica

6.1.4 Polarización cruzada

Otro parámetro importante en la planificación de la frecuencia es ladiscriminación de señales polarización cruzada en la antena. Una buenapolarización cruzada permite una total utilización de la banda defrecuencias al poder hacer uso de ambos planos de polarización: vertical yhorizontal. Los valores típicos son 30 dB para antenas estándar y 40 dB enantenas especialmente diseñadas para operar con polarización cruzada. Ladiscriminación tiene siempre el valor más grande en la dirección del lóbuloprincipal.

48 6. Antenas

6.1.5 Anchura del haz

La anchura del haz a media potenciase define como la anchura angulardel mayor lóbulo en el punto -3 dBtal y como se indica en la figura 22.Este ancho del haz se calculaaproximadamente utilizando [34].

28) α λ3 35dB D

= ± ⋅ grados

El ángulo de desviación a 10 dB(de uno de los lados) puede seraproximado por

29) α λ10 60dB D

= ⋅ grados

6.1.6 Estabilidad mecánica

Las limitaciones típicas debidoal balanceo/giro de la estructura(torre/mástil y antena) se debencorresponder con un máximo deatenuación de señal de 10 dBdebido al desalineamiento dela antena. Utilizando la fórmula 29), sede desviación para un diámetro y frecu

6.1.7 Potencia de radiación isotró

La potencia de radiación isotrópica eradiada por la antena, multiplicada popotencia radiada y GT la ganancia isotró

30) (eirp)dBm = (PT)dBm + (GT)dBm

Para encontrar el EIRP en una direcenvolvente de radiación para la antena

3 dB3 dBα

α →

Figura 22 Antena patrón

puede estimar el máximo ánguloencia de antena dados.

pica efectiva

fectiva (EIRP) es la actual potenciar su ganancia isotrópica. Sea PT lapica de la antena; entonces

ción se debe utilizar el patrón dedada. Comúnmente el EIRP se da

Diametro antena (m)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0.6 1.2 2 3 3.7

4 GHz5 GHz

6 GHz

7 GHz8 GHz

11 GHz13 GHz15 GHz18 GHz

2 GHz

Angulo de deflexion a 10 dB en function delDiametro de antena y la frecuencia

Angu

lo d

e de

flexi

on (d

eg)

6. Antenas 49

en dBW, y para convertir dBm a dBW se deben restar 30 dB de la fórmulaanterior.

6.2 Repetidores pasivos

Se contemplarán dos tipos de repetidores pasivos:

reflectores planos antenas espalda-espalda

El reflector plano refleja señalesmicroondas del mismo modo queun espejo refleja la luz. Se aplicanlas mismas leyes. Las antenasespalda-espalda funcionan comouna estación repetidora normal,pero sin transposición de frecuenciade radio o amplificación de la señal.

El método de cálculo más utilizado essustituir la pérdida de espacio libreplanificada para el enlace mediante

31) A A G AL fsA R fsB= − + [dB]

donde

AfsA es la pérdida de espacio libre entre el emplazamiento A y el repetidorpasivo (figura 23)

AfsB es la pérdida de espacio libre entre el emplazamiento B y el repetidorpasivo (figura 23)

GR es la ganancia del repetidor pasivo tal como viene dada en las fórmulas32) o 35).

Las fórmulas utilizadas para el cálculo planificado del enlace son lasmismas a excepción de esta substitución.

Peridas de vano con reflector 6 m2

1 3 5 7 9 11131517192123252729313335373941434513579111315171921232527293133353739414345

195-200190-195185-190180-185175-180170-175165-170160-165155-160150-155145-150140-145135-140130-135

Perdidas [dB]

Distancialeg 1 [km]

Distancialeg 2 [km]

Angulo de reflexion = 90 deg.Independiente de la frecuencia

50 6. Antenas

6.2.1 Reflectores planos

Los reflectores planos son máspopulares que las antenas espalda-espalda debido a una eficienciacercana al 100% (50-60% paraantenas). Los reflectores planostambién se pueden producir condimensiones mucho mayores quelas antenas parabólicas.

6.2.1.1 Ganancia de reflector plano

La ganancia de un reflector plano viene dada por:

32)

⋅⋅⋅=2

cos5.139log20 2 ψRR AfG [dB]

donde

AR es el área reflector físico en m 2f es la frecuencia de radio en GHzψ es el ángulo en grados en el repetidor pasivo

^

A B

R

dA dB

Figura 23 Geometría del reflector pasivo plano

33)( ) ( )( )

( )( ) ( )( )

−+⋅−+⋅

−−−⋅⋅⋅+−= −

262262

621

1010

ˆcos10cosBRBARA

ABARBAAR

hhdhhd

hhhhddhh ψψ

Ganancia reflector (6 m , 10 GHz)2

Angulo reflexion [grad]

70

75

80

85

90

95

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Ganancia

reflectordB

6. Antenas 51

donde

hA es la altura de la antena, en m, sobre el nivel del mar en elemplazamiento A

hB es la altura de la antena, en m, sobre el nivel del mar en elemplazamiento B

hR es la altura, en m, sobre el nivel del mar del centro del reflector

dA es la distancia desde el emplazamiento A al punto del reflector en Km

dB es la distancia desde el emplazamiento B al punto del reflector en Km

ψ es el ángulo en el punto de reflexión, en grados, en proyección plana

A menos que los trayectos en la figura 23 sean extremadamente abruptos,ψ puede ser utilizado en lugar de ψ en la ecuación 32) con buena

precisión.

Debería comprobarse que el repetidorpasivo esté en el campo lejano dela antena más próxima usando la fórmula:

34)

⋅⋅

⋅=

2cos

75ψ

πδR

ss

Af

d

donde d s es la más corta de las dos ramas ( )BA dd and en la figura 23.

Si δs > 2 5. , el repetidor pasivo está en campo lejano de la antena máscercana, y la fórmula 32) es válida. [34]

6.2.2 Antenas espalda – espalda

El uso de antenas espalda-espalda es práctico cuando el ángulo dereflexión es grande. La ganancia de un repetidor con antenas espalda-espalda viene dada por:

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

5 7 9 11 13 15 17 19

Limites campo cercano (km)

Frecuencia (GHz)

52 6. Antenas

35) G G A GR A c A= − +1 2 [dB]

donde

GA1es la ganancia en dB de una de lasdos antenas del repetidor

GA2 es la ganancia en dB de la otraantena del repetidor

Ac es la pérdida por acoplamiento(guiaondas, etc.) en dB entre las antenas

53

Capitulo

7. Cálculo de potencia recibidaPara estimar el funcionamiento de un sistema radioenlace hay que prepararun estudio de potencia recibida. La diferencia entre el nivel de recepciónnominal y el nivel de umbral de radio, el margen de desvanecimiento, es elprincipal parámetro en el modelo de predicción del funcionamiento.

7.1 Pérdidas en espacio libre

Considerar una potencia radiada P desde un radiador isotrópico en elpunto A (figura 24). El total de potencia radiada a través de la esfera es P.Por geometría, la densidad de la potencia p en el punto B es

36) p Pd

∝4 2π

donde d es el radio de la esfera (o la distancia transmisor-receptor) Laenergía máxima radiada desde una fuente puntual es (Maxwell)

37) Pf

∝ 12

donde f es la frecuencia de la radio.

54 7. Cálculo de potencia recibida

Consecuentemente la potencia recibida en Bes proporcional a

38) Pf d

∝⋅1

2 2

Esta relación proporciona la fórmula deespacio libre (expresada en dB)

39) ( )fdLfs ⋅+= log2045.92

donde Figura 24 Energía radiadaa través de una esfera

d – longitud de la trayectoria en Km.

f - frecuencia en GHz

7.2 Atenuación atmosférica

En frecuencias más altas, sobre unos 15 GHz, la atenuación debida a losgases atmosféricos se añadirá a la pérdida total de propagación de un vanode radioenlace. La atenuación en un vano de longitud d (km) se da en

40) A da a= ⋅γ dB

donde

d - longitud de la trayectoria en Km

γa - atenuación específica [dB/Km] se da en ITU-R Rec. P.676 [19] el cualdefine la atenuación por gases atmosféricos

La atenuación es debida a la absorción del vapor de agua no condensado yal aire y la atenuación específica viene dada por γ a (dB/Km). Tanto elvapor de agua como el aire tienen varias líneas de absorción en lasregiones centimétrica y milimétrica. Consecuentemente, hay frecuenciasdonde ocurre una alta atenuación las cuales están separadas por bandas defrecuencia donde la atenuación es substancialmente más baja. Laatenuación por vapor de aire y por agua se suman y las fórmulas de larecomendación de ITU-R P.676 apéndice 2 para una estimación

Esfera A

B

d

7. Cálculo de potencia recibida 55

aproximada de la atenuación específica a γ a=γ aire +γ vapor son válidas amenos de 57 GHz.

41) ( )

γ airt

p t p tp t

rf r r f r r

f r r=+

+− +

⋅ −7 270 351

7 557 2 44

102 2 2 2 2 52 2 2 3.

..

.

42)

( )

( ) ( )

γ

ρ

ρvapour

tt

p p t

t

p t

t

p t

p t

r rr f r r

rf r r

rf r r

f r r=⋅ + ⋅ + ⋅ +

− +

+− +

+− +

⋅

− − −

−

3 27 10 1 67 10 7 7 10 3 7922 235 9 81

11 73183 31 1185

4 01325153 10 44

10

2 37

42 2

2 2 2 2

2 4

. . . .. .

.. .

.. .

donde f es la frecuencia en GHz, rp=p/1013, Rt=288/(273+t), p es presiónen hPa (= mbar), t es la temperatura en Celsius y p es agua en (g/m3). En elcapítulo 2 se formuló el cálculo de la presión del vapor de agua basado enla humedad relativa en porcentaje H. Utilizando la formula

43) ρ = ⋅216 7. eT

la presión del agua puede convertirse a (g/m3). T es la temperatura enKelvin y e es la presión del vapor de agua en hPa.

La figura 25, que presenta la atenuación específica en el rango de 15 a 50GHz muestra claramente cómo la atenuación debida al vapor del agua espredominante por debajo de los 40 GHz. La atenuación específica es mássusceptible a cambios en ρ . El valor ρ =7.5 g/cm3

utilizado en la figura esel valor para la atmósfera estándar. Los valores reales del mundo puedenser encontrados en la recomendación de ITU-R P836-1 [20].

Cerca de los 60 GHz, muchas líneas de absorción de oxígeno se mezclanentre sí, a la presión del nivel del mar, para formar una única y ancha líneade absorción. Consecuentemente, en frecuencias de este rango, sólo puedenrealizarse vanos de longitudes muy cortas. Ver la recomendación ITU-RP.676 [19] para más detalles.

56 7. Cálculo de potencia recibida

Figura 25 Atenuación atmosférica específica

7.2 Estudio del enlace

La figura 26 muestra un sistema de transmisión/recepción que puedeutilizarse como un modelo simplificado de un sistema de radioenlace.

Figura 26 Sistema transmisor/receptor

Atenuacion especifica debida a los gases atmosfericos P=1013 hPa T=15ºC rho=7.5 g/m3

0.001

0.01

0.1

1

15 20 25 30 35 40 45 50

Frecuencia [GHz]

Ate

nuac

ion

espe

cific

a [d

B/k

m]

aire seco

vapor de agua

Aire seco +vapor de agua

Rx

feeder feeder

60

30

0

-30

-60

-90

Margen de Desvanecimiento

Imbral receptor

Niv

el d

e po

ten c

i a (d

Bm)

7. Cálculo de potencia recibida 57

Para poder determinar el nivel de entrada nominal y el margen dedesvanecimiento en un vano dado, se puede utilizar el ejemplo deconfiguración del "Vano del canal de Bristol". Si se define la potencia desalida del transmisor excluyendo la pérdida del filtro del canal, esta pérdidadebería sustraerse en los cálculos. Lo mismo se aplica al receptor. Laspérdidas por derivaciones se definen como las pérdidas totales dederivación para el vano. La diferencia entre el nivel de recepción nominaly el nivel de umbral del receptor es conocido como margen dedesvanecimiento.

La trayectoria del canal de Bristol (7.5 GHz)

El estudio del enlace para el vano Ilfracombe - St. Hilary es elsiguiente:

Parámetro Valor UnidadPotencia de salida del transmisor + 26.0 dBmPérdidas en guia-onda del transmisor 1.6 dBPérdida de derivación (Tx/Rx) 1.2 dBGanancia de la antena transmisora 42.8 dBPérdidas de espacio libre 145.5 dBGanancia de la antena receptora 42.8 dBPérdidas en guia-onda del receptor 1.2 dBNominal input level Nominal input level - 37.9 dBUmbral del receptor - 82.0 dBmMargen de desvanecimiento 44.1 dB

La pérdida atmosférica es insignificante a 7.5 GHz, pero por ejemplo a 38GHz debería ser tomado en consideración como se muestra abajo.

Enlace de acceso (Vano de 5 Km. a 38 GHz)

Parámetro Valor UnidadPotencia de salida del transmisor + 18.0 dBmGanancia de antena del transmisor 38.0 dBPérdidas de espacio libre 138.0 dBPérdidas atmosféricas 0.5 dBGanancia de la antena del receptor 38.0 dBNivel nominal de recepción - 44.5 dBUmbral del receptor - 80.0 dBmMargen de desvanecimiento 35.5 dB

Capitulo

58 8. Precipitación

8. PrecipitaciónLa transmisión de señales de microondas a más de ∼10 GHz es vulnerablea la precipitación. La lluvia, nieve, aguanieve, partículas de hielo y elgranizo pueden atenuar y dispersar señales de microondas y de este modoresultar de validez reducida desde un punto de vista de la calidad delsistema. La energía se atenúa debido a la radiación (dispersión) y absorción(calentamiento).

Para longitudes de onda que sean pequeñas en comparación con el tamañode una gota, la atenuación debida a la absorción es más grande que laatenuación debida a la dispersión. Para longitudes de ondas grandes encomparación con el tamaño de una gota de agua, la atenuación debida a ladispersión es más grande que la atenuación debida a la absorción.

8.1 Características de precipitación

8.1.1 Precipitación orográfica

La precipitación orográfica se determina por el terreno en el área deinterés. La sustentación forzada de aire húmedo por encima de suelos altosda precipitación cuando se alcanza el punto del rocío. La figura 27 muestrauna típica condición de tiempo en el oeste de Noruega. El aire húmedoprocedente del mar del norte se acerca al litoral y es empujado hacia arribapor las altas montañas cercanas a la costa. Las nubes tienen un contenidode agua mucho menor tras haber atravesado las montañas y haber llegadoal este de Noruega. Esto se refleja claramente en las estadísticas regionalesde precipitación de Noruega.

8. Precipitación 59

Figura 27 Precipitación orográfica

8.1.2 Precipitación convencional

En un día cálido de verano, se pueden crear pesadas nubes por la tardedebido a la convección de aire húmedo caliente. Estas nubes pueden traerlluvia intensa (granizo) con truenos.

Figura 28 Precipitación convencional

8.1.3 Precipitación ciclónica

Caracterizado por una larga escala de movimientos verticales asociadoscon características sinópticas tales como depresiones y frentes.

Un calidodia deverano

Fuentevientovertical

Direccion delviento dominante

Nube con prequeñocontenido de agua

Aire humedoforzado

Punto derocio


Figura 29 Precipitación ciclónica

8.1.4 Tormentas tropicales

En áreas tropicales pueden suceder tormentas circulares móviles con lluviaconvectiva en un diámetro de 50 - 200 Km. La lluvia monzón es unejemplo típico. Esta se caracteriza por unas intensas precipitacionesestratiformes de agua durante varias horas al día y que se extienden sobrevarios cientos de kilómetros.

8.2 Cómo afectan las precipitaciones a la propagación delas ondas

Como hemos mencionado anteriormente, las transmisiones de microondasa 10 GHz o más, pueden estar seriamente afectadas por las precipitaciones.

La figura 30 muestra un vano deradioenlace donde la zona de Fresnelse llena parcialmente con gotitas delluvia procedentes de un chubasco.Cada gota particular de agua contri-buirá a la atenuación de la señalbuscada. La cantidad de desvaneci-miento depende de la frecuencia dela señal y del tamaño de la gota de lluvia.

Las dos principales causas para la ateabsorción. Cuando la longitud de onda con el tamaño de la gota de lluvia, la disp

Pronostico del tiempo: Lluvia, despues chubascos

Columna conjuntiva de nubes

Capa denubesestratiforme

aire frio aire caliente

Figura 30 Chubascps

nuación son la dispersión y laes lo bastante grande en relaciónersión es predominante. De forma


inversa, cuando la longitud de onda es pequeña en comparación del tamañode la gota de lluvia, domina la atenuación debida a la absorción.

8.2.1 Dispersión

Ya que las ondas de radio son campos electromagnéticos que varían en eltiempo, el campo incidente inducirá un momento dipolar en la gota delluvia. El dipolo de la gota de lluvia tendrá la misma variación temporalque las ondas de radio, actuará además como una antena y re-radiará laenergía. Una gota de lluvia es una antena con una baja directividad y, porlo tanto, re-radiará energía en direcciones arbitrarias provocando unapérdidas de energía en la dirección hacia el receptor.

8.2.2 Absorción

A medida que la longitud de ondaes pequeña en relación con eltamaño de una gota de lluvia, seabsorbe más y más energía produ-ciendo calor en la gota de lluvia.Las ondas de radio variarán demasiadoen intensidad de campo sobre la gotacomo para inducir el efecto dipolar.

8.2.3 Atenuación total por lluvia en un radioenlace

Para calcular el tiempo de corte provocado por la lluvia debemos conocerla cantidad total de gotas de lluvia dentro de la zona de Fresnel así comosus tamaños individuales. La atenuación se puede calcular utilizando

44) A ND Q D f dD≈∞

) ( , )0

Atenuación calculada para unapartícula de precipitación a 10 GHz

Para esta frecuencia predomina la dispersion

dB/km/m

Tamaño de la gota lluvia [mm]

0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

3Atenuacion


En esta fórmula, N es la distribución deltamaño de la gota de lluvia y Q es laatenuación de una partícula a lafrecuencia dada f. Determinar la atenuaciónusando la fórmula 44) no es una tarea fácilya que realmente es difícil hacer unrecuento del número de gotas de lluviaexistentes y medir sus tamaños individuales.

Un método sencillo es medir la cantidadde lluvia que golpea el suelo en un cierto intervalo. A esto se le denomina ratio de lluvlluvia R y N(a) viene dada por

45) R D V D N D dD= ⋅ ⋅−∞

0 6 10 3 3

0. ( ) ( )π

donde V(D) denota la velocidad terminal dela gota de lluvia.Tanto la velocidad terminal como lasdistribuciones de gotas de lluvias típicashan sido estudiadas atentamente y sonbien conocidas. Por lo tanto, es posibleestimar la atenuación sin más queconsiderar el ratio de lluvia únicamente.

8.2.4 Medidas de lluviaLas precipitaciones son medidas en milímelluvia en milímetros por hora [mm/h]. Ediferentes principios de medida.

Figura 31 Medidores de ll

recipienteinclinado

ia. La conexión entre ratio de

tros [mm], y la intensidad den la figura 31 se muestran

uvia típicos

Distribucion del tamañode la gota de lluvia

a = 41 b = -0.21

D = diam. de la gota [cm]

N(D) = N e. (-aR D)b0

0N = 0.080

Alto indice de lluvia;Gotas grandes

Velocidad terminalPara la lluvia

v = a D. b

a = 1690 b = 0.6D = diam. de la gota [cm]

v = 6.4 m/spara D = 0.2 cm

[cm/s]

dropcounter


Un parámetro importante es el tiempo de integración, es decir, el tiempoentre lecturas de la precipitación. Valores típicos para el tiempo deintegración son 1 min, 5 min, 10 min, 1 hora, 1 día. En cálculos de enlacese debe utilizar un tiempo de integración de 1 minuto. Para ilustrar laimportancia del tiempo de integración, echemos un vistazo al ejemplomostrado en la figura 32.

Figura 32 Indice de lluvia y tiempo de integración

8.2.5 Formas de la gota de lluvia

A medida que las gotas de lluvia crecen entamaño, se alejan de la forma esférica (verfigura 33). Esta desviación de la formaesférica provoca que las gotas de lluviaestén más extendidas en la direcciónhorizontal y consecuentemente atenuaránmás las ondas polarizadas horizontalmenteque las ondas polarizadas verticalmente.Esto significa que la polarización verticales favorable a altas frecuencias, donde elcorte debido a la lluvia es dominante.

8.3 Indisponibilidad por lluvia

8.3.1 Longitud efectiva de vano

Ya que la lluvia tiene tendencia a agruparse (especialmente en índices delluvia altos), solo serán afectadas por la misma, partes del vano delradioenlace. La longitud efectiva del vano que contiene celdas de lluviaviene dada por

Precipitación

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10minutos

15

10

5

mm

tiempo de integración 1 min.:30, 90, 60, 60, 30, 30, 30, 60 mm/h

tiempo de integración 5 min.:48, 18 mm/h

tiempo de integración 10 min.:33 mm/h

tiempo de integración 1 hora:5.5 mm/h

1.0mm 1.5mm

2.0mm 2.5mm

Figura 33 Forme de la gota delluvia y variacion de tamaño

con respecto a una esfera.


46) ψ =+

⋅

− ⋅

dd

e R135 0 015.

para R > 100 mm/h: R = 100 mm/h

d es la longitud del vano en km

R es la intensidad de lluvia en mm/h para el 0.01% del tiempo

Si no se dispone de informaciónlocal de la intensidad de lluvia,se puede obtener utilizando latabla 5 y los mapas de contornosde zonas de lluvia de lasfiguras B1 a B3 del apéndice B[32]. Alternativamente sepueden utilizar los mapas decontornos de precipitaciones delas figuras C1 a C3 del apéndiceC [28].

A B C D E F G H J K L M N P Q1.0 <0.1 0.5 0.7 21 0.6 1.7 3 2 8 1.5 2 4 5 12 240.3 0.8 2 2.8 4.5 2.4 4.5 7 4 13 4.2 7 11 15 34 490.1 2 3 5 8 6 8 12 10 20 12 15 22 35 65 720.03 5 6 9 13 12 15 20 18 28 23 33 40 65 105 960.01 8 12 15 19 22 28 30 32 35 42 60 63 95 145 1150.003 14 21 26 29 41 54 45 55 45 70 105 95 140 200 1420.001 22 32 42 42 70 78 65 83 55 100 150 120 180 250 170

Tabla 5 Intensidad de precipitación excedida [mm/h [32].(Referencia a figuras B1 a B3 en apéndice B.)

8.3.2 Profundidad de desvanecimiento debido a la lluvia

Como se ha visto antes, el ratio (índice) de lluvia R está relacionado con ladistribución de tamaño de gota y con la velocidad terminal de las gotas delluvia. Conociendo R, es posible calcular la cantidad de gotas de lluvia ysus tamaños dentro de la zona de Fresnel.La atenuación específica (dB/km) viene dada por:

Longitud efectiva de vano variando el indice de lluvia

Longitud de vano [km]

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

20 mm/h40 mm/h60 mm/h80 mm/h100 mm/h120 mm/h140 mm/h

Long

itud

efec

tiva

de v

ano

(km

)


47) γ αr k R= ⋅

donde

k y α vienen dadas en latabla 6 y varían con lafrecuencia de radio y lapolarización.

La atenuación debida a lalluvia en el 0.01% deltiempo para el vano dadopuede calcularse de

48) A k R= ⋅ ⋅ψ α [dB]

Frecuencia[GHz]

kh kv αh αv

1 0.0000387 0.0000352 0.912 0.8802 0.0001540 0.0001380 0.963 0.9234 0.0006500 0.0005910 1.121 1.0756 0.0017500 0.0015500 1.308 1.2657 0.0030100 0.0026500 1.332 1.3128 0.0045400 0.0039500 1.327 1.310

10 0.0101000 0.0088700 1.276 1.26412 0.0188000 0.0168000 1.217 1.20015 0.0367000 0.0335000 1.154 1.12820 0.0751 0.0691 1.099 1.06525 0.124 0.113 1.061 1.03030 0.187 0.167 1.021 1.00035 0.263 0.233 0.979 0.96340 0.350 0.310 0.939 0.929

Tabla 6 Coeficientes de regresión para estimar la atenuaciónespecífica de la ecuación 47). [30]

La relación entre el margen de desvanecimiento y la indisponibilidad parael vano viene dada por

49) ( )PPAF log043.0546.012.0 ⋅+−⋅⋅= [dB]

donde P es la indisponibilidad en porcentaje

Atenuacion por lluviaen funcion de la frecuencia

y el indice de lluvia

Frecuencia [GHz]

0.01

0.10

1.0

10

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0.25 mm/h

1.25 mm/h

5 mm/h

25 mm/h

50 mm/h

100 mm/h

150 mm/hAten

uaci

on e

spec

ifica

(dB/

km)


La fórmula 49) se utiliza para escalar a otros porcentajes de tiempodiferentes de 0.01%. [31]

La indisponibilidad se puede calcular resolviendo la ecuación 49) conrespecto a P.

50) ( )( )FAP /12.0log172.029812.0546.0628.1110 ⋅++−= [%]

Para evitar valores imaginarios, se utiliza A 0.01 / F = 0.155 en casos dondeA 0.01 / F <0.154023.

La figura muestra el nivel deentrada recibido, con polarizaciónvertical, en un vano de test de 48kilómetros a 15 GHz en el oestede Noruega donde el ratio delluvia es aproximadamente 35mm/h. El propósito de este test deun año, es chequear la validez o laindisponibilidad debida a losmodelos de predicción de lluviadados por el ITU-R, e investigar lacantidad de corte debido a la nievey a aguanieve. Se observó unaclara discrepancia entre losresultados medidos y los modelospredictivos de ITU-R, y parece

que es posible permitir vanos más largos a 15GHz que lo que dice lapredicción. El corte en el vano fue causado por los chubascos tardíos deverano. Los desvanecimientos debidos a aguanieve y a la nieve fuerondespreciables en comparación con el desvanecimiento debido a la lluvia.

Distribución del nivel de recepciónKokstad-Kattnakken

Febrero 94 - Febrero 95

0.00000001

0.0000001

0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40Nivel de Recepción [ dBm]

Lluvia 35mm/h Medidas

Prob

abilid

ad a

cum

ulad

a


4X2 Mb/s 15 GHzLongitudes de vano aptas con

antenas de 1.2m Ø

distancia [km]

0.000000

0.000050

0.000100

0.000150

0.000200

0.000250

0.000300

0.000350

0.000400

0.000450

0.000500

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Objetivo por lluvia

40 mm/h

60 mm/h

80 mm/h

100 mm/h

120 mm/h

140 mm/h

Polarización VerticalAntena: 12SP145

Longitud de guia = 2 m

Prob

abilid

ad d

e co

rte (%

)

68 9. Predicciones de calidad

Capitulo

9. Predicciones de calidad9.

Las perturbaciones atmosféricas afectan a las condiciones de transmisiónde los radioenlaces. La señal recibida variará con el tiempo, y elfuncionamiento del sistema se determina por la probabilidad de que elnivel de la señal decaiga bajo el nivel umbral de recepción, o el espectrorecibido esté severamente distorsionado. En este capítulo se discutirándiferentes modelos de cálculo.

9.1 ¿Por qué un margen de desvanecimiento?

La figura 34 muestra el nivel de recepción en función del tiempo duranteun fenómeno de desvanecimiento. El nivel de entrada se encuentra pordebajo del nivel umbral de radio para periodos de tiempo relativamentecortos. Este tiempo provoca degradación en el funcionamiento del sistemay posibilidad de corte. Los desvanecimientos están fundamentalmentecausados por el efecto de multitrayecto y debido a las precipitaciones.Como muestra la figura 34, a mayor margen de desvanecimiento, menorprobabilidad de que la señal decaiga por debajo del nivel umbral delreceptor. Consecuentemente, el funcionamiento del sistema se mejoraaumentando el margen de desvanecimiento. Esto se puede alcanzarmediante un nivel de salida más alto, por antenas mayores, menores nivelesumbral, reducidas longitudes de vano, etc.

9. Predicciones de calidad 69

Figura 34 Desvanecimientos

9.2 Desvanecimiento multitrayecto

El desvanecimiento debido a las capas de la atmósfera es el factordominante en la degradación de los radioenlaces.

Las condiciones meteorológicas en el espacio que separa el transmisor delreceptor, pueden causar algunas veces efectos perjudiciales a la señalrecibida. Los rayos que normalmente tendrían que haberse perdido en latroposfera se pueden refractar hacia la antena receptora donde se sumaríana la señal deseada. Las relaciones de fase y de amplitud entre las señales,determinan la señal de entrada resultante en el receptor.

Esto afecta a la transmisión de las señales digitales de dos formas. Enalgunas ocasiones, todas las componentes del espectro de la señal útil sereducen por igual. A esto se le da el nombre de desvanecimiento no-selectivo o plano.

Otras veces solo parte de las componentes espectrales serán reducidas,causando que el espectro se distorsione. A esto se le llamadesvanecimiento selectivo de frecuencia.Estos dos efectos serán tratados por separado.

El corte total debido al desvanecimiento multitrayecto es la suma del cortepor desvanecimiento plano y el corte por desvanecimiento selectivo.

51) P P Ptot flat sel= +

nivelnominalde entrada

umbral derecepcion

perturbacionesatmosfericas

corte

Niv

el d

e en

trada

mar

gen

dede

svan

ecim

ient

o


9.2.1 Desvanecimientoplano

Medidas en diferentespartes del mundo,ITU-R report 338-6 [18]y la recomendaciónP.530 [31], indicanque la probabilidad deque el nivel recibido sedesvanecerá F dB pordebajo del nivel delespacio libre es:

52) P PflatF

= ⋅−

01010

donde F es igual al margen de desvanecimiento

El parámetro Po, factor de ocurrencia de desvanecimiento, está relacionadocon los parámetros del vano.

9.2.1.1 Método de la predicción antiguo

El factor de ocurrencia de desvanecimiento en 52) esta en función de lalocalización del vano, del terreno y de la frecuencia de radio utilizada(Barnett and Vigants [18]):

53)3

0 5043.0

⋅⋅⋅⋅= dfbaP

donde a es un factor climático dado en la tabla 7.

Nivel de Recepción [dBm]

0.0000001

0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20

CCIR viejo

CCIR plano

Principal

Div. espacio

Combinado

CCIR enl. terre

Distribucion del nivel de recepción para un vano en Africa

Prob

abili

dad

acum

ulad

a


f es la frecuencia de radio en GHzd es la longitud del vano en km

54)3.115

=S

b

nótese: 6 m < S < 42 m

donde

S es la desviación estándar (RMS) de las elevaciones del terreno, medidasen intervalos de 1 km. a lo largo del vano, excluyendo los emplazamientosde la estación radio.

a Región climática4.00 Ecuatorial, regiones de alta humedad y temperatura, el valor

medio anual de N se aproxima a 360 Unidades N.3.00 Desiertos, fuertes variaciones térmicas entre el día y la noche, el

valor de N se aproxima a 280 Unidades N, pero varíaenormemente. También regiones costeras con terrenos bastantellanos en climas más templados.

2.001.50 Invierno seco y verano lluvioso en climas continental y subtropical,

a menudo enlaces de radio sobre tierra seca, el valor medio de Nse aproxima a 320 Unidades N, pero la variación es casi de 100Unidades N durante un año.

1.00 Fuertes variaciones de temperaturas diurnas en climascontinental templado, media altitud, terreno medianamenteirregular, condiciones de propagación más favorables en verano,valor medio de N es 320 unidades N, y la variación ronda de 20 a40 unidades N a lo largo del año.

0.50 Regiones altas, ligeramente secas, tierra adentro, terreno regular.0.25 Montañas, terreno muy irregular, ligeramente seco.0.05 Polar, temperaturas relativamente bajas y pocas precipitaciones.

Tabla 7 Regiones climáticas

9.2.1.2 Nuevo método de la predicción

La recomendación de ITU-R P.530 [31] proporciona un nuevo métodopara calcular el factor de ocurrencia de desvanecimiento para el peor mes.No se requiere el perfil del vano para este método, pero una clasificacióngeneral del tipo de vano proporciona una predicción más precisa. Losmétodos se derivan de los datos de desvanecimiento de vanos conlongitudes en el rango de 7-95km, frecuencias en el rango de 2-37 GHz,inclinaciones de vano en el rango de 0-24 mrad, y ángulos rasantesdentrodel rango de 1-12 mrad. Las pruebas realizadas utilizando otrosconjuntos de datos para vanos de hasta 237 km. de longitud y frecuenciastan bajas como 500MHz sugieren, sin embargo, que es válido para rangos


mayores de longitud de vano y de frecuencia. Los resultados de un análisissemi-empírico indican que el límite de validez de la frecuencia inferior esinversamente proporcional a la longitud del vano. Una somera estimaciónpara este límite de frecuencia inferior, ƒmin, puede obtenerse de:

55) P PflatF

= ⋅−

01010 GHz

La probabilidad de corte (en porcentaje) para el peor mes viene dado por

56) P PflatF

= ⋅−

01010

y el factor de ocurrencia de desvanecimiento es

57) P K d f Ep03 6 0 89 1 41= ⋅ ⋅ ⋅ + −. . .( )

donde K – factor geoclimático

d – longitud de vano [km]

f - frecuencia [GHz]

Eh h

dp =−1 2

Inclinación de vano [milirad]

h1, h2 – altura de antenas sobre el nivel medio del mar [m]

El factor geoclimático se puede estimar para el peor mes medio, mediantelos datos de desvanecimiento. En ausencia de tales datos empíricos, lasrelaciones a usar deben basarse en el tipo de vano.

9.2.1.2.1 Enlaces en interiorLos enlaces en interior son aquellos en los que la totalidad del perfil delvano está sobre la altitud de 100m (con respecto al nivel medio del mar) ymás allá de los 50km desde la línea costera más cercana, o, en los queparte o la totalidad del perfil del vano está por debajo de la altitud de100m para un enlace que se encuentra en su totalidad dentro de los 50 kmde la línea de costa. Los enlaces que cruzan un río o un pequeño lagodeben ser normalmente clasificados como enlaces sobre tierra. El factorgeoclimático K, por lo tanto, viene dado por.

58) ( )K PC C CL

Lat Lon= ⋅ ⋅− − − −5 10 107 0 1 1 50. .


PL es el porcentaje de tiempo en el que el gradiente de refractividad medioen los 100 metros más bajos de la atmósfera es menor que –100 unidadesN/km.

Las figuras 8 a 11 del informe 563 [28] de ITU-R proporcionan PL paracuatro diferentes meses. Se debe elegir el mes que tiene el valor más alto.Estas figuras se dan en el apéndice A.

El valor del coeficiente C0 en la ecuación 58) viene dada en la Tabla 8 paratres rangos de la altitud más baja de entre las antenas emisora y receptora,y para tres tipos de terreno (llanuras, colinas, montañas). En casos deincertidumbre acerca de sí un enlace ha de ser clasificado comoperteneciente a un área de llanuras o de colinas, deberá emplearse el valormedio de los coeficientes C0 para los dos tipos de área. De manera similar,en casos de incertidumbre acerca de sí un enlace ha de ser clasificado comoperteneciente a un área de colinas o montañosa, deberá ser empleado elvalor medio de los coeficientes C0 para los dos tipos de área.Los enlaces entre llanuras en un extremo y montañas en el otro deben serclasificados como de áreas con colinas. A efectos de decisión de sí un vanoque parcialmente transcurre sobre el agua debe ser clasificado comollanura, colina o área montañosa, la superficie de agua ha de serconsiderada como llanura.

Donde el tipo de terreno no sea conocido, a efectos de Planificación, seemplearán los siguientes valores para el coeficiente C0 de la ecuación 58):

C0 = 1.7 si la altura de la antena más baja está en el rango 0-400 m sobre el nivel medio del mar

C0 = 4.2 si la altura de la antena más baja está en el rango de 400-700m sobre el nivel medio del mar

C0 = 8 sí la altura de la antena más baja esta por encima de 700m sobre el nivel medio del mar

El coeficiente CLa de la ecuación 58) para la latitud ξ viene dada por:

CLa = 0 (dB) para ξ 53o N o oSCLa = –53 + ξ (dB) para 53o N o oS < ξ < 60o N o oSCLa = 7 (dB) para ξ ≥ 60o N o oS

Y el coeficiente de longitud CLon, por:

CLon = 3 (dB) para longitudes de Europa y AfricaCLon = –3 (dB) para longitudes del Norte y Sur de AméricaCLon = 0 (dB) para todo el resto de longitudes


Altitud de la antena más baja y tipo de terreno que atraviesa el enlace C0(dB)

Antena de poca altura (0-400 m) – Llanuras:

Enlaces sobre o parcialmente sobre tierra, con la altura de la antena más baja inferior a 400 m sobre el nivelmedio del mar, localizadas en áreas en gran medida llanas

0

Antena de poca altura (0-400 m) – Colinas:

Enlaces sobre o parcialmente sobre tierra, con la altura de la antena más baja inferior a 400 m sobre el nivelmedio del mar, localizadas en áreas predominantemente de colinas.

3.5

Antena de altura media (400-700 m) – Llanuras:

Enlaces sobre o parcialmente sobre tierra, con la altura de la antena más baja en el rango de 400-700 msobre el nivel medio del mar, localizadas en áreas en gran medida llanas

2.5

Antena de altura media (400-700 m) – Colinas:

Enlaces sobre o parcialmente sobre tierra, con la altura de la antena más baja en el rango de 400-700 msobre el nivel medio del mar, localizadas en áreas predominantemente de colinas

6

Antena de gran altura ( >700 m) – Llanuras:

Enlaces sobre o parcialmente sobre tierra, con la altura de la antena más baja por encima de los 700 m sobreel nivel medio del mar, localizadas en áreas en gran medida llanas

5.5

Antena de gran altura ( >700 m) – Colinas:

Enlaces sobre o parcialmente sobre tierra, con la altura de la antena más baja por encima de los 700 m sobreel nivel medio del mar, localizadas en áreas predominantemente de colinas

8

Antena de gran altura ( >700 m) – Montañas:

Enlaces sobre o parcialmente sobre tierra, con la altura de la antena más baja por encima de los 700 m sobreel nivel medio del mar, localizadas en áreas predominantemente montañosas

10.5

Tabla 8 Valores del coeficiente C 0 para las ecuaciones 58) y 60) para las tresgamas de alturas de la antena más baja y para tres tipos de terreno

El valor de la variable climática PL de la ecuación 58) se estima tomando elvalor más alto de entre los meses de Febrero, Mayo, Agosto y Noviembrede excedencia del gradiente de –100 N unid/km de los mapascorrespondientes a los cuatro meses representativos de cada estación dadasen las figuras 7-10 de la Recomendación ITU-R P.453. Una excepción aesto es el hecho de que solamente deberán de ser utilizados los mapas deMayo y de Agosto para latitudes mayores de 60° N o 60° S.

9.2.1.2.2 Enlaces costeros encima / cerca de grandes masas de aguaSe puede considerar que un enlace cruza un área costera si una fracción rc

del perfil del trayecto se encuentra a una altura inferior a 100 m sobre elnivel medio de una masa de agua mediana o grande y se encuentra dentrode los 50 km de su línea costera, y si la altitud del terreno es superior a 100m (en relación con la altitud media de la extensión de agua en cuestión)entre esta fracción del perfil del trayecto y la línea costera.Si no se dispone datos medidos de K para enlaces costeros sobre o cerca degrandes masas de agua, entonces K puede ser estimado de la siguientemanera:


59) K = K r K K

K K K

l cr K r K

cl i

i cl i

c i c cl( ) ( – ) log log= ≥

<

+10 1 for

for

donde rc es la fracción del perfil del trayecto por debajo de la altitud de 100m sobre el nivel medio del mar de la masa de agua en cuestión y dentro delos 50 km de la línea de costa, sin que exista un terreno con una elevaciónsuperior a los 100 m que se interponga entre el trayecto y la costa, Ki vienedada por la expresión para K de la ecuación 58), y:

60) Kcl = 2.3 × 10– 4 × 10– 0.1C0 – 0.011 |ξ|

con C0 dada en la Tabla 8. Nótese que la condición Kcl < Ki de la ecuación59) se cumple en unas cuantas regiones de latitud baja y media.

9.2.1.2.3 Enlaces costeros encima / cerca de masas de agua medianas

Si no se dispone de los datos medidos para K para enlaces costeros sobre ocerca de masas de agua de tamaño medio, K puede estimarse a partir de:

61) K = K r K K

K K K

m cr K r K

cm i

i cm i

c i c cm( ) ( – ) log log= ≥

<

+10 1 for

for

y:

62) Kcm = 10 0.5 (log Ki + log Kcl)

con Kcl dada en por la ecuación 60). Nótese que la condición Kcm < Ki de laecuación 61) se cumple en unas pocas regiones a latitudes bajas y medias.

El tamaño de una masa de agua puede se puede decidir en base a variosejemplos conocidos: masas de agua de medio tamaño son la Bahía deFundy (costa este de Canadá) y el estrecho de Georgia (costa oeste deCanadá), el Golfo de Finlandia, y otras masas de agua de tamaño similar.Masas de agua de gran tamaño son el Canal de la Mancha, el Mar delNorte, las grandes extensiones de los Mares Báltico y Mediterráneo, elestrecho Hudson, y otras masas de agua de similar tamaño o mayor.


9.2.1.2.4 Definición de vano poco claro

Habrá casos en los que sea difícil encontrar una clara definición de vano, oen los que falta información detallada sobre un vano en particular. En estecaso, deberán utilizarse las siguientes directivas.En casos de incertidumbre a cerca de sí el tamaño de una masa de agua encuestión debe ser clasificada como mediana o grande, K deberá sercalculada de la siguiente manera:

63) K r K r K Kc i c cm cl= − + +10 1 0 5( ) log . (log log )

Regiones (que no incluyan zonas costeras) en las cuales hay muchos lagosen un área bastante grande, se considera que se comportan de una manerasimilar a las áreas costeras. La región de los lagos en el sur de Finlandia esel mejor ejemplo conocido. Hasta que dichas regiones se puedan definirmejor, K se debe calcular mediante:

64) K r K r Kc i c cm= − +100 5 2. [( ) log log ]

9.2.2 Desvanecimiento selectivo de frecuencia

El funcionamiento de enlaces de radio digital de visibilidad directa puedeestar seriamente perjudicados por el desvanecimiento selectivo defrecuencia, debido a distorsiones de amplitud en banda y de fase. Estedesvanecimiento multitrayecto (o selectivo) puede ser el resultado dereflexiones sobre la superficie, o inducidas por anomalías atmosféricascomo fuertes gradientes de conducción.

Durante algunas condiciones atmosféricas con capas horizontales estáticas,el gradiente vertical del índice de refracción atmosférico produce múltiplescaminos de propagación entre el transmisor y el receptor en un enlaceradioenlace de visibilidad directa, tal como se muestra en la figura 35. LaFigura 36 muestra la respuesta en el dominio del tiempo del enlace deradio multitrayecto de la figura 35.Esta respuesta, durante las condiciones de propagación multitrayecto,indica que la radio recibirá múltiples pulsos para cada pulso digital enviadopor el transmisor. Estas figuras ilustran solo el caso simplificado de dosrayos. De cualquier modo, en los análisis se utiliza un modelo máscomplicado de tres rayos, y será descrito más tarde.


Figura 35 Modelo simplificado dedos rayos

Figura 36 Respuesta en el dominiodel tiempo para el modelo de dos

rayos

Si τ es el retardo relativo en tiempo entre los dos caminos de propagaciónmostrados en la Figura 35, la fase relativa entre los dos caminos será 2πf.τy, por lo tanto, función de la frecuencia, f. La amplitud y la fase de la señalrecibida varia con la frecuencia como se muestra por la función detransferencia del vano de la Figura 37. Tal variación de la frecuencia detransferencia del vano se conoce como desvanecimiento selectivo defrecuencia.

Figura 37 Función de transferencia del vano

2.1 2.15 2.2 2.25 2.3 2.35 2.4

5

10

15

20

25

30

20log|H(f)|

freccuencia [GHz]


Los impactos del desvanecimiento por multitrayecto en la radio digital sepueden resumir brevemente:

♦ Se reduce la relación señal/ruido y consecuentemente se incrementa larelación de error de bit (BER).

♦ Se reduce la relación portadora/interferencia (CIR) y consecuentementeaumenta el BER.

♦ Se distorsiona la forma de onda de un pulso digital, provocando unamayor interferencia entre símbolos y un mayor BER.

♦ Se introduce atenuación diafónica entre las dos portadoras ortogonales,eje I y eje Q, y consecuentemente se incrementa el BER.

Claramente, la dispersión por multitrayecto puede degradar seriamente elfuncionamiento y causar cortes e interrupciones en un sistema digital deradio por medio de diversos mecanismos.

Existe un número de métodos diferentes para predecir cortes debidos aldesvanecimiento selectivo de frecuencia. Nera ha elegido utilizar elmétodo de la curva de firma (signatura) descrito en ITU-R informe 784-3[29]. Este método concuerda razonablemente bien con los resultadosmedidos y muestra claramente la capacidad para soportar eldesvanecimiento selectivo.

65) P sfselm= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅−4 3 10 1

2

0. η τ

τ (en porcentaje)

donde η se refiere al factor de ocurrencia de desvanecimiento Po (dado enla fórmula 57). η es frecuentemente llamado factor de actividad dedesvanecimiento:

66)

⋅−−=43

0

1002.0exp1

Pη

τm es el típico retardo temporal medio dado por:

67)5.1

507.0

⋅= dmτ


d es la longitud del vano en km ysf es el factor de firma del equipo.

τ0 es el tiempo de retardo utilizadodurante la medida de las curvas defirma. Un valor muy usado (también por Nera) es:

τ0 = 6.3 ns

El factor de firma sf se obtienede la curva de firma del equipamiento,utilizando la fórmula:

68) −

−

=2

2

2010W

W

B

dWsfc

W – ancho de banda de firma

Bc – valor crítico de la profundidad paraproducir un (BER) de 10-3 o 10-6 en lacurva de firma

El factor de firma sf representa el área descrita por la curva de firma de laradio. sf se calcula tanto para un desvanecimiento de fase mínima comopara un desvanecimiento de fase no mínima, y se utiliza la mediaaritmética.

Nótese que el factor de firma sf depende fuertemente del método demodulación.

Si el factor de firma no es conocido, la posibilidad de desvanecimientoselectivo puede ser calculado utilizando la envolvente de firma definidapor la profundidad y anchura de la firma. La predicción será másconservadora en tanto se utilicen estos resultados envolventes en un granvalor de área de firma en comparación con la curva actual.

40

30

20

10

060 65 70 75 80 Fase

minima

0

10

20

30

40

60 65 70 75 80

No-Faseminima

Curva de Firma típicaNL290 155 Mb/s SDH

BER: 1E-3, retardo: 6.3 ns

Prof

undi

dad

(dB)

P ro f

undi

dad

(dB)

Frecuencia MHz


69) P W Ws MB m

NMB mM NM= × + ×

− −215 10 10202

0

202

0

. / /η ττ

ττ

donde

Wx : ancho de banda (GHz)Bx : profundidad (dB)

THE BRISTOL CHANNEL PATH

ST. HILARY: ILFRACOMBE:Altura Ant.: 136.0m /143.5m (a.s.l.)Ganancia Ant.: 42.8dB / 42.8 dBPérdida Feeder: 1.2dB / 1.6 dB

Altura Ant.: 220.5m / 210.5m (a.s.l.)Ganancia Ant.: 42.8dB / 42.8 dBPérdida Feeder: 1.6dB / 1.0 dB

Radio: NL141 . 7.7 GHz - 34 Mb/sPotencia de transmisión: +26.0 dBmPérdida de derivación 1.2 dBUmbral del receptor:-82.0 dBm (1E-3)Umbral del receptor -78.0 dBm (1E-6)Factor del firma: 0.55 (1E-3)Factor del firma: 0.69 (1E-6)

Distancia: 58.7 kmTipo de vano: sobre gran masa deaguaFactor PL: 5.0 %Sistema: 2+0

Nivel recibido: -38.3 dBmDiversidad de Frecuencia: no

Diversidad espacial: espaciado 10.0m

BER > 1E-3:Margen de desvanecimiento: 43.7 dB

Desvanecimiento plano,sin diversidad: 0.002105%Desvanecimiento selectivo,sin diversidad: 0.003521%Desvanecimiento plano,con diversidad: 0.000003%Desvanecimiento selectivo,con diversidad: 0.000005%

Total: 0.000009%

BER > 1E-6:Margen de desvanecimiento: 39.7 dB

Desvanecimiento plano,sin diversidad: 0.005288%Desvanecimiento selectivo,sin diversidad: 0.004417%Desvanecimiento plano,con diversidad: 0.000020%Desvanecimiento selectivo,con diversidad: 0.000017%

Total: 0.000037%


9.2.2.1 TipologíaMás allá de toda curiosidad, Nera realizó en 1994 algunas medidas sobre eldesvanecimiento selectivo en un vano de 81 kilómetros en Noruegautilizando una radio 64 QAM con un ancho de banda por canal de 30 MHz.El propósito de las medidas fue para obtener mayores conocimientos de lafenomenología del desvanecimiento selectivo.Se plantearon cuestiones acerca de la ocurrencia del desvanecimientoselectivo y la profundidad de desvanecimiento dinámica, y las medicionesfueron bastante reveladoras. Durante el periodo de medidas, que durócuatro meses de verano, hubo medio centenar de fenómenos dedesvanecimiento selectivo.

9.2.2.1.1 ModeloLa forma de los desvanecimientos selectivos está bien descritarelativamente en la literatura [15]. La descripción más común es el modelode los tres rayos.

70) ( )H a be j f f( )ω π τ= −

± −1 2 0

La función de transferencia está descrita por los cuatro parámetrosa b f, , 0 and τ . El a describe la zona plana del desvanecimiento y b la zonaselectiva. f0 proporciona la frecuencia central para la ranura y τ el retardodel rayo reflejado más rápido.

Todos los fenómenos de desvanecimiento selectivo se ajustaron bien a estemodelo de los tres rayos (Bueno, casi todo encaja con el mismo, ya quehay tantísimos parámetros que pueden ser ajustados). En la Figura 38 sedan algunos de los fenómenos conjuntamente con el modelo donde losparámetros τ o ,, 0fba , se han adaptado para que encajen.

Figura 38 Típicos eventos por desvanecimiento selectivo.Retardo medio de tiempo ∼ 18 ns.

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

60 65 70 75 80

Frecuencia intermedia [MHz]

Ate

nuac

ion

[dB]

Profundidad [dB]

Modelo

-20

-18

-16

-14

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

60 65 70 75 80

Frecuencia intermedia [MHz]

Ate

nuac

ion

[dB

]

Profundidad [dB]

Modelo


9.2.2.1.2 Retardo medio

Los fenómenos también mostraban que la mayoría de las ranuras estánfuera del espectro medido. De los 27 fenómenos distinguidos, solamente 8se produjeron dentro del espectro de medida de 15 MHz. En base a esto, sepuede estimar una retardo de ranura medio durante los fenómenos dedesvanecimiento selectivo of ( )( )

127 8 0 015

20⋅

=.

ns o menor

(más bien menor, ya que lasranuras intrabanda son másprominentes y proporcionanmayores distorsiones intrabanda).

9.2.2.1.3 Ranuras vs. nivel deentrada

Todos los fenómenos selectivosfueron fácilmente detectablesúnicamente mediante la observacióndel nivel de recepción. Un fenómenoselectivo daba una rápida reduccióndel nivel de entrada. La razón es que los retardos de ranura son pequeñosen comparación con el ancho del canal.

9.2.2.1.4 Pendiente dinámica

El más notable de todos los fenómenos es la carencia de la velocidad deranura. Parece que el fenómeno de desvanecimiento selectivo másprobable, es tener una ranura creciendo en frecuencia y entonces quedesaparezca de nuevo sin ninguna variación notable en la frecuencia deranura f 0 . Para estos pocos fenómenos donde f 0 varía, la variación va de unpar de MHz/s a menos de 15 MHz/s. Los fenómenos varían en duracióndesde 0.1 segundos hasta 8.7 segundos con una media de 3.3 segundos deduración.

121

4161

81101

121141

62.565.5

68.571.5

74.577.5

0

5

10

15

20

25

Aten

uaci

on [

dB]

Tiempo [tick=420 ms total=5.7 s]

Canel [MHz]

Event dispersos 1994.05.13 3:28

10. Diversidad 83

Capitulo

9.10.

10. DiversidadEl principal método de evitar los efectos del desvanecimiento multitrayectoes utilizar una forma de diversidad en transmisión y /o recepción. Lasformas más comunes de diversidad en enlaces de visibilidad directa son defrecuencia y de espacio, o combinaciones de ambas. Estudios másrecientes introducen la diversidad de ángulo como una alternativa.

10.1 Concepto básico de protección por diversidad

Existen varias técnicas de protección por diversidad para reducir losimpactos del desvanecimiento por multitrayecto en el funcionamiento delos sistemas de transmisión de radio. La técnica de protección pordiversidad de frecuencia se aprovecha de la natural selectividad frecuencialde un desvanecimiento por multitrayecto dispersivo. Colocando dosantenas separadas verticalmente en la torre receptora de tal forma quesolamente una de ellas esté ubicada en un lugar de potencia recibidamínima, se consigue una mejora por diversidad de espacio. La técnica dediversidad de ángulo está basada en una ligera diferencia de ángulos en larecepción de las ondas indirectas y la onda directa.

10.1.1 Mejora por diversidad

Una ventaja económica de los sistemas de transmisión de radio es que elmedio de transmisión, la atmósfera, es libre. Sin embargo, este medio libre,debidos a las anomalías atmosféricas, expone a la calidad transmisión avarios perjuicios.

84 10. Diversidad

Un ejemplo del comportamiento del desvanecimiento para el canalprincipal y el canal protegido se muestra en la parte superior de la Figura39. Los dos canales están parcialmente correlativos, y el tiempo de cortepuede ser considerablemente reducido siempre que se seleccione el mejorde los dos canales. El factor de mejora de diversidad se ilustra en la parteinferior de la

Figura 39 Mejora por diversidad

Mediante conmutación o combinación de los diferentes canales quetransportan la misma señal, es posible lograr una mejora con respecto a unsolo canal, que viene dada por el factor:

nivelde entradanominal

umbral derecepcion

tiempo

Niv

el d

e en

trada

ma r

gen

de d

e sva

neci

mi e

nto

cana

l 1

cana

l 2

Sindiversidad

DiversidadFactor de mejorapor diversidad

Nivel de desvanecimiento (dB)

Frac

cion

de

tiem

po c

ritic

o

10. Diversidad 85

71) IP

P= Single channel

Diversity

El factor de mejora por diversidad para sistemas digitales está definidocomo la relación de veces que se ha excedido un determinado BER con ysin diversidad. En la recomendación P.530 [31] de ITU-R se puedeencontrar un procedimiento de predicción del factor de mejora pordiversidad.

10.2 Diversidad simple

Para un esquema de diversidad empleando un canal adicional, se puedenutilizar los métodos descritos en el informe 338-6 [18] y la recomendaciónP530 [31] del ITU-R para calcular el factor de mejora para diferentesconfiguraciones de diversidad.

10.2.1 Diversidad de espacio

10.2.1.1 Técnicas de diversidad en sistemas analógicos

El funcionamiento del sistema puede ser mejorado significativamente porel uso de la diversidad de espacio. La información transmitida por las rutasseparadas es idéntica. Cuantas veces se use la diversidad de espacio, ladiversidad de ángulo también se emplea mediante la inclinación de lasantenas en diferentes ángulos.

Figura 40 Principios de la diversidad de espacio.

El factor de mejora por diversidad espacial de vanos sobre tierra puedeestimarse por:

1 1

1

Haces separados

86 10. Diversidad

72)( ) 10

04.1048.012.087.04 10

1001034.3exp1 VF

sdP

dfSI −−

−− ⋅

⋅⋅⋅⋅⋅−−=

donde

d longitud del vano (km)

F profundidad de desvanecimiento (dB) para el vano sinprotección

f frecuencia (GHz)

Gs1, Gs2 ganancias de las dos antenas de diversidad de espacio(dB)

P0 factor de ocurrencia de desvanecimiento

S separación vertical (de centro a centro) de las antenasreceptoras (m)

V G Gs s= −1 2

La relación para Isd se aplica solamente cuando se cumplen las siguientescondiciones:

2 GHz < f < 11 GHz43 km < d < 240 km 3 m < S < 23 m

10. Diversidad 87

La ITU-R Rep. 338-6[18] indica que 72)puede ser utilizada conuna precisión razonablepara longitudes de vanosmenores de 25 km. Enlos casos donde cual-quiera de los límiteshaya excedido (dentrode unos márgenes razo-nables), los parámetrospueden igualarse aldel valor del límite. Esdecir, para enlaces de13 o 15 GHz, se puedecalcular el factor demejora para 11 GHz.

10.2.1.2 Técnicas de diversidad en sistemas digitales

En los sistemas de diversidad de espacio, hasta ahora lo más utilizado hansido los combinadores de máxima potencia. El procedimiento paso a pasodado abajo se aplica a sistemas que emplean este tipo de combinador.Otros combinadores, emplean una aproximación más sofisticada utilizandotanto mínima distorsión como máxima potencia, para proporcionar unmejor funcionamiento, dependiendo del canal de radio en evaluación.

Paso 1: Calcular el factor de actividad multitrayecto η, utilizando laecuación 66).

Paso 2: Calcular el cuadrado del coeficiente de correlación no selectivo,kns, de:

73) kI P

nssd flat2 1= −

⋅η

donde la mejora, Isd, se puede evaluar de la ecuación 72) para unaprofundidad de desvanecimiento plano de F (dB) y Pflat de la ecuación 52).

1

10

100

1000

10000

100000

1000000

1000000

Diversidad de espacio en un vano de Africa

Nivel del canal principal

Sin medidascon bajo

nivel de entradaen amboscanales

simultaneamente

-15dBm

-75dBm

-15dBm

Nivel del canal diversidad

Num

ero

de m

edid

as

88 10. Diversidad

Paso 3: Calcular el cuadrado del coeficiente de correlación selectivo ks, de:

74)

( )( )

k

r

r r

r r

s

w

wr

w

w w

w2 0 109 0 13 1

0 5136

0 8238 0 5

1 0195 1 0 5 0 9628

1 0 3957 1 0 9628

=

≤

− − < ≤

− − >

− −

. .

. . .

. .

. . log ( )

.

for

for

for

donde el coeficiente de correlación, rw, de las amplitudes relativas vienedado por:

75) ( )( )

rk k

k kw

ns ns

ns ns

=− − ≤

− − >

1 0 9746 1 0 26

1 0 6921 1 0 26

2 2 170 2

2 1 034 2

. .

. .

.

.

for

for

Paso 4: Calcular la probabilidad de corte no selectivo, Pdns, de:

76) PPIdns

flat

sd=

donde Pflat es el corte no protegido dado por la ecuación 52).

Paso 5: Calcular la probabilidad de corte selectivo, Pds, de:

77) ( )P P

kds

s

s=

−

2

21η

donde Psel es el corte no protegido dado por la ecuación 65).

Paso 6: Calcular la probabilidad total de corte, Pd, como se muestra:

78) ( )P P Pd ds dns= +0 75 0 75 133. . .

10. Diversidad 89

10.2.2 Diversidad de frecuencia

La diversidad de frecuencia es una técnica económica, que proporcionaprotección del equipamiento así como protección contra eldesvanecimiento multitrayecto. Desde el punto de vista de la eficienciaespectral, la técnica no es recomendable para sistemas 1+1 donde esutilizado sólo el 50% del espectro. Para sistemas n+1 donde n>1 laeficiencia espectral es mejor, y se consigue una buena protección con uncoste extra relativamente bajo y una utilización del espectro, eficiente.


-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

Distribucion del nivel de Recepcion, Ilfracombe - St. Hilary

Regular 1 92.05.27-93.06.26

Nivel de Recepcion (dBm)

Calculometodoviejo

Calculonuevometodo

Regular 1principal

Regular 2principal

Cpmbi-nada 1

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

0.00001

0.00001

0.0000001

Prob

abili

dad

acum

ulad

a

El gráfico superior puede ser comparado con la Figura 39 donde " regular 1 principal” y " regular 1espacial " representan la curva “Sin diversidad” y “1 Comb de espacio” representa la curva de“Diversidad”. El factor de mejora de diversidad es > 100 en el nivel umbral para este mes particular.

90 10. Diversidad

Para sistemas co-canal, un sistema en configuración n+2 se utilizanormalmente con ambos canales de tráfico operando a la misma frecuenciay con conmutación simultánea.

10.2.2.1 Sistema redundante 1+1

1 1

2 2

Figura 41 Principio de diversidad de frecuencia.

79) 51080 10 ≥⋅∆⋅⋅

= fd

F

fd Iff

dfI

∆f - espaciamiento en frecuencia entre canales rf en GHz

La ecuación se considera válida solo para valores de Ifd ≥ 5. La relaciónpara Ifd se aplica solo cuando se cumplen las siguientes condiciones:

2 GHz < f < 11 GHz30 km < d < 70 km

∆f /f < 0.05

En los casos donde estos límites sean excedidos (dentro de unos márgenesrazonables), la Ifd se calcula con los valores límites. Es decir, si la distanciaes 15 km, entonces, Ifd es calculada con d = 30 km.

10. Diversidad 91


10.2.2.2 Sistema redundante N+1

Si se utiliza una diversidad de frecuencia en una configuración de n+1,donde n>1, el factor de mejora por diversidad se reducirá ya que hay másde un canal compartiendo el mismo canal de diversidad.

Si se asume que no hay más de dos de los canales RF afectadossimultáneamente por un idéntico desvanecimiento, y que ambos tienen lamisma prioridad, el factor de mejora por diversidad reducido viene dadopor:

80) fdfd II ⋅=+ 67.012 fdfd II ⋅=+ 49.015

fdfd II ⋅=+ 57.013 fdfd II ⋅=+ 47.016

fdfd II ⋅=+ 52.014 fdfd II ⋅=+ 45.017

Distribucion del nivel de Recepcion, Ilfracombe - St. Hilary92.05.27-93.06.26

Nivel de Recepcion (dBm)

0.0000001

0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30

Calc.met viejo Calc. nuev. met. Regular 1 Principal

Regular 2Principal

Frec comb

Prob

abilid

ad a

cum

ulad

a

92 10. Diversidad

10.2.2.3 Secciones de conmutación

El factor de mejora de diversidad de frecuencia se reduce si hay más de unvano entre secciones de conmutación.

La reducción en el factor de mejora para un vano viene dado por

81) ( ) fd

path

fdfd

IP

II

⋅⋅−+=

1001sect. sw.1

sect. sw.

sw. sect. – número de vanos entre secciones de conmutación.

Ppath – corte del vano (en porcentaje) incluyendo la mejora por diversidadde espacio si se utiliza.

10.2.3 Configuración Hot standby

La configuración hot standby se utiliza a menudo para proporcionardiversidad de equipamiento (protección) en vanos donde las condicionesde propagación no son críticas para el funcionamiento del sistema. Estaconfiguración no proporciona mejora en el funcionamiento del sistema,pero reduce el corte del sistema debido a fallos en los equipos.

Los transmisores y receptores de la Figura 42 operan a la mismafrecuencia. Consecuentemente no existirá mejora por diversidad defrecuencia.

1

1

1

1

Figura 42 Principio del Hot standby.

10.2.4 Diversidad híbrida

La diversidad híbrida es una configuración donde un sistema 1+1 poseedos antenas en uno de los dos emplazamientos de radio. Tal sistema

10. Diversidad 93

actuará, efectivamente, como un sistema de diversidad de espacio y lafórmula 72) se utiliza para calcular el factor de mejora por diversidad.

1

2

1

2

1

2

1

2

Figura 43 Principio de Diversidad Híbrida (ambas direcciones).

10.3 Diversidad angular

El desvanecimiento por multitrayecto en enlaces de microondas devisibilidad directa. es el factor que afecta más predominantemente alfuncionamiento de los sistemas de transmisión digital. El mecanismo es elindicado en la Figura 44, que muestra los rayos reflejados para un vanotípico. La diversidad de ángulo ha sido introducida como una técnica dediversidad eficiente que puede discriminar señales multitrayecto. Elprincipio de la diversidad de ángulo se muestra en la Figura 45. Los dosiluminadores están ligeramente inclinados respecto del eje, proporcionandoun rayo doble en la antena parabólica.

Las técnicas de diversidad de ángulo están basadas en ángulos diferentesen las señales de radio que llegan a la antena receptora, cuando las señalesson resultado de una propagación multitrayecto. La forma más sencillautilizada para la técnica de diversidad de ángulo consiste en una antenareceptora con su vertical inclinado a propósito respecto de su eje, de talforma que la señal directa es recibida a un nivel aproximado de 2 a 3 dBpor debajo de su máxima ganancia. De esta manera, es posible una formade recepción con diversidad, como quiera que la antena fuera de eje puedeobtener una señal de radio mejor que la antena alineada con el eje. Latécnica es aplicable tanto a un sistema de radio utilizando una señalcombinada en IF como a una recepción seleccionada por conmutación.

94 10. Diversidad

Figura 44 Rayos reflejados en el vano de prueba.

Figura 45 Principio de la diversidad de ángulo.

Debido a los diferentes ángulos de llegada, las componentes multitrayectose suman de diferentes formas para los diferentes rayos, resultando undesvanecimiento sin correlación. Generalmente, los rayos que apuntanhacia el suelo generalmente experimentan desvanecimientos másprofundos a una única frecuencia en un porcentaje de tiempo dado, que losque apuntan hacia arriba.

El factor de mejora de la diversidad de ángulo es del mismo orden que elfactor de mejora de la diversidad de espacio para la mayor parte de losvanos investigados según los documentos que se encuentran en la lista dereferencia [22-23].

capa de inversion

rayo reflejado por capa

rayo reflejado por tierra

rayo directo

iluminadores ladeados

iluminadores ladeadosresultado en el haz de transmision

10. Diversidad 95

10.3.1 Predicción de tiempo de corte usando diversidad angular

Paso 1: Estimar la media del ángulo de llegada, µθ, de:

82) µθ = × −2 89 10 5. G dm degrees

donde Gm es el valor medio del gradiente de refracción (N-unit/km) y d esla distancia en km. Cuando se presenta con claridad una fuerte reflexión enel suelo, µθ se puede estimar mediante el ángulo de llegada del rayoreflejado en condiciones de propagación estándar.

Paso 2: Calcular el parámetro de reducción no selectivo, r, mediante:

83) ( )[ ]r

q

q q=

+ + >

≤

0113 150 30 0 963 1

1

. sin / .δ Ω for

for

donde:

84) ( ) ( )δεδ // 593.00437.02505 ××= Ωq

y: δ : separación angular entre los dos patronesε : elevación angular de la antena superior (positivo hacia el

suelo)Ω : ancho del haz a media potencia de los patrones de antena.

Paso 3: Calcular el parámetro de correlación no selectivo, Q0, mediante:

85)

( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( )[ ]Q r024 58 18790 9399 10 2 469 3615 4 601

2 1 978 2 152 2= × × ×

−. . . .. . / / / // . .µ µ δ ε δ δ ε δθ θ

δ Ω Ω Ω

Paso 4: Calcular el factor de actividad multitrayecto, utilizando laecuación 66).

Paso 5: Calcular la probabilidad de corte no selectivo mediante:

86) P Qdns

F

= ×−

η 0 6 610 .

Paso 6: Calcular el cuadrado del coeficiente de correlación selectivo,ks, mediante:.

96 10. Diversidad

87)

( )ks2 23 3 21 0 0763 0 694 10 0 211 0188 0 638

2= − × ×

− −. . . . ..µ µ

θ θθ θ δ µ µΩ

Paso 7: La probabilidad de corte selectivo, Pds, se obtiene mediante:

88) ( )PP

kdss

s

=−

2

21η

donde Ps es el corte no protegido (ver paso 3).

Paso 8: Finalmente, calcular la probabilidad total de corte, Pd,mediante:

89) ( )P P Pd ds dns= +0 75 0 75 133. . .

10.4 Diversidad combinada

En muchas configuraciones prácticas se utiliza una combinación detécnicas de frecuencia, en particular la combinación de la diversidad defrecuencia y de espacio. Existen diferentes algoritmos de combinación,pero Nera ha elegido un método conservativo utilizando la siguientefórmula sencilla para calcular el factor de mejora para una configuracióncon diversidad combinada.

90) I = Isd + Ifd

Figura 46 Diversidad de frecuencia y espacio combinadas

10. Diversidad 97


10.5 Diversidad de trayecto

Las técnicas de diversidad contempladas son poderosas contramedidasfrente al desvanecimiento multitrayecto. Los cortes debidos a lasprecipitaciones no se verán reducidos por el uso de diversidad defrecuencia, de ángulo o de espacio. Para frecuencias por encima de ∼10GHz, la atenuación por lluvia es el principal un factor limitante. Lossistemas operando a esas frecuencias tan altas se usan frecuentemente enáreas urbanas, donde las redes de radio enlace pueden formar unacombinación entre configuraciones en estrella y en malla, tal como seindica en la Figura 47.

Distribucion del nivel de Recepcion Ilfracombe - St. Hilary92.05.27-93.06.26

Nivel de Recepcion [dBm]

0.0000001

0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

-90 -80 -70 -60 -50 -40 -30

Calc. metviejo

Cakc, nuevmetodo

Regular 1principal

Regular 1div esp

Regular 2principal

Regular 2div esp

Combinada espacioy frecuencia

Prob

abilid

ad a

cum

ulad

a

98 10. Diversidad

Figura 47 Configuración de red malla-estrella

El área que cubre un chubasco intenso es, por lo general, mucho máspequeña que la cobertura de toda una red. El re-enrutado de la señal porotros caminos será, por lo tanto, una contramedida útil frente a los cortesdebidos a la lluvia.

Con relativa frecuencia, están sucediéndose cambios en lasrecomendaciones y modelos de ITU-R, y se requiere atención a losdocumentos nuevos y revisados de la ITU para mantenerse al día.Consecuentemente, se recomienda un uso regular de la pagina web de laITU.

Cortado

Enrutado

11. Interferencia por polarización cruzada 99

Capitulo

11. Interferencia por polarización cruzadaLa operación co-canal en los sistemas de radioenlaces es la respuesta a lademanda del mercado por el incremento de capacidad y una utilizaciónmás eficiente del espectro. Como la fijación de precios por la utilizacióndel de espectro, se ha convertido en algo cada vez más común, el interéspor los sistemas co-canal ha crecido, y en un futuro cercano es muyprobable que estos sistemas aparezcan tanto en los enlaces troncales comoen la red de acceso.

Con el uso de sistemas co-canal, la capacidad se puede doblar si lacomparamos con los sistemas de radioenlace convencionales. En lossistemas co-canal se ejecuta la transmisión de dos canales con distintotráfico en la misma frecuencia de radio pero en polarizaciones cruzadas.Esto funciona bien, mientras la discriminación entre las dos polarizacionesllamada Discriminación por Polarización Cruzada (XPD), sea suficientepara asegurar la operación sin interferencias. El valor nominal de XPD sedenomina XPD0 y viene dado por los patrones de polarización cruzada delas antenas. El valor, normalmente es del orden de 30-40 dB.

Figura 48 Plan de frecuencia para sistemas co-canal.

1 2 3 4 5 6 7 8 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8'

1 2 3 4 5 6 7 8 1' 2' 3' 4' 5' 6' 7' 8'28 MHz

155 Mb/s STM-1 Polarizacion Alterna

Vertical

Horizontal

Vertical

Horizontal

155 Mb/s STM-1 Operacion co-canal

100 11. Interferencia por polarización cruzada

El valor de XPD varía con el tiempo. Tanto el desvanecimientomultitrayecto como el desvanecimiento de lluvia pueden producir unasevera degradación del nivel XPD. A medida que el XPD disminuye, elnivel de interferencia en el canal crecerá y causará una degradación delumbral y meterá errores en el tráfico de datos. Para hacer resistentes lossistemas de radioenlace a la variación en XPD, la mayoría de losfabricantes han incluido canceladores de interferencias de polarizacióncruzada (XPIC) en el receptor. Estos XPICs suprimen la señal no deseadaque se ha filtrado desde la polarización opuesta hacia la deseada. Con elXPIC, el XPD puede bajar hasta 15-20 dB antes de que se degrade elfuncionamiento.

Figura 49 Principio de XPIC (Cancelador de interferencias de polarizacióncruzada)

11.1 Descripción cuantitativa

La interferencia de la polarización cruzada (XPI) se define por

91) XPI EE

= ⋅20 11

21log [dB]

donde 2111 y EE se dan en la figura 50.

Las medidas de propagación normalmente dan la discriminación porpolarización cruzada (XPD) definida por

92) XPD EE

= ⋅20 11

12log [dB]

donde 1211 y EE se dan en la figura 50.

En la mayoría de los casos XPI y XPD son idénticos.

MODSTM-1 TX

MODSTM-1 TX

f I(v)

f I(H)

Polarizacion Horizontal

RX

RX

ATDE

XPIC

XPIC

ATDE

+

+

DET

DET

STM-1

STM-1

LO

PolarizacionVertical


1E

2E

22E

12E

21E

11E

Figura 50 Sistema dualmente polarizado que sufre XPI

11.2 Corte debido efectos del aire

Durante el desvanecimiento por multitrayecto no sólo variará el nivel deentrada, sino que también lo hará el XPD. La figura de abajo muestramedidas tomadas en una trayectoria de 130 Km. en Suiza, e indica unarelación dB a dB entre la profundidad de desvanecimiento y el XPD. Lafigura también indica que para esta particular trayectoria, que es muy larga,la cantidad de cortes debidos al XPD será más alta que la cantidad debidaal multitrayecto por sí solo.

Distribución de la variación de XPD Chasseral - Genova Junio 96

Figura 51 Variaciones del XPI en función del desvanecimiento

Los mecanismos de despolarización que comportan los medios depropagación son:

444138353229262320171411852-1-4

696561575349454137332925211713

110100

1000

1000

010

0000

1000

000

1000

0000

Fading depth [dB]

XPD [dB]

XPD variation distribution Chasseral - Geneva June 96

6-75-64-53-42-31-20-1

NumberNumber of samples 10^


* Despolarización de la componente reflejada de la señal co-polarizada debido a la dispersión o reflexión en superficies detierra o agua.

* Despolarización de la componente reflejada de la señal co-polarizada debido a la reflexión desde una capa atmosférica.

* Despolarización de la componente directa de la señal debida a larefracción en la atmósfera.

* Despolarización de la componente directa de la señal debida a larefracción en la atmósfera.

* Despolarización de la señal directa co-polarizada por turbulenciatroposférica.

Figura 52 Mecanismos de despolarización.

Tal como se indica en la figura 52, las señales reflejadas alcanzan la antenareceptora con un ángulo desplazado respecto del lóbulo principal de laantena. Además de la despolarización en el propio medio, se acoplanseñales reflejadas en el receptor de polarización cruzada, a través delmodelo de antena de polarización cruzada. La discriminación depolarización cruzada (XPD) de la antena es función del ángulo de offsetcomo se muestra en la figura 53. Consecuentemente, las señales reflejadasdesde superficies y/o capas atmosféricas pueden causar acoplamientosadicionales en la polarización ortogonal debido al reducido valor de XPDde la antena para el ángulo de incidencia.Todos los eventos mencionados arriba podrían ocurrir durante eldesvanecimiento por multitrayecto. Se espera, sin embargo, que una o dospredominarían durante severas reducciones en el XPD del sistema.


Figura 53 Discriminación por polarización cruzada

11.2.1 Un procedimiento paso a paso para predecir cortes

En la recomendación P.530-7 de ITU-R se presenta un procedimiento pasoa paso para predicción de cortes. Comienza calculando el XPD0 basado enel XPDg, el cual es el XPD mínimo garantizado por el fabricante en el ejede orientación, tanto para las antenas transmisoras como para lasreceptoras. La fórmula tiene en cuenta que el valor típico para una antenaes generalmente mejor que el garantizado, y que un XPD de más de 40 dBes difícil de conseguir.

93) pXPD for XPD

for XPDg g

g=

≤>

3540 35

Ya que la variación de XPD esta relacionado con la actividadmultitrayecto, el factor de actividad de desvanecimiento se utiliza paraescalar la probabilidad de corte debido a la polarización cruzada, Pxp. Elfactor de actividad de desvanecimiento η está relacionado con el factor deocurrencia de desvanecimiento P0. (Véase la ecuación 57 en el capítulo 9.)

94) η = −−

10 2

1000 3 4

eP. ( ) /

El siguiente parámetro a establecer es Q que viene dado por

<-40 dB

<-36 dB

<-28 dB

Antena XPD:

angulohorizontal

+2

+2

-2

-2

-1 dBcontornoco-polar

+1.5

-1.5

Angulovertical

0.15del eje de orientacion

± º

ºº

º

º

º

º


95) QkPxp= −

10

0

logη

donde

96)

⋅−−= −2

6104exp3.01

7.0

λtxp sk

En el caso de dos transmisiones polarizadas ortogonalmente a partir dediferentes antenas, la separación vertical es st [m], y la longitud de onda dela portadora es λ [m].

La probabilidad de corte Pxp debido a la polarización cruzada en cielodespejado viene dada por

97) P Pxp

M XPD

= ⋅−

01010

donde MXPD (dB) es el margen XPD equivalente para una BER dereferencia dada por

98)

+−

−=

XPIFI

CC

IC

CM XPD

0

0

Aquí C0/I es la relación portareferencia, el cual puede ser evalmediante mediciones. El parámetr

99) C XPD Q= +0

XPIF es un factor de mejoramienlaboratorio que permite obtener lacon una relación portadora/ruidodB) y una BER específica para sispolar cruzada (XPIC). Un valor tdB.

para una antena transmisora

para dos antenas transmisoras

sin XPIC

con XPIC

dora a interferencia para un BER deuado, tanto mediante simulaciones comoo C se determina utilizando

to de la polarización cruzada medido en variación del aislamiento polar cruzado

suficientemente amplia (típicamente 35temas con y sin supresor de interferenciaípico de XPIF está en el rango de 20-25


Figura 54 Umbral de degradación en recepción con XPI

11.2.2 Mejora por diversidad de espacio

En la actualidad no se dispone de formulas dadas por el ITU-R paracalcular la mejora de diversidad de XPD mediante la utilización de antenasy receptores separados. Sin embargo, las mediciones muestran que esposible conseguir un alto grado de mejora con el funcionamiento XPDmediante la utilización de diversidad de espacio. Generalmente un sistemade diversidad de espacio experimenta señales sin mucha relación y por lotanto puede ser obtenido un buen XPD en el canal teniendo undesvanecimiento mínimo.La figura muestra el funcionamiento con diversidad XPD en un vano de130 kilómetros en Suiza. Para el umbral XPD, esto es, el valor XPDmínimo permitido antes del inicio de los errores, el cual se encuentraalrededor de 15-20 dB, el factor de mejora es mayor de 100.

-10 0 10 20 30 40-74

-73

-72

-71

-70

-69

-68

-67

-66

-65

-64

BER=10-3

BER=10-6

BER=10-3

BER=10-6

Mejora RF medida lvl vs. C/XPI con/sin.-XPIC

ETSI mascara interna 10-3

ETSI mascara interna 10-6

ETSI mascara externa 10-3.

ETSI mascara externa 10-6.

Niv

el d

e re

cepc

ión

en e

l Pun

to A

[dB

m]

C/XPI [dB]

con XPIC

sin XPIC

Interferencia bidireccional V-H = H-V

Areamedida resinc.

1 dB

XIF = 25.8 dB


Figure 55 Probabilidad XPD acumulada

11.3 Corte debido al efecto de la precipitación

Además de la atenuación usual de las señales de microondas debido a lalluvia, existe también el efecto de la despolarización. Esta despolarizaciónpuede ser importante, incluso a frecuencias donde la atenuación esinsignificante (por debajo de los 10 GHz).

Algunos experimentos han demostrado que cuando las gotas de aguacrecen a mas de large (∼3 mm →) se alejan de su forma esférica y seconvierten en ansiotrópicas, como una esfera achatada.

Cuando las gotas de lluvia caen con sus vectores de polarización en lasposiciones vertical y horizontal, no ocurredespolarización. Las gotas de lluvia se puedeninclinar debido a gradientes de viento vertical.La despolarización ocurrirá debido a laatenuación diferencial y a los saltos defase diferencial entre las dos polarizacionesortogonales.

En vanos cortos, la despolarización debida a la lluvia es más grande que lade multitrayecto.

Algunos experimentos han demostrado que vanos a bajas altitudes y vanoscon grandes inclinaciones con respecto a la horizontal son las másafectadas por la despolarización.

anguloinclinado

XPD and diversity Chasseral-Geneva

1.00E-08

1.00E-07

1.00E-06

1.00E-05

1.00E-04

1.00E-03

1.00E-02

1.00E-01

1.00E+00

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

XPD [dB]

Cum

ulat

ed p

roba

bilit

y

Aug-97Aug-97 DiversitySep-97Sep-97 Diversity


11.3.1 Estadísticas XPD

La lluvia intensa determina las reducciones de la XPD que se observan enpequeños porcentajes de tiempo. Para vanos en los que no se dispone depredicciones o medidas detalladas, se puede obtener una estimaciónaproximada de la distribución incondicional de XPD a partir de unadistribución acumulativa de la atenuación de la componente copolar CPAdebida a la lluvia, utilizando:

100) ( )XPD U V f CPA= − ⋅( ) log dB

Los coeficientes U y V(f) dependen generalmente de un cierto número devariables y de parámetros empíricos, incluida la frecuencia, f. Para vanosde visibilidad directa con pequeños ángulos de elevación y polarizaciónhorizontal o vertical, estos coeficientes pueden aproximarse a:

101)

( )

GHzfporfVGHzfporffV

fUU

35206.22)(2088.12)(

log3019.0

0

≤<=≤≤=

⋅+=

Se ha obtenido un valor medio U0 de aproximadamente 15 dB, con unlímite de inferior de 9 dB para todas las mediciones en atenuacionessuperiores a 15 dB. La variabilidad de los valores U y V(f) es tal que ladiferencia entre los valores CPA para las polarizaciones vertical yhorizontal no es significativa cuando se evalúa la XPD.

11.3.2 Un procedimiento paso a paso para predecir el corte

El primer paso es determinar la atenuación del vano excedida por el 0.01 %del tiempo, A0.01 mediante el uso de la ecuación 48) en el capítulo de lasprecipitaciones. Entonces, la atenuación equivalente del vano, Ap (dB) secalcula utilizando

102) ApU C I XPIF V= − +10 0(( / )/ )

donde U y V se obtienen a partir de la ecuación 101), C0/I (dB) es larelación portadora/interferencia definida para la BER de referencia sinXPIC, y XPIF (dB) es el factor de mejoramiento de la polarización cruzadapara la BER. de referencia. Si no se utiliza un dispositivo XPIC dar aXPIF un valor = 0.


El siguiente paso es determinar los siguientes parámetros

103) [ ]m A Ap= ⋅ ≤

2326 012 4040

0 01. log / ( . ). m otherwise

para otros valores

y

104) ( )n m= − + −127 16123 4 2. . /

Los valores válidos para n deben estar en el rango de –3 a 0. Nótese que enalgunos casos, especialmente cuando se utiliza un dispositivo XPIC,pueden obtenerse valores de n menores que –3. En este caso, hay queindicar que los valores de n menores que –3 darán una BER deinterrupción < 1E –5.Ahora, es posible calcular la probabilidad de corte debida a laprecipitación, haciendo uso de

105) PXPRn= −10 2( )

12. Interferencias 109

Capitulo

9.

12. Interferencias12.1 Ruido12.

Las señales recibidas en sistemas detelecomunicación pueden verse afectadas por elruido, el cuál puede originarse en una gran variedadde fuentes. Muchas de esas fuentes están provocadaspor el hombre y pueden ser, en principio,eliminadas. Sin embargo, existen fuentes de ruido ydeben ser comprendidas para poder hacer un diseñoapropiado de los equipos de telecomunicaciones.

12.1.1 Ruido térmico

El movimiento aleatorio de los electrones debido a laprovocan una potencia media de ruido dada por

106) kTBPn = [W]

donde k - es la constante de Boltzmann's (k 38.1 ⋅=T - temperatura en KelvinB - Ancho de banda del espectro de ruido [Hz

energía térmica

)KJ /10 23−

]

T = 300 KB = 6 MHzP =-106 dBmn

TYPICAL

110 12. Interferencias

12.1.2 Factor de ruidoOtras clases fundamentales de ruido son el ruido de inyección en diodos deunión pn, ruido de partición en transistores y el ruido intermitente. Enamplificadores la relación S/N disponible se degrada debido a estas fuentesadicionales de ruido dentro del amplificador. El factor de ruido de unamplificador (o cualquier red) puede definirse en términos de la relaciónseñal a ruido como se muestra a continuación [41]:

107) salida la a relación entrada la a relación

NSNSF =

12.1.3 Ruido en sistemas digitales

La Figura 56 muestra la relación de error de bit (BER) como unción delnivel de entrada del receptor.El nivel umbral del receptores función del ruido térmico(función del ancho de bandadel receptor) y del factor deruido del receptor.Cualquier ruido adicionalincrementará el BER yconsecuentemente reducirál rendimiento del sistema.

Para sistemas telefónicostradicionales el sistemapuede subsistir con un BER cercano a 10-3, y como se indica arriba, unBER=10-6 no representa una degradación audible.Los sistemas que transportan tráfico de datos y particularmenteaplicaciones multimedia incluyendo vídeo en directo, normalmenterequieren un BER muy bajo para transmisiones de alta calidad. Se requiereun BER por debajo de 10-12 y el límite para operar es cercano a BER = 10-6.Estos requerimientos son más estrictos para los límites de ruido en lossistemas digitales, comparados con requerimientos anteriores, y tieneimpacto en niveles de interferencias aceptables.

10 -210 -310 -410 -510 -6

Muy perturbada, apenas entendible, pérdida sincronismo

Perturbada, comprensible

BER

Audible, comprensible

Escasamente audible

No audible


Para operar correctamente, un sistema digital generalmente requiere unarelación señal a interferencia S/I de 15 - 25 dB, de acuerdo con el esquemade modulación.Esta relación se puede calcular utilizando

108) ( ) )()( log10/ dBTedB FkTBLNS −−=

donde

LTe – Nivel umbral del receptor para un BER dado (sin interferencia)[dBW]k – constante de BoltzmannT – Temperatura absoluta en KelvinB – El ancho de banda IF en HertziosF – La figura de ruido del receptor en decibelios

La ecuación 108) proporciona la relación teórica. Para sistemas prácticosse debe añadir un margen de implementación de (∼ 1 dB) a este número,proporcionando una relación (S/N) CR . Los valores de CR– para los radiosde Nera se pueden obtener tal como se muestra en la tabla 9. Añadiendouna implementación de un margen de 1 dB se consiguen los resultados dela columna más a la derecha.

Tipo deRadio

Umbral( BER 10 3)

Figura deruido

Ancho debanda IF

S / Nteórico

C RPráctico

4x2 Mb/s -87.0 dBm 5.0 dB 6 MHz 14 dB 15 dB

34 Mb/s -82.5 dBm 4.5 dB 26 MHz 13 dB 14 dB



Tabla 9 Valores típicos RC para equipos Nera

Los valores de la tabla 9 pueden variar ligeramente para diferentes bandasde frecuencias, principalmente debido a las variaciones en las figuras deruido. Los números serán, por supuesto, totalmente diferentes si seemplean otros esquemas de modulación. El método de modulación afectatanto a la relación S/N requerida como al ancho de banda IF del receptor.


12.2 Impacto de las señales interferentes en los niveles deumbral del receptor

Solamente se considerarán aquí lossistemas de radioenlaces digitales.En sistemas analógicos (sistemasDM/FM), la contribución delruido por parte de señalesorcionando un deterioro en la curvadel sistema.

En sistemas digitales (sistemas TDM),la presencia de señales interferentesaumenta el nivel umbral del receptorpara una relación de error de bit dada(BER).Cuando está presente una señal inter-ferente, la relación S/I se reduce,dando una degradación del umbraldel receptor. Para mantener elrendimiento del sistema (para unmargen de desvanecimiento inalterado)debería incrementarse el nivel derecepción, durante el tiempo sindesvanecimiento.

Figura 56 Curvas BER picas radio a 34 Mb/s

Manteniendo la entrada del receptor inalterable se degradaría el BER.Durante el tiempo sin desvanecimiento, la relación S/I está lejos del límitecrítico. La influencia de la señal interferente en este caso, no es detectabledurante la mayor parte del tiempo.La influencia de la señal interferente, es lo primero que se aprecia durantelas condiciones de desvanecimiento, provocando un deterioro del nivelumbral del receptor. Esto es lo mismo que una disminución del margen dedesvanecimiento del vano. Las condiciones son, que el nivel de la señalinterferente se mantiene inalterable (sin desvanecimiento) mientras la señalprincipal se desvanece. La correlación entre los desvanecimientos de lasseñales deseada e interferente es, por lo tanto, a tener en cuenta. Lasseñales, generalmente no están correlacionadas cuando la señal principal yla interferente siguen diferentes caminos.

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

-85 -80 -75 -70

Nivel de recepción (dBm)

S/I ∞ 20 dB 16 dB


12.2.1 Interferencia co-canal

La presencia de señales inter-ferentes moverán la curvaBER de la figura 56 hacia laderecha, produciendo unadegradación en el umbral delreceptor. Consideremos unreceptor dado con un anchode banda de 6 MHz y una figurade ruido de 5 dB. El ruidotérmico de fondo resultante es–101 dBm. El receptor requiereuna relación S/I de 14 dB paraun BER dado, proporcionandoun nivel umbral de –87 dBm. Figura 57 Umbrales de degradación.

Una señal interferente adicional con un nivel de entrada de –101 dBmproporciona un nivel de ruido total de –98 dBm (incremento de 3 dB). Elnivel umbral degradado resultante es –84 dBm (una degradación de 3 dB)como se indica en la figura 57.

El nivel umbral del receptor degradado LTeI para un nivel de interferenciaLI dado, se puede calcular utilizando la fórmula:

109) ( )( )( )L LTeI Te

L C LTe R I= + + − + +10 1 10 10log /[dBm]

Esto proporciona una curva típica de interferencias como se muestra en lasfiguras 58 y 60.

Un nivel de interferencias de –101 dBm corresponde con un nivel umbralde –84 dBm de la figura 58 (compárese con la figura 57). La degradaciónumbral de la figura 60 se obtiene calculando la relación S/I con el nivelumbral degradado (17 dB) utilizando unas interaciones gráficas.

Ruido termico de fondo

Ruido de fondo conseñales interferentes

-98 dBm

-101 dBm

-87 dBm Umbral de recepciónsin perturbaciones

-84 dBm Umbral de degradadodebido a la interferencia

Figura 57 Umbrales de degradación


-87

-85

-83

-81

-79

-77

-75

Nivel intererente (dBm) L

Figura 58 Curva de Interferencia (tipo 1)

-87

-85

-83

-81

-79

-77

-75

Relaccion Señal/Interferencia (dBm) LTel/L

Figura 59 Curva de Interferencia (tipo 2)

La gráfica de la figura 58 tiene dos asíntotas; una horizontal siendo el nivelumbral LTe (eje x) para un receptor sin perturbación (sin interferencias) .La otra es la línea discontinua de la figura 58, que proporciona unadegradación del umbral en dB por dB como una función del nivel deinterferencias.

Las mismas dos asíntotas de la figura 60 son: una horizontal siendo el nivelumbral para un receptor sin perturbación (sin interferencias) La otra es unalínea vertical (cercana al eje y) para una relación S/N donde el BER dadono se puede conseguir. Este valor asintótico corresponde con el valor CR.Si la relación S/N proporciona condiciones más pobres que las requeridas aalcanzar, el BER no se mantiene, y el BER es incrementado.

12.2.2 Interferencia por canal adyacente

El filtro de canal suprimirá cualquier señal fueradel ancho de banda de radio del receptor. Laatenuación del filtro del canal para un offset defrecuencia específico, deberá de esta maneraer substraído de los valores dados en la tabla 9para proporcionar los valores CR–requeridospara interferencias de canal adyacente. Laseparación de canal adyacente para el plan de frecuencias dado,determinará la atenuación del filtro del canal. La tabla 10 proporcionaalgunos valores típicos para algunos ejemplos basados en los valores CR –de la tabla 9. En cálculos de interferencias computerizados, los valores deCR –de la tabla 9 pueden combinarse con la atenuación del filtro del canalpara señales interferentes y con varios offset de frecuencia en sistemas

Interferencia

canal 1 canal 2


complejos, para calcular los niveles umbrales degradados con variasseñales interferentes.

En la tabla 10 se muestran los valores CR -para el equipamiento en Nerapara algunos planes de frecuencia.

Tipo de radio Banda deFrecuencia

Separaciónde frecuencia

Atenuacióndel filtro

C R

Practica4x2 Mb/s 15 GHz 7 MHz 25 dB -10 dB34 Mb/s 7 GHz 14 MHz 30 dB -16 dB140 Mb/s 6 GHz 40 MHz 36 dB -12 dB155 Mb/s 6 GHz 29.65 MHz 26 dB -3 dB

Tabla 10 Ejemplos de valores de C R – para interferenciasde canal adyacente.

En sistemas de radioenlacescomplejos con varios receptoresoperando en la misma banda defrecuencias en la mismaestación, deben llevarse a cabocálculos de interferencias paraverificar los niveles de inter-ferencia aceptables. Una posibledegradación del umbral delreceptor puede calcularseutilizando la fórmula 109) yvalores C R – similares a aquellosdados en las tablas 9 y 10. Encálculos de interferenciascomputerizados, es másconveniente utilizar los valores C R – que las curvas de inter-ferencias que se muestran en lasfiguras 58 y 60. Estos valores Figura 60 Curva de nterferenciascomprueban automáticamente las de canal adyacente (tipo 2)posibles degradaciones del umbral para sistemas muy complejos,provocando tanto interferencias co-canal como de canal adyacente.

Relacción Señal/Interferencia (dB) LTel/L|

LTe = -87 dBm

CR = 14 dB

-77

-79

-81

-83

-85

-87

-12

-10

-8 -6 -4 -2 0

116 13. Propagación en cálculos de interferencia

Capitulo

9.

13.

13. Propagación en cálculos de interferencia

Antes de que se lleven a cabo los cálculos de interferencia, debenseleccionarse las posibles estaciones de radioenlace perturbadoras, de entrelas numerosas estaciones en el área de interés. Este capítulo introduce lastécnicas para una selección sistemática basada en suposiciones estadísticas[50].

13.1 Área de coordinación

Se define como área de coordinación entre las estaciones de radioenlace, elárea alrededor de una estación dada, donde es posible que esté situada unaestación interferente. Las estaciones fuera de esta área no afectarán a laestación dada.Ya que las antenas de microondas son altamente directivas, se utiliza elconcepto de ojo de cerradura para analizar la distancia de coordinación.

Figura 61 Concepto de ojo de cerradura

Distancia de coordinación

Distancia

Region

13. Propagación en cálculos de interferencia 117

La distancia de coordinación se calcula utilizando

110) ( )[ ] ( )[ ] ( )dLDGDGPL RxRxTxTxTxI −−+−+= θθ '

donde

LI = Nivel de interferencia recibido [dBm]

PTx = Potencia transmitida por la estación perturbadora [dBm]

GTx Rx/ = Ganancia de la antena transmisora/receptora [dB]

DTx Rx/ = Discriminación de la antena transmisora / receptora [dB]

L d( ) = Pérdidas en el vano [dB]

θ θ and ' estan definidas en la figura 62.

Figura 62 Red de radioenlace Figura 63 Distribución desimplificada estaciones

Se asume que se requiere la relación de señal a interferencia dBS I X− ≥dB para que el sistema pueda operar correctamente. Los niveles de señalrequeridos vienen dados por

111) ( )[ ] ( )[ ] ( ) XdLDGDGPS RxRxTxTxTx +−−+++≥ θθ '

'

boresight

InterferenteTx

Estación de RxInterferida Estacion interferida


El nivel de señal requerido puede calcularse para diferentes valores 'y θθ .Para ( ) 0'For =θTD (el peor caso) se asume que todas las estacionesinterferentes están apuntado directamente hacia la estación interferida. Ladistancia de coordinación calculada bajo estas condiciones especificará unaregión dentro de la cual estarán localizadas todas las estacionesinterferentes ( )TT GP y max .

La consideración del peorcaso ( )( )0' =θTD puede daruna gran área de coordinación incluyendo un gran númerode estaciones. En su lugarse consideran posiblesestaciones interferenteshomogéneamente distribuidasy orientadas aleatoriamentecomo se indica en la figura 63.Se calcula el área de coordinaciónpara ángulos θ θ' '= 1 o mayores.

La fiabilidad de esta área de coordinación será:

112) ( )180

'1' 1

1θθ −=R

13.2 Mecanismos de la propagación

13.2.1 Mecanismos de interferencia a largo plazo

Los mecanismos de interferencia a largo plazo son- difracción- dispersión en la troposfera- línea de visión

100

120

140

160

180

200

0.50.60.70.80.91

distancia ojode cerradura

distanciaoff-axiss

fiabilidad

Distancia de coordinacion 4 GHz [km]


Figura 64 Mecanismos de interferencias a largo plazo

13.2.2 Mecanismos de interferencia a corto plazo

Los mecanismos de interferencia a corto plazo son

- refracción/ reflexión de capas- dispersión por hidrometeoros- Línea de visión mejorada

Figura 65 M

13.3 Métodos de l

linea de visibilidad

Dispersióntroposférica

difraccion

linea devisibilida

conductoelevado

dispersionhidrometerologica

capa de refraccion

capa de reflexion

ecanismos de interferencia a corto plazo

a predicción

d

conducto de superficie


Existe un modelo de predicción global y otro Europeo. El método europeoofrece mejor precisión para el noroeste de Europa. Los dos métodos sonesencialmente lo mismo, aparte del método de definición de las influenciasradio-meteorológicas, que afectan a condiciones de propagacionesanómalas en el camino.

13.3.1 Procedimiento global

Esquema:

1. Decidir si se requiere una predicción de media del año o de peor mes.

2. Reunir los datos de entrada básicos.

3. Derivar los datos radio-meteorológicos anuales o de peor mes mediantelos mapas disponibles (figuras C1 a C4).

4. Analizar el perfil del vano, y clasificarlo de acuerdo a la geometría delmismo.

5. Identificar a cual de los modelos de propagación individual es necesarioacogerse.

6. Calcular las predicciones de propagación individuales utilizando cadamodelo identificado en el paso 5.

7. Combinar las predicciones individuales para proporcionar estadísticasglobales.

8.

Vayamos paso a paso por el esquema del procedimiento:

PASO 1:

La elección de la predicción de media del año o de peor mes es dictada porlos objetivos de calidad (es decir, el rendimiento y la disponibilidad) de lainterferencias con sistemas de radio.

PASO 2:


Los datos de entrada aplicables al procedimiento de cálculo se muestran enla tabla 11.

Parametro ResoluciónPreferida

Descripción

f 0.01 GHz Frecuencia [GHz]p 0.001% Porcentaje(s) de tiempo requeridos para los cuales la

pérdida básica de transmisión no es excedida

ϕ ϕt r, 0.001° Latitud de la estación

ψ ψt r, 0.001° Longitud de la estación

h htg rg, 1 m Altura del centro de la antena sobre el nivel de tierra [m]

G Gt r, 0.1 dBi Ganancia de antena en dBi en la dirección del horizontesobre el gran círculo de caminos de interferencias [dBi]

Tabla 11 Datos de entrada

PASO 3:

El propósito es encontrar las pérdidas por difracción para el 50% (omenos) del tiempo. El factor medio del radio efectivo k50 se calcula mediante:.

113) kN50

157157

=− ∆

donde ∆N es obtenido de las figuras D1 y D2 del apéndice D [50].

El correspondiente radio efectivo de la tierra es entonces

114) a ke = ⋅6375 50 km

El radio efectivo de la tierra y el factor de radio para otros porcentajes detiempo puede ser obtenido utilizando:

115) ( ) ( ) ( )( )0

5050 log7.1log7.15

β−−−+= pkkpk p% %< 50

donde β0 se obtiene utilizando las figuras D3 y D4 del apéndice D [50].

116) ( ) ( ) [ ]km 3756 pkpa ⋅=


PASO 4:

13.3.2 Clasificación del trayecto

1. Test para el transhorizonte

Figura 66 Modelo para clasificación de vano

El vano es transhorizonte θ θmax > td

donde

117) θ θmax max==

−

i

n

i1

1

118) θii ts

i

i

e

h hd

da

= − − ⋅⋅

102

3 mrad

119) θtdrs ts

e

h hd

da

= − − ⋅⋅

102

3 mrad

Estacioninterfirenre (T)

dnivel del mar medio hi

θ

θr Estacioninterferida (R)

di

i puntoterreno

Θt

ae =

k50

. a

hts

hrs


2. Test para difracción sub-vano

El vano tiene difracción sub-vano θ θf tdmax>

donde

120) θ θfi

n

fimax max==

−

1

1

121) ( ) [ ]mrad

2103

e

i

i

tsiif a

dd

hRhi ⋅

⋅−

−+=θ

122) ( ) [ ]m 392.17

fdddd

R iii ⋅

−=

PASO 5:

El análisis del perfil del vano para p = 50% se realiza utilizando la tabla12.

Clasificación Modelos requerdos (con condiciones)Línea de visión con la primera zona de Fresnellibre

Línea de visión

Línea de visión con difracción de sub-vano (1) Línea de visión; difracciónTrans-horizonte Difraccción ( )%50 and km 200 0 <≤ βd

Dispersión en la Troposfera ( )mrad 8≥θConducción/reflexión de capas ( )km 20>d

(1) Se define como difracción de sub-vano por una incursión del terreno en la primera zona de Fresnel.

Tabla 12 Análisis del vano

13.3.3 Interferencia por formación de conductos

Las pérdidas de transmisión entre dos terminales comprendidos en unconducto viene dada por

123) L f d C d Lb c= + + + +92 45 20 10 1. log log

donde


C1 es una constante

Lc es la pérdida de acoplo dada por

∆=B

cLθ

θlog10 for ∆θ θ< B

Lc = 0 for ∆θ θ≥ B

Figura 67 Rayos en un conducto radio

mitah de potenciahaz

angulolimite

θB

14. Planificación de frecuencias 125

Capitulo

9.

13.14.

14. Planificación de frecuencias

Este capítulo tratará los principios de Planificación de frecuencias sinentrar en cálculos detallados de las interferencias y en las contramedidas alos problemas de interferencias. Esto será tratado de forma separada en elcapítulo 15.

14.1 Activación del plan de frecuencias

Se deben seguir ciertas reglas básicas para la configuración del plan defrecuencias. Esto es necesario a fin de utilizar el rango de frecuenciasdisponible de la manera más rentable, y para hacer que el trabajo deplanificación sea más eficiente. Todas las frecuencias utilizadas en redes deradio enlace deben ser seleccionadas normalmente de un plan defrecuencias establecido, bien sea por una organización internacional comopor una nacional.

14.1.1 Condiciones

Las señales de radio tienen que ser separadas en frecuencia ya que, ni ladiscriminación de la antena, ni las obstrucciones topográficas proporcionanla necesaria eliminación de las señales interferentes. El grado de separacióndepende del ancho de banda de transmisión ancho de banda espectral. Estaseparación –denominada separación de canal adyacente – debe ser lo máspequeña posible para proporcionar una solución de frecuencia económica.Esto requiere alguna clase de estandarización, un plan de frecuencias.

126 14. Planificación de frecuencias

El sistema utiliza dos frecuencias diferentes, una para la dirección y ida yotra para la de vuelta. Su separación, denominada separación transmisor(Tx) a receptor (Rx) o dúplex – depende de los filtros del receptor que hande suprimir su propia frecuencia del transmisor (del orden de unasupresión de 140 dB!!). Cuanto más grande sea la separación dúplex, másfácil resulta realizar los filtros. La separación dúplex se especifica en elplan de frecuencias.

El siguiente problema son los productos de intermodulación. Cuando estápresente más de una frecuencia de radio, aparecerán los productos deintermodulación debido a las no linealidades del equipamiento. Se debeevitar que esos u otros productos de intermodulación perturben a un tercerreceptor. Se requiere un plan de frecuencias preestablecido que considereeste hecho, para una asignación racional de las frecuencias.

Como es conocido, las señales de radio interferentes no se detienen ante lasfronteras de los países. Esto motiva los acuerdos y las cooperacionesinternacionales, establecidas a nivel mundial por la Unión Internacional delas Telecomunicaciones (ITU).

14.1.2 Plan internacional de frecuencias

El espectro de radio disponible total se asigna a los diversos servicios(radio astronomía, radar, comunicaciones móviles, etc.) por la ConferenciaAdministrativa de Radio Mundial (WARC). En los Reglamentos de Radio[35], se listan las bandas de frecuencia concedidas a los servicios fijos.Dentro de la ITU, la Agencia de Radiocomunicación (ITU-R) es laresponsable de proveer acuerdos con canales de RF, esto es, planes defrecuencia. Estos planes se publican como recomendaciones o informes.[50]

Existen básicamente tres formas de utilización de estos planes defrecuencia, dependiendo del tipo de equipamiento, de las consideracionesde interferencia y la eficiencia espectral necesaria.

14.1.2.1 Disposición de la canalización por canales alternos

La utilización extendida más ampliamente es la disposición alterna decanales, tal y como se indica en la Figura 69. En este caso, cada doscanales usan la misma polarización, mientras que los canales adyacentesoperan en polarizaciones opuestas.


A B

Alternated patternMain frequencies

Channel number

a)Po

lariz

atio

ns H(V)

V(H)

XS

XSXS2

1 3

2 4 N

1′ 3′

2′ 4′ N′ZSYS

DS

Figura 68 Disposición de canales alternos

Esta configuración puede usarse (descuidando la interferencia debida alcanal adyacente copolar) si se cumple lo siguiente:

124) ( ) ( )XPD NFD C Imin min+ − ≥3

donde

XPDmin es la discriminación de polarización cruzada mínima tal y como sedefine en el capítulo 11 Interferencia por polarización cruzada.

NFD es la discriminación de filtro de red definida como

125) BBy IF RF, filtros los de después recibida adyacente canal del Potencia

adyacente canal del recibida Potencia=NFD

C/Imin es la relación mínima portadora (o señal) a interferencia para unlímite de BER dado (típicamente 10-3 or 10-6). Los requerimientos de laecuación 125) normalmente se cumplen fácilmente según lasespecificaciones estándar de las antenas y de los equipos de radio, pero laeficiencia espectral está limitada con el uso de antenas polarizadassimplemente, pues solo se podrá utilizar un segundo canal en el mismovano como se indica en la ecuación 125).

Un ejemplo para un plan de frecuencias recomendado por ITU-R es el planpara la banda superior de 6 GHz, Recomendación 384 [48]. Estarecomendación consiste en un plan de frecuencias para sistemas con másde 2700 canales telefónicos (140 Mb/s o relaciones de bit de jerarquíadigital síncronas) utilizando hasta 8 canales de radio de ida y 8 de vuelta.Otro plan de frecuencia se obtiene entrelazando canales adicionales parasistemas con más de 1260 canales telefónicos utilizando hasta 16 canalesde ida y 16 de vuelta.


a) Disposicion de canales para antenas de doble polarizacion.

b) Disposicion de canales para antenas de polarizacion simple ó antenascon Tx/Rx comun y polarización doble

Figura 69 ITU-R rec. 384 [48] (Banda de 6 GHz superior)

La Figura 69 muestra el plan de frecuencias para la configuración de 8canales. La banda de frecuencias está dividida en dos semi bandas, unasemi banda para las frecuencias de ida o transmisoras (Tx), y otra para lasfrecuencias de vuelta o receptoras (Rx). Las semibandas tienen espaciopara 8 canales emparejados de radio. A cada canal en la semi banda baja lecorresponde uno en el mismo número de canal de la semi banda superior.La separación dúplex es la misma para todos los canales (340 MHz). Elespacio entre canales Γ es 40 MHz. Las frecuencias centrales exactas delos canales se pueden calcular de las fórmulas

126 a) mitad baja de la banda nff n 40350: 0 +−=

c) mitad alta de la banda nff n 4010': 0 +−=

6778,..,1 onde

0 ==

fnd

La unidad de frecuencia es MHz

Se puede operar simultáneamente con canales adyacentes con las ondas deradio en polarizaciones ortogonales. El grado de discriminación entrepolarizaciones depende del ángulo de acimut y el tipo de antena utilizado.


14.1.2.2 Disposición de la canalización co-canal

Donde la congestión sea un problema, la operación co-canal puede ser unasolución. En esta disposición todo canal de radio, en el mismo vano, seutiliza dos veces para tráficos distintos, con polarizaciones opuestas.

A B

Main frequencypatternBand re-use in theco-channel mode

Channel number

b)

Pola

rizat

ions H(V)

V(H)

XS

YS

DS

N1 2 3 4

1r 2r 3r 4r Nr

N′1′ 2′ 3′ 4′

1′r 2′r 3′r 4′r N′rZS

Figura 70 Disposición Co-canal

Esta disposición tiene exigencias más estrictas en el funcionamiento de laantena y de la radio, pues debe satisfacerse el siguiente requisito.

127) ( )101

1

10

1

10103

10

logmin

XPD XIF NFDa

C I+ −+

≥

donde

NFDa es la discriminación del filtro evaluada a la frecuencia deespaciamiento XS.

XIF es el factor de mejora XPD para el dispositivo XPIC (si seimplementa).

14.1.2.3 Disposición de la canalización entrelazada

El modo entrelazado es un modo intermedio al modo alterno y al modo co-canal. Este modo es aplicable típicamente en sistemas de baja capacidaddonde el ancho de banda de la señal puede ser menor que la separación decanales. En este caso, la frecuencia central del canal de polarizaciónopuesta esta intercalada con los canales adyacentes.

A B

Main frequencypatternBand re-use in theinterleaved modeChannel number

c)

Pola

rizat

ions H(V)

V(H)

XS

YS

DS

N1 2 3 4

1r 2r 3r 4r Nr

N′1′ 2′ 3′ 4′

1′r 2′r 3′r 4′r N′rZS

XSXS2

Figura 71 Configuración entrelazada


Esta configuración de canales entrelazados puede ser utilizada si:

128)( )

( )101

1

10

1

103

10

310

logmin

XPD NFD NFDb a

C I+ − −+

≥

donde

NFDb es la discriminación de filtro evaluada con un espacio de frecuenciasde XS/2.

El resto de parámetros tiene un significado previo.

La Tabla 13 es un sumario de los planes de frecuencia recomendados por laITU-R [50].

Banda[GHz]

Rango de frecuencias[GHz]

Espaciamiento de canales[MHz]

ITU-R rec.

1.4 1.35 - 1.53 0.25; 0.5; 1; 2; 3.5 1242

2 1.427 - 2.691.7 - 2.1; 1.9 - 2.3

1.7 - 2.31.9 - 2.31.9 - 2.31.9 - 2.32.3 - 2.5

2.29 - 2.67

2.5 - 2.7

0.5 (modelo)2914

3.5; 2.5 (modelo)1410

1; 2; 4; 14; 280.25; 0.5; 1; 1.75;

2; 3.5; 7; 14; 2.5 (modelo)14

701382283

10981098, Anexos 1,21098, Anexos 3746, Anexos 1

1243

283

4 3.8 - 4.23.6 - 4.23.6 - 4.2

2910 (modelo)

90; 80; 60; 40

382635

635, Anexos 1

5 4.4 - 5.04.4 - 5.04.4 - 5.0

4.54 - 4.9

2810 (modelo)40; 60; 80

40;20

746, Anexos 21099

1099, Anexos 11099, Anexos 2

Baja 6 5.925 - 6.4255.85 - 6.425

29.6590; 80; 60

383383, Anexos 1

Alta 6 6.425 - 7.116.425 - 7.11

40; 2080

384384, Anexos 1


Banda[GHz]



ITU-R rec.

7 7.425 - 7.7257.425 - 7.7257.435 - 7.757.11 - 7.75

7285

28

385385, Anexos 1385, Anexos 2385, Anexos 3

8 8.2 - 8.57.725 - 8.2757.725 - 8.275

8.275 - 8.5

11.66229.6540.7414; 7


10 10.3 - 10.6810.5 - 10.68

10.55 - 10.68

20; 5; 27; 3.5 (modelo)

5; 2.5; 1.25 (modelo)


11 10.7 - 11.710.7 - 11.710.7 - 11.710.7 - 11.7

40676080

387, Anexos 1 y 2387, Anexos 3387, Anexos 4387, Anexos 5

12 11.7 - 12.512.2 - 12.7

19.1820 (modelo)

746, Anexos 4, § 3746, Anexos 4, § 2

13 12.75 - 13.2512.75 - 13.2512.7 - 13.25

28; 7; 3.535

25; 12.5

497497, Anexos 1

746, Anexos 4, § 1

14 14.25 - 14.514.25 - 14.5

28; 14; 7; 3.520


15 14.4 - 15.3514.5 - 15.3514.5 - 15.35

28; 14; 7; 2.52.5 (modelo)

2.5


18 17.7 - 19.717.7 - 21.217.7 - 19.717.7 - 19.717.7 - 19.7

220; 110; 55; 27.5160

220; 80; 40; 20; 10; 63.5

13.75; 27.5

595595, Anexos 1595, Anexos 2595, Anexos 3595, Anexos 4

23 21.2 - 23.621.2 - 23.621.2 - 23.621.2 - 23.621.2 - 23.621.2 - 23.622.0 - 23.6

3.5; 2.5 (modelo)112 to 3.5

28; 3.528; 14; 7; 3.5

50112 to 3.5112 to 3.5

637637, Anexos 1637, Anexos 2637, Anexos 3637, Anexos 4637, Anexos 5637, Anexos 1


Banda[GHz]



ITU-R rec.

27 24.25 - 25.2524.25 - 25.2525.25 - 27.725.25 - 27.727.5 - 29.527.5 - 29.527.5 - 29.5

3.5; 2.5 (patterns)56; 28

3.5; 2.5 (patterns)112 to 3.5

3.5; 2.5 (patterns)112 to 3.5

112; 56; 28

748748, Anexos 3

748748, Anexos 1


31 31.0 - 31.3 50; 25 746, Anexos 7

38 36.0 - 40.536.0 - 37.037.0 - 39.538.6 - 40.039.5 - 40.5

3.5; 2.5 (patterns)112 to 3.5

140; 56; 28; 14; 7; 3.550

112 to 3.5

749749, Anexos 3749, Anexos 1749, Anexos 2749, Anexos 3

55 54.25 - 58.254.25 - 57.257.2 - 58.2

3.5; 2.5 (patterns)140; 56; 28; 14

100

11001100; Anexos 11100, Anexos

Tabla 13 Planes de frecuencias recomendados por ITU-R

14.1.3 Separación del canal adyacente

Para el resto de este capítulo será utilizada la configuración de canalalterno para explicar la asignación de frecuencias y la utilización de losplanes de frecuencia. Para detalles en la operación co-canal, véase elcapítulo 11.

14.1.3.1 Trayecto común

Cuando se opera con más de un circuito de radio en la misma antena(configuración de diversidad de frecuencia n+1) los canales elegidos debentener una cierta separación definida ∆. Esta separación coincide con elespaciamiento de canales Γ de acuerdo con el plan de frecuencia, peropuede también ser múltiplos del mismo. Para las configuraciones decanales, las separaciones están indicadas en la correspondienterecomendación ITU-R. En la banda 6 GHz alta (rec. 384 [48]) laseparación de canal ∆ adyacente recomendada para la operación con unaantena común es


129 a) para sistemas de polarización simple:∆ Γ ∆c cx or x MHz= ⋅ = ⋅2 80

b) para sistemas dualmente polarizados:∆ Γ ∆x xy or y MHz= ⋅ = ⋅ 40

( , , , ; ,.., )Γ = = =40 1 2 3 1 8MHz x y

Cuando se aplica la operación co-polar, se puede utilizar una antenasimplemente polarizada. Para polarización cruzada, ha de ser elegida unaantena dualmente polarizada, bien sea con dos guías de onda o con unaguía de ondas circular. Para continuar reduciendo los costes, la primeraopción debe ser la polarización co-polar.

Ya que estas separaciones de canal adyacente se eligen para evitarinterferencias mutuas entre los canales concernientes, la interferencia entreestos canales puede excluirse de los cálculos de las interferencias.

14.1.3.2 Trayectos separados

La interferencia entre canales RF en antenas separadas o vanos diferenteses despreciable si la separación frecuencial entre canales δ es tan grandeque las frecuencias centrales de los canales perturbadores caen dentro de labanda eliminada del filtro de canal deseado. Las características exactas delfiltro del canal tienen que ser tomadas de las especificaciones de losequipos.

Los trayectos de interferencia entre canales RF en diferentes vanos(antenas) con una separación > δ (para el equipamiento concerniente)puede excluirse de las consideraciones de interferencias.

14.2 Asignación de frecuencias de radio

14.2.1 Preparación

Se dibuja un diagrama de red a escala y se consigue un esquema geográficodel sistema. Se incluyen todos los sistemas conocidos operando (existenteso planeados) dentro de la banda de frecuencias concerniente. (Ver figura72.)


14.2.2 Condiciones

Cada banda de frecuencias es dividida en dos semi bandas, la baja A, y laalta B. Para un vano de radio las frecuencias transmisora (Tx) y receptora(Rx) se emparejarán: tendrán el mismo número de canal, con índicesopuestos A/B. Los canales en la semi banda baja A están sin marcar (ch.3), y los canales en la semi banda alta B están marcados (ch. 3'). Solamentese muestra en el gráfico la numeración Tx.

Figura 72 Red de Radioenlaces

Todas las frecuencias transmisoras en la misma sección tienen que serseleccionadas de la misma semi banda. Las estaciones con transmisoresoperando en la semi banda baja son denominadas estaciones-A. El receptoren las estaciones-A opera en la semi banda alta.

Si se ha elegido la frecuencia transmisora (o semi banda) para untransmisor en una estación, esta determinada la asignación de las semibandas (A o B) para el resto de estaciones y transmisores en la red.

Existe una importante desviación de esta regla. Un repetidor pasivo estanto una estación A como B. Ya que no se efectúa ninguna conversión defrecuencia, una frecuencia entrante A es reemitida como una frecuencia A.Ocurre lo mismo para la frecuencia B en la otra dirección. Los mismosargumentos son también válidos para un repetidor RF donde no se llevan acabo conversiones de frecuencias. En el propósito de la asignación defrecuencias, se puede hacer caso omiso de los repetidores pasivos y de RF.

Instalación Principal

Centro de ciudad

Centro de adiestramiento

Mt. High

Colina

Estación de energia

Estación A

Estación B


14.2.3 Determinación de la frecuencia

14.2.3.1 Consideraciones generales

Si la planificación del radioenlace ya incluye equipamiento RE existente,operando en la misma banda de frecuencias, se marcan estos comoestaciones A o B en la gráfica de red. En este caso, están determinadas lasdesignaciones A y B para todo el resto de estaciones.

Si hay equipamiento en la banda de frecuencias concerniente, se averiguasi podría haber otra estación, no incluida en la red planificada, pero cercanaa una de las estaciones planeadas, con frecuencias ya asignadas de esabanda particular. Si la respuesta es afirmativa,

- y se puede implementar una futura conexión cruzada entre las dos redesmediante un solo vano (o un número impar de saltos):

se designa la semi banda con etiqueta opuesta A/B respecto dela nueva estación; así se determinan las semi bandas para todoel resto de estaciones.

- y tiene que ser implementada una conexión cruzada futura por dos (o unnúmero par de saltos):

se designa la semi banda con la misma etiqueta A/B que lanueva estación; así se determinan las semi bandas paratodo el resto de estaciones.

Si la respuesta es negativa; se comienza con cualquiera de las estaciones yse asigna una semi banda arbitraria para ella.

14.2.3.2 Red troncal

La asignación de frecuencias para las redes de radioenlace pueden serrealizadas de formas diferentes, dependiendo de la complejidad de la red,planes futuros, etc. El procedimiento de planificación de frecuenciastambién depende del nivel de detalle de la información disponible. Parailustrar esto, se utilizan dos diferentes redes DRE; la de la figura 72 para laplanificación detallada, y la de la figura 73 par la solución directa.

Para ilustrar este método se utiliza la red de la figura 73.


Figura 73 Red simplificada

Se comienza del mismo modo que en el método detallado, seleccionando unafrecuencia en el extremo inferior de la banda para la estación I. Seleccionandoel canal 1 para el canal principal, proporciona la lista de canales de la tabla 14para las frecuencias Tx y Rx.

Ch. # Station I (A) Station II (B)Tx1 1 6460 MHz / V 6800 MHz / VTx2 3 6540 MHz / V 6880 MHz / VRx1 1 6800 MHz / V 6460 MHz / VRx2 3 6880 MHz / V 6540 MHz / V

Tabla 14 Frecuencias Tx y Rx / estaciones A- y B

Para intentar economizar el uso de canales RF mediante antenas HP sedebe utilizar el siguiente procedimiento:

Cambiar la polarización y los números de canal en todos lossegundos vanos de todo el sistema.

Siguiendo este procedimiento para el sistema de la figura 73, proporcionala asignación de frecuencias mostrada en la figura 74. Cambiando loscanales y la polarización del mismo modo, se previenen problemas deinterferencia debido a sobrealcance en el sistema. El transmisor en laestación I podría interferir en la estación receptora IV, pero utilizandopolarizaciones diferentes, se dan aproximadamente 30 dB de atenuaciónadicional. Esta atenuación es suficiente para prevenir interferencia porcanal adyacente en el sistema.

Estación A

Estación B

I

II

III

IV V

VI


Figura 74 Asignación de frecuencias para una red simplificada

14.2.3.2.1 Uso repetido de la misma frecuencia

La misma frecuencia de radio debe ser usada siempre que sea posible paraeconomizar las frecuencias de radio disponibles. Para enlaces de radiodigital, el nivel de la señal interferente L I, debe ser x dB inferior al nivelumbral del receptor L Te , donde x se corresponde con la relación S/I parael nivel umbral concerniente (ver siguiente capítulo).

En puntos nodales esto requiere normalmente discriminaciones de antenadel orden de ( )FIS +/ donde F es el margen de desvanecimiento para elvano de interés.

14.2.3.2.2 Planificación detallada

Se utiliza la red de la figura 72 para ilustrar un procedimiento deplanificación detallado. Se implementa un sistema DRE a 140 Mb/ssiguiendo el plan de frecuencias de la rec. 384-5 de ITU-R [48]. Estoproporciona los datos técnicos que siguen:

Γ∆ Γ∆

== ⋅ == =

402 80

40

MHzMHzMHz

c

x c xδ /

Se comienza con el punto nodal que tiene la cantidad más grande detransmisores. Este es “Instalación Principal” en la figura 72. Se ha decididoque esta estación opere en la semi banda superior (estación B).

Se asume que el sistema trabaja en una configuración 1+1. Estoproporciona dos canales RF en cada simi banda, permitiendo a amboscanales operar en la misma polarización. Si la separación del canal es ∆≥ ,pueden también ser transmitidos desde la misma antena.

Estación A

Estación A

1,3 V

1,3 H

2,4 H

2,4 V

1,3 V

I

II

III

IV V

VI


Se comienza por seleccionar una frecuencia (preferiblemente la delextremo inferior de la semi banda). Nótese que el equipamiento existentepuede restringir esta elección. El canal de radio para el segundo canal eneste sistema 1+1 es seleccionado por lo tanto de acuerdo con las reglaspara una separación de canal adyacente utilizando una antena común.Para mantener la reducción de costes, puede intentarse como primeraopción una polarización paralela.

En orden de economizar frecuencias, la primera aproximación debe ser lade aplicar las mismas frecuencias para todos los sistemas. Las posiblesinterferencias exigen antenas más caras o el uso de frecuencias diferentes.Los proyectos individuales proporcionarán decisiones a cerca de elegir unade estas contramedidas. Si se eligen nuevas frecuencias, deben utilizarsereglas para una separación de canal adyacente para diferentes antenas.

Ejemplo 1

Se comienza con el vano Estación de energía- Instalación Principal.

⊗ Se selecciona el canal 1, polarización vertical para el primer canal.

⊗ Esto proporciona el canal 3 para el segundo canal, en antena común ymisma polarización.

Γ⋅=∆ 2c

Las correspondientes frecuencias / polarizaciones para el primer plan defrecuencias elegido viene dado en la tabla 14.

Estas frecuencias serían aplicadas a todas las estaciones A y B como unaprimera elección proporcionando la red DRE de la figura 75. Estaselección de frecuencias causará obviamente algunos problemas deinterferencia en el punto nodal (Instalación Principal). Debería ser posible(debido a configuraciones geográficas) operar en las mismas frecuenciasen los vanos Estación de energía - Instalación Principal – Centro deAdiestramiento - Mt. High. El resto de vanos sin embargo seráninvestigados más tarde en este capítulo cuando se comiencen a realizar loscálculos de interferencias. Si los cálculos de interferencias muestran unosniveles de interferencias inaceptables, la asignación de frecuencias debe sermodificada en esos vanos. En algunos sistemas sería preferible seleccionarantenas caras, ajustar los niveles de salida etc. En otros sistemas el ahorrode frecuencias no es tan importante, así que se podrán usar otros canalesRF.


Figura 75 Red con la primera asignación de frecuencias

Para evitar problemas de sobrealcance, la polarización debe ser cambiadapara cada segundo vano en general. Esto daría una reducción en el nivel deinterferencia debido a sobrealcance igual que para la discriminación porpolarización cruzada de la antena. Esta decisión se ha tomado durante loscálculos de interferencias.

14.2.3.3 Redes enlazadas

Se debe poner especial atención a si la red DRE forma un anillo, como seindica en la figura 76. Si el número de estaciones en el anillo es un númeropar, puede usarse la asignación ordinaria estación A y B como se indica enla figura 76a)

Figura 76 Redes en anillo.

Instalación Principal

Centro Ciudad


Mt. High

Colina

Estación de energia

Estación A

Estación B

1,3 V

1,3 V

1,3 V

1,3 V

1,3 V

Estación A

Estación B

Estación A/B

numero impar deestaciones

numero par deestaciones

b)a) numero impar deestaciones

c)

Diferentebanda defrecuencias

Q

P

R R

P

Q


En un anillo, debería evitarse un número impar de estaciones y necesitaríaconsideraciones especiales. Si se utiliza la misma banda de frecuencias entodo el sistema (figura 76b), una de las estaciones debe ser una estaciónA/B. Es decir, esta estación crítica P debe transmitir en ambas bandas defrecuencias alta y baja. Esto puede proporcionar una separación defrecuencias reducida entre el transmisor y el receptor en el emplazamientocrítico. Si se utilizan un número limitado de canales de radio, es posiblealcanzar la necesaria separación de frecuencia entre le transmisor y elreceptor.

Considérese un sistema 1+1 operando en la banda alta de 6 GHz. Si sonutilizados los canales 1 y 3 como frecuencias de transmisión en el vano Phacia Q, podrán ser utilizados los canales 5’ y 7’ (o 6’ y 8’) comofrecuencias de transmisión hacia R. Esto proporciona una separación defrecuencias de 80 MHz (120 MHz) entre transmisor y receptor en P.Dependiendo del tipo particular de equipamiento, esto puede ser suficientepara evitar problemas de interferencias. Se debe verificar que el nivel deinterferencia en el receptor sea más bajo que el límite crítico determinadopor las características del receptor.

La interferencia por sobrealcance también es más crítica cuando senecesitan estaciones A/B. La estación Q perturbará a la estación R (yviceversa) a menos que las obstrucciones del terreno o discriminaciones deángulo proporcionen la atenuación suficiente de la señal perturbadora.

Figura 77 Canalización 6 GHz alta

Otra solución es utilizar una banda de frecuencias diferente para uno de losvanos en la red mallada (figura 76c). La separación de frecuencias entre letransmisor y el receptor en el emplazamiento crítico, puede sersuficientemente amplio para esta aproximación. Si uno de los vanos escorto (∼ 10 km), utilizando una banda de frecuencias alta (por ejemplo 15GHz) este vano podría resolver el problema de asignación de frecuencia.

Todas las frecuencias en MHz

1 3 5 7 1’ 3’ 5’ 7’2 4 6 8 2’ 4’ 6’ 8’

7080

7000

6920

6840

f0 = 6 770

67 40

66 60

6580

6500

70 40

69 60

6 880

6800

6700

6620

6540

6460

15. Cálculos de las interferencias 141

Capitulo

9.

13.14.

15. Cálculos de las interferencias

15.1 Ejemplos de acoplamientos en RF

La Figura 78 muestra algunos ejemplos típicos de acoplamientos de RFindeseado entre canales de radio de la misma banda RF. La influencia dediferentes tipos de interferencia depende de la configuración de la red,obstrucciones terrenas, tipos de antenas y equipamiento de radio, etc.

Figura 78 Acoplamientos de RF indeseados entre canales de radio

V

Polarización cruzada

f1

Canal adyacente

f1

f2

f '1

Frente espalda

f1

Sobrealcance

f1 f1f '1

142 15. Cálculos de las interferencias

Polarización cruzada

La discriminación entre canales operando en polarizaciones opuestas sedetermina principalmente por la discriminación por polarización cruzadade la antena. La despolarización en la atmósfera, debido a reflexiones o a lacurvatura del rayo, pueden incrementar también la interferencia porpolarización cruzada.

Canal adyacente

La separación de frecuencia, el filtro de canal en el receptor y el ancho delespectro transmitido determinan el nivel de interferencia. Se utiliza amenudo la polarización opuesta.

Frente espalda

El nivel de interferencia es principalmente una función de la relación frenteespalda de la antena.

Sobrealcance

Si el vano está alineado como se indica en la figura 78, la interferenciadebido a sobrealcance es crítica. Se recomienda el uso de la polarizaciónopuesta o cambiar los canales de radio.

15.2 Principios de cálculo para redes digitales

Se pueden excluir los canales con una separación de δ≥ de lasevaluaciones de interferencia debido a la discriminación de filtro en elreceptor.

Generalmente hay dos formas diferentes para incluir la influencia de lasseñales interferentes en los cálculos de rendimiento del sistema:

Comenzando por un nivel de interferencia calculado en la entrada delreceptor perturbado, y calculando la influencia en el funcionamiento(nivel umbral degradado).

Comenzando por un nivel de interferencia permitido a la entrada delreceptor perturbado, y comparándolo con el nivel de la señalinterferente.

Solo será descrito el primer método en este capítulo.


Los cálculos de las interferencias se llevan a cabo mediante el cálculo delnivel de interferencia y mediante la determinación de la degradación delumbral del receptor (si la hubiera).

Se usan las redes RE simplificadas en las figuras 79 y 80 para ilustrar elprocedimiento de cálculo.

Figura 79 Red rectangular Figura 80 Red triangular

Para ilustrar los principios de cálculo se utiliza la figura 80. Se asume queel vano A – B es el vano perturbado y que el vano A - C es el vanoperturbador.

El nivel de entrada durante el tiempo libre de desvanecimiento en A1 (y enB) es LRx. El nivel umbral del receptor (BER 10 -3 ) para un receptor sinperturbación es L Te . La figura 81 muestra el nivel umbral del receptor enfunción del nivel de interferencia. Para esta radio particular LTe = -73 dBm.

La señal interferente C -> A1 llega el receptor A1 por medio de la antenaA1 con un nivel LI.. Si se ha de considerar más de una señal interferente,LI. es el nivel resultante de la combinación individual de niveles, LI:

130)( )

=

−=n

i

AjLI

IiL1

10/10log10


LI ... nivel combinado en dBm para todas las señales interferentes.LIi ... nivel en dBm de una señal interferente individual.Aj ... atenuación por canal adyacente en dB de la señal interferente por el

receptor.

Del diagrama de la figura 81, puede obtenerse el nivel umbral del receptordegradado, LTeI, que corresponde a ese nivel de señal interferente.

El nivel umbral del receptor degradado es aproximado por la fórmula:

131) ( )( )( )10/101log10 IRTe LCLTeTeI LL ++−++≈

CR ... Constante numérica que refleja la capacidad del receptor parasoportar señales interferentes (relación S/I- normalizada).

Figura 81 Umbral de recepción degradado en funcióndel nivel de interferencia combinado.

Ejemplo 2

Asúmase que el nivel de interferencia combinado es -100 dBm. –Utilizando la figura 81, se puede observar que el nivel umbral degradadoes -71 dBm Que es una degradación del sistema de 2 dB.

Este nuevo nivel umbral debe incluirse en los cálculos de funcionamientodel sistema. La degradación del nivel umbral del receptor (y así el margende desvanecimiento del sistema) por señales interferentes significa que laspredicciones de disponibilidad y funcionamiento no pueden completarsehasta que haya sido investigada la degradación.

Nivel de interferencia combinado (dBm)

-90 -94 -98 -102 -106 -110

-66

-68

-70

-72


La aproximación; comenzando por un nivel de entrada dado, tiene algunasdesventajas:

Si ya existen sistemas de radioenlace en esa banda de RF y dentro dela misma área geográfica, las predicciones de disponibilidad yfuncionamiento pueden ser llevadas a cabo, cuando todos los datosconcernientes a los sistemas involucrados sean conocidos.

Cada nuevo RE tiene un impacto en el funcionamiento y ladisponibilidad de los ya existentes. Para evitar que los nuevos REdegraden el funcionamiento y la disponibilidad de los ya existentesen sus objetivos planificados, se necesitan estrictos requerimientosde discriminación de las nuevas antenas. Para cada enlace adicional,los requerimientos serán más estrictos, o se tendrán que añadirnuevas frecuencias de radio.

Un nivel de interferencia mayor que el nivel umbral, LTe, (S/I = ∞)puede bloquear el receptor con la señal interferente, en caso de quesu propio transmisor en el extremo opuesto se estropee. Esto puedeconectar a otro operador, con una conversación o flujo de datos noautorizada, y – en caso de diversidad de frecuencia, impide al enlaceconmutar a su canal de diversidad.

Las dos primeras desventajas pueden salvarse permitiendo, para un ampliomargen de desvanecimiento, en los enlaces iniciales de la red,contemplando en sus especificaciones y disponibilidad algo de “espacio”para una futura degradación.

El bloqueo del receptor por una señal interferente puede evitarseplanificando los niveles de interferencia:

LIi < LTe[S/I = ∞]

Comenzando por una degradación del umbral del receptor permitida,pueden considerarse la influencia en el funcionamiento del BER y ladisponibilidad, cuando se comience la planificación.Los niveles de interferencia obtenidos diferirán siempre, sin embargo, delos niveles permitidos. Los cálculos de funcionamiento y disponibilidadtienen así que ser corregidos, aplicando el deterioro obtenido para LTe.


15.3 Selección de la antena

Para vanos compartiendo un emplazamiento común, solo la antena en elpunto nodal contribuye a la supresión de la señal interferente con suatenuación al lóbulo trasero y al lóbulo lateral. De hecho, este es el únicoparámetro que contribuye.

La señal interferente, originada en el transmisor A1 (figura 83), y elreceptor perturbado C, es atenuado solamente por la antena A1. Estopermite una selección del tipo de antena con la necesaria discriminación.Las fórmulas 132) a 135) proporcionan la discriminación de antenanecesaria.

15.3.1 Perturbaciones externas por una estación nodal

Ref. figura 83: TxA1 --> RxC.

132) D L M L G LA TeI FI Ii Tx= + − + +∆ ∆

DA … discriminación de antena en dB∆G … diferencia en ganancia [dB] entre las dos antenas del punto

nodal∆LT … diferencia en nivel de salida [dBm] de la señal deseada frente a

la perturbadoraMFI … margen de desvanecimiento plano en dB en presencia de:LIi … nivel de una señal interferente individual en dBmLTeI … nivel umbral del receptor en dBm en presencia de L I (el nivel

combinado de todas las señales interferentes)

15.3.2 Perturbaciones externas sobre una estación nodal

Ref. figura 83: TxC --> RxA1.

133) D L M L G LA TeI FI Ii Rx= + − + +∆ ∆

∆LRx x ... diferencia en dB entre los niveles de entrada para las estacionesen el punto nodal.


15.3.3 Condiciones óptimas

Las condiciones óptimas con respecto a DA son alcanzadas si134) ∆ ∆ ∆G L LRx Tx= = = 0

Que es la misma ganancia utilizada por todas las antenas del punto nodal, yla red es planificada para idénticos niveles de salida de transmisor yentradas de receptor en este punto nodal.

Las fórmulas 132) y 133) de arriba pueden ser escritas como:

135) D L M LA TeI FI Ii= + −

No se debe planear un margen de desvanecimiento mayor que losrequeridos para los objetivos de funcionamiento (para minimizar los costesde antena).

Estas consideraciones no son correctas en absoluto si los vanos implicadostienen diferentes longitudes (probabilidad de corte). El nivel de entrada enel receptor en el vano mayor debe entonces ser más alto que los niveles deentrada del resto. El sistema debe estar diseñado para la mínimaprobabilidad de corte para los vanos implicados.

15.3.4 Atenuación entre antenas en la misma torre

Normalmente lo más crítico es el acoplamiento entre dos antenas debocina. Para simplificar este problema, solo se calcula este acoplamiento.Si la distancia entre las dos antenas de bocina es mayor que veinte veces lalongitud de onda, se puede aplicar la fórmula normal para atenuación enespacio libre:136) ( )FF dfA ⋅⋅+= log2045.32

AF ... atenuación en dB entre las antenas instaladas en la misma torre.f ... frecuencia de radio en GHz.dF ... distancia entre las dos antenas en m, y .λ≥Fd (figura 82)λ ... longitud de onda en m.

Esta fórmula se aplica para todas las instalaciones de antenas normales afrecuencias mayores de 2 GHz. Nótese que la atenuación de la fórmula136) es independiente de las discriminaciones relativas de las antenas(relación espalda espalda,.


etc.). La atenuación exacta ha de ser determinada mediante medidas en eltipo específico de antena. Si se requieren valores mayores han de serconsiderados el tamaño y el tipo de parabola, el tipo de iluminador y laactitud relativa. Los diagramas de antenas estándar son sólo válidos en elcampo lejano de la antena, y no es, por lo tanto, aplicable en situaciones decampo cercano en la misma torre.

Figura 82 Atenuación entre Figura 83 Red RE simplificadaantenas en la misma torre. (configuración triangular)

15.4 Cálculo del nivel de señal interferente

15.4.1 Fórmula general

En este capítulo se discute el cálculo de los niveles de interferencia, Lii.Las fórmulas aquí presentadas están implementadas en una hoja de cálculode Microsoft Excel para cálculos eficientes. La configuración de la hoja decálculo también incluye los cálculos de degradación del umbral basados enun nivel de interferencia combinado (ref. formula 131). Estas fórmulasestán incluidas en la configuración de la hoja de cálculo. La fórmulageneral de cálculo del nivel se señal interferente para operación copolar es(la señal deseada y la interferente tienen la misma polarización):

137) LIi = LTx - ATx + GTx - DTxCp - Afs - AA + GRx - ARx - DRxCp


Figura 84 Modelo de interferencia (operación co-polar)

Esta formula es más sencilla de entender si es dividida en subfórmulaslógicas. La potencia de salida de red de la fuente interferente hacia elreceptor de interés es igual a:

LTx - ATx + GTx - DTxCp

La atenuación total de la señal no deseada en el receptor (excepto filtros deradio) es igual a:

GRx - ARx - DRxCp

La fórmula general para el cálculo del nivel de señal interferente paraoperación X-polar es (la señal deseada y la interferente tienen unapolarización opuesta):

LIi = 10log(10^((LTx - ATx + GTx - DTxXp - Afs - AA + GRx - ARx - DRxCp)/10)138) + (10^((LTx - ATx + GTx - DTxCp - Afs - AA + GRx - ARx - DRxXp)/10))

Figura 85 Modelo de interferencia (operación polarización cruzada)

LTx ATxGTx

DTxCp

Estación disturbadora Estación disturbada

GRx

DRxCp

LARxAfsAA

Tx RxIi

LTx ATxGTx

DTxCp

GRx

DRxXp

LARxAfsAA

Tx RxIiV

LTx ATxGTx

DTxXp

Estación disturbadoraen polarización vertical

Estación disturbadaen polarización horizontal

GRx

DRxCp

LARxAfsAA

Tx Rx

IiH

Vertical

Horizontal


La estación perturbadora transmite la señal con una polarización opuesta ala de la estación perturbada. La supresión de la componente depolarización cruzada en la antena transmisora no es infinita. En ladirección del lóbulo trasero, la mayoría de las antenas tienenaproximadamente el mismo nivel de radiación para ambas polarizaciones;dando una discriminación de no polarización cruzada en esa direcciónparticular.

Considérese el modelo de la figura 85. El transmisor perturbador estatransmitiendo tanto en la componente vertical como en la horizontal (máspequeña). La antena receptora en la estación perturbada recibirá ambaspolarizaciones, pero las dos componentes experimentarán generalmenteuna discriminación diferente en la antena receptora. Así que, el nivel deinterferencia recibido en la estación perturbada es la suma de lacomponente vertical y horizontal. En la mayor parte de los casos una de lasdos componentes dominará, dependiendo de la relación entre RxXpTxXp DD y y para los ángulos particulares para el vano dado. De nuevo, dividiendo lafórmula proporciona las siguientes subecuaciones:

La potencia de salida de red de una componente copolar de señal (referidaal receptor) de la estación perturbadora es igual a:

LTx - ATx + GTx - DTxXp

La atenuación de esta señal co-polar en el receptor viene dada por:

GRx - ARx - DRxCp

La potencia de salida de red de la componente de polarización cruzada dela señal (referida al receptor) de la estación perturbadora es igual a:

LTx - ATx + GTx - DTxCp

La atenuación de esta señal de polarización cruzada en el receptor vienedada por:

GRx - ARx - DRxXp

Sumando el nivel de entrada de las señales interferentes co-polar y depolarización cruzada en una base de potencia proporciona el nivel total deinterferencia en el receptor perturbado. Los símbolos utilizados en lasfórmulas son explicados en la siguiente página.

LIi : nivel de una señal interferente simple en dBm.


LTx : nivel de salida del transmisor perturbador en dBm.ATx : nivel de salida del transmisor perturbador en dBm.GTx : atenuación por guía de ondas/derivadores en dB en la estación

transmisora.DTxCp : ganancia máxima de antena para la antena transmisora en dB

(estación perturbadora).DTxXp : DTxXp : discriminación X-polar de la antena en dB para la

estación transmisora.Afs : atenuación de espacio libre en dB.AA : atenuación adicional en dB debido a la no claridad del vano

interferente, y/o atenuadores de RF para ajuste de nivel.GRx : ganancia máxima de antena para la antena receptora en dB

(estación perturbada).ARx : atenuación por guía de ondas/derivación en dB en la estación

receptora.DRxCp : discriminación co-polar de la antena en dB para la estación

receptora.DRxXp : discriminación de polarización cruzada de la antena en dB para

la estación receptora.

Si está presente más de una señal interferente, el nivel de interferenciatotal, LI, es obtenida de acuerdo con la fórmula 131).

15.4.2 Fórmulas para configuración triangular

Para configuraciones de red triangulares como la de la figura 80, lasfórmulas 137) y 138) pueden ser combnadas y simplificadas. Cuando losvanos de las señales interferentes y deseada coinciden, se pueden utilizarlas siguientes fórmulas.

15.4.2.1 Perturbaciones externas por una estación nodal

TxA1 -> RxC in figure 80.

139) LIi = LRx - AG + ∆G + ∆LTx

LRx : nivel de entrada de la señal deseada en dBm durante el tiempolibre de desvanecimiento.

AG : discriminación de antena para el ángulo Θ en dB, para laantena en la estación nodal, referida a la ganancia máxima dela antena


∆G : diferencia en ganancia en dB entre las dos antenas en el puntonodal.+ para ganancias más grandes de la antena perturbadora deltransmisor- para menores ganancias en la antena perturbadora del transmisor

∆LTx : diferencia en dB entre los niveles de potencia de salida de los dostransmisores (A1 y A2).+ para potencias de salida mayores del transmisor perturbador(A1).- para potencias de salida menores en A1.

Θ : ángulo entre las señales deseada e interferente

15.4.2.2 Perturbaciones externas sobre una estación nodal

TxC -> RxA1 in figure 80..

140) LIi = LRx - AG + ∆G + ∆LRx

∆G : diferencia en ganancia en dB entre las dos antenas en el puntonodal+ para ganancias mayores de la antena perturbada del receptor.- para ganancias menores de la antena perturbada del receptor.

∆LRx : diferencia en dB entre los niveles de entrada para la señal deseadaen el receptor perturbado (A1) y para el receptor subordinado altransmisor perturbador (A2). Los niveles se refieren al tiempo librede desvanecimiento (niveles de entrada nominales)+ para nivel de entrada menor en el receptor perturbado (A1).- para la entrada mayor en A1.Los otros parámetros tienen sus definiciones previas.

15.4.2.3 Condiciones óptimas

Si la red es planificada para antenas iguales e iguales niveles detransmisión y recepción en el punto nodal ( )0,0,0 =∆=∆=∆ RxTx LLG Lasfórmulas de arriba 139) y 140) pueden ser escritas como:

141) LIi = LRx - DA

El nivel de interferencia simplemente iguala el nivel de entrada a la señaldeseada menos la discriminación de la antena. Esto implica que ladiscriminación de la antena debe ser mayor que la suma del margen dedesvanecimiento y la relación S/I requerida para evitar la degradación delumbral.


15.5 Procedimiento de cálculoLa explicación del procedimiento de cálculo está basado en un “caso deestudio” introducido en la figura 86. Este caso será utilizado a lo largo deeste capítulo.

Figura 86 Red de radio enlace

15.5.1 PrecondicionesPara racionalizar el trabajo, se recomiendan las siguientes ayudas:Diagrama de redEl diagrama de red, dibujado a escala y ángulo, incluyendo todos loscircuitos de radioenlace existentes en la banda de frecuencias concerniente,los planificados y las futuras extensiones. Se señalan los números de canalRF, polarizaciones y etiquetado de subbandas. (Ver la figura 86).Si están disponibles las localizaciones de los emplazamientos en valores decoordenadas, sería de gran ayuda un programa que calculara las distanciasy ángulos entre estaciones.

Datos de redLos datos de red, tal como tipos de antena, diagramas de radiación deantenas (figuras 87-90), potencia de salida del transmisor, niveles umbralesde los receptores, predicciones de niveles de entrada en el receptor yatenuaciones por guía de ondas.

Equipamiento RE datos de interferenciasLos datos de interferencia de equipamiento RE vienen dados normalmenteen diagramas:Diagramas de interferencia digital a digital.

Instalación principal

Centro ciudad


Mt. High

Colina

Estación de Energia

Estación A

Estación B


Diagramas de interferencia digital a analógica.Diagramas de interferencia analógica a digital.(En este documento no son de interés las analógicas a analógicas.)

Atenuación de canal adyacente como función del espaciado de canal.

Las configuración de las hojas de cálculo de Excel incluyen cálculos deestos parámetros.

Diagramas de radiación de antena

Deben estar disponibles los diagramas de radiación para todas los tipos deantenas usados en la red.Para cálculos automáticos de las interferencias, losdiagramas de antena deben estar disponibles en una base de datos,combinandola con un programa de cálculo de interferencias.

15.5.2 Cálculos de interferencias en redes digitales

Los cálculos de interferencias se explican examinando la red digital de lafigura 86. Asumamos que contribuye todo posible vano interferente. Elnúmero de vanos interferentes es entonces:

142) N = 2.m.(m-1) = 2.m.n

Cada receptor es perturbado por

143) n = m - 1

señales interferentes

m ... número total de vanos de RE.N ... número total de vanos interferentes en la red.n ... número total de vanos interferentes para un receptor.

Para un total de 5 vanos RE (figura 86) se tiene:

n = 5 - 1 = 4 y N = 2 . 5 . 4 = 40

Datos del equipamiento

Se utilizará el equipamiento del radioenlace digital de Nera en estoscálculos.


Capacidad: 140 Mb/sFrecuencia de radio: 6770 MHzPotencia de transmisión: 29 dBmPérdidas por derivación: 1.2 dB (1+1 system)Umbral del receptor: -73 dBm (BER 10-3)Umbral del receptor: -69 dBm (BER 10-6)

aración de canal adyacente:Antena común: 80 MHz para polarización paralela

40 MHz para polarización cruzada

Los datos de antena se pueden calcular en las figuras 87 a 90.

15.5.2.1 Evaluaciones de la interferencia

En principio, debería ser necesario chequear cada discriminación de antenaen las estaciones nodales para todas las perturbaciones. Inicialmente, solotiene que ser examinado el vano de interferencia más crítica (invitadointeligente) . El resultado de este chequeo da una idea sobre los problemasde interferencia para el sistema total. Asumiendo que la figura 86 estádibujada a escala, el vano Instalación Principal – Centro de Adiestramientoprobablemente sea el vano mas crítico en este sistema.

15 30 45 60 75 90 105120 135 150 165180

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 dB

0 5 10

GANI * : 39.7 dB 0.2ANCHO A 3 dB : 0.85VSWR 1.06

* A frecuencia central

±± °

≤

POL. HORIZONTAL POL. VERTICAL POL. CRUZADA

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Diagrama de radiacion

ANTENA TIPO : STANDARD FRECUEU NCIA : 6.425 - 7.125 GHzDIAMETRO : 2.0 m

Figura 87 Diagrama antena de 2.0 m

15 30 45 60 75 90 105120 135 150 165180

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 dB

0 5 10

GAN * : 43.8 dB 0.2ANCHO A 3 dB : 0.55VSWR 1.06


±± °

≤

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

Diagrama de radiacion

ANTENA TIPO : STANDARD FRECUENCIA : 6.425 - 7.125 GHzDIAMETRO : 3.0 m

POL. HOR. O VER.

POL. CRUZADA

Figura 88 Diagrama antena de 3.0 m


Figura 86 se dibuja en esta sección para incluir algunos detalles más.

Figura 91 Red DRE- con la primera asignación de frecuencias.

La siguiente evaluación comienza con un plan de frecuencias irreal. Esto sehace para mostrar al lector la influencia de las fuentes de interferenciaimplicadas, así como el efecto de las diferentes contramedidas sugeridasdurante la evaluación. Se debería notar además que la figura 91 nomuestra la primera asignación de frecuencias presentadas por un diseñadorde sistemas experimentado.

15 30 45 60 75 90 105120 135 150 165180

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 dB

0 5 10



±± °

≤

POL. HORIZONTAL POL. VERTICAL POL. CRUZADA

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

DIAGRAMA DE RADIACION

ANTENA TIPO : HIGH PERFORMANCE FRECUENCIA : 6.425 - 7.125 GHzDIAMETRO : 2.0 m

Figura 89 Diagrama antena de 2.0m HP

15 30 45 60 75 90 105120 135 150 165180

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0 dB

0 5 10



±± °

≤

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

DIAGRAMA DE RADIACION

ANTENA TIPO : HIGH PERFORMANCEFRECUENCIA : 6.425 - 7.125 GHzDIAMETRO : 3.0 m

POL.HOR.O VER.OL

PO. CRUZADA

Figura 90 Diagrama antena de 3.0 m HP


Centro ciudad

Centro adiestramiento

Mt. High

Colina

Estación de Energia Estación A

Estación B1,3 V

1,3 V / 12 km

1,3 V

1,3 V

1,3 V

38 km

15 km

42 km

45 km

Angulos:

Estación de Energia - Instalación principal - Colina

Estación de Energia - Instalación principal - Ciudad

Colina - Instalación principal - Ciudad:

Colina - Instalación principal - Adiestramiento :

Colina - Instalación principal - Adiestramiento :

Instalación principal - Adiestramiento - Mt. High:

Estación de Energia - Instalación principal - Adiestr. :

degrees:

117

140

175

103

68

35

130


Para comenzar, se utilizan antenas de rendimiento estándar, y no serealizan ajustes de nivel para reducir problemas de interferencias. Estoproporciona la evaluación en su “peor caso”. Los cálculos de lasinterferencias se llevan a cabo utilizando la hoja de cálculo de Excel,incluyendo algunos pasos extra para proporcionar algunos puntos de test allector.

Vano Instalación Principal – Centro de Adiestramiento

Centro de Adiestramiento hacia Instalación PrincipalInterferencia de Colina-> Inst Colina-> Inst Energ-> Inst Energ-> InstItem Unidad C-pol X-pol C-pol X-pol C-pol X-pol C-pol X-polFrecuencia GHz 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77Distancia km 15 15 12 12 38 38 42 42Potencia salida Tx dBm 29 29 29 29 29 29 29 29Ganancia antena Tx dB 40.3 40.3 40.3 40.3 43.6 43.6 43.6 43.6Pérdidas Tx dB 2.3 2.3 2.5 2.5 3 3 3 3Dir. discr. Tx (pol) dB 0 30 0 30 0 30 55 62Potencia red salida dBm 67 37 66.8 36.8 69.6 39.6 14.6 7.6Perdida espacial int. dB 132.5 132.5 130.6 130.6 140.6 140.6 141.5 141.5Nivel entrada Rx (nom) dBm -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9Ganancia antena Rx dB 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6Pérdidas Rx dB 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1 3.1Dir. Discr. Rx (pol) dB 46 53 46 53 55 62 0 30Nivel de interferencia dBm -71.0 -78.0 -69.3 -76.3 -85.5 -92.5 -86.4 -93.4S/I (sin desvanecimiento) dB 38.1 45.1 36.4 43.4 52.6 59.6 53.5 60.5Umbral 1E-3 dBm -73 -73 -73 -73 -73 -73 -73 -73Umbral 1E-6 dBm -69 -69 -69 -69 -69 -69 -69 -69S/I BER 1E-3 dB -2.0 5.0 -3.7 3.3 12.5 19.5 13.4 20.4S/I BER 1E-6 dB 2.0 9.0 0.3 7.3 16.5 23.5 17.4 24.4

Centro de Adiestramiento hacia Instalación PrincipalInterferencia de Colina-> Inst Colina-> Inst Energ-> Inst Energ-> InstItem Unidad C-pol X-pol C-pol X-pol C-pol X-pol C-pol X-polFrecuencia GHz 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77 6.77Distancia km 42 42 42 42 42 42 45 45Potencia salida Tx dBm 29 29 29 29 29 29 29 29Ganancia antena Tx dB 40.3 40.3 40.3 40.3 43.6 43.6 43.6 43.6Pérdidas Tx dB 2.5 2.5 3 3 3.8 3.8 2.1 2.1Dir. discr. Tx (pol) dB 53 55 45 45 55 62 0 30Potencia red salida dBm 13.8 11.8 21.3 21.3 13.8 6.8 70.5 40.5Perdida espacial int. dB 141.5 141.5 141.5 141.5 141.5 141.5 142.1 142.1Nivel entrada Rx (nom) dBm -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9 -32.9Ganancia antena Rx dB 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6 43.6Pérdidas Rx dB 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3Dir. Discr. Rx (pol) dB 0 30 0 30 0 30 54 62Nivel de interferencia dBm -87.4 -89.4 -79.9 -79.9 -87.4 -94.4 -85.3 -93.2S/I (sin desvanecimiento) dB 54.5 56.5 47.0 47.0 54.5 61.5 52.4 60.3Umbral 1E-3 dBm -73 -73 -73 -73 -73 -73 -73 -73Umbral 1E-6 dBm -69 -69 -69 -69 -69 -69 -69 -69S/I BER 1E-3 dB 14.4 16.4 6.9 6.9 14.4 21.4 12.3 20.2S/I BER 1E-6 dB 18.4 20.4 10.9 10.9 18.4 25.4 16.3 24.2

El vano Centro de Adiestramiento hacia Instalación Principal será utilizadopara explicar la configuración. La interferencia más crítica proviene delvano perturbador Centro Ciudad hacia Instalación Principal. El nivel deinterferencia se calcula mediante las operaciones copolar y de polarizacióncruzada para introducir los procedimientos.


Operación co-polar

LTx 29.0 dBm GRx 43.6 dBATx 2.5 dB DRxCp 46.0 dBGTx 40.3 dB ARx 3.1 dBDTxCp 0.0 dB

Figura 92 Ejemplo de cálculo (operación co-polar)

La distancia de Centro de Ciudad a Instalación Principal es de 12 kmproporcionando una pérdida de espacio libre de Afs = 130 6. dB a 6.77GHz. Los valores dados en la figura 92 proporcionan un nivel deinterferencia LIi = −69 3. dBm para operación co-polar:

L L A G D A G D AIi Tx Tx Tx TxCp fs Rx RxCp Rx= − + − − + − − = −69 3. dBm

LTx ATxGTx

DTxCp

Estación disturbante Estación disturbada

GRx

DRxCp

LARxAfsAA

Tx RxIi


Operación de polarización cruzada

LTx 29.0 dBm GRx 43.6 dBATx 2.5 dB DRxCp 46.0 dBGTx 40.3 dB DRxXp 53.0 dBDTxCp 0.0 dB ARx 3.1 dBDTxXp 30.0 dB

Figura 93 Ejemplo de cálculo (operación polarización cruzada)

Asumamos que el vano Centro de Adiestramiento hacia InstalaciónPrincipal opera con polarización vertical y Centro de Ciudad - InstalaciónPrincipal en horizontal.

Componente vertical

La estación perturbadora (Centro de Ciudad) está transmitiendo enpolarización horizontal, así que la componente vertical es la componentede polarización cruzada en esta estación. Consecuentemene ladiscriminación de la antena en el transmisor es igual a DTxXp . De manerasimilar, la polarización vertical es la componente co-polar en el receptor,así que la discriminación de la antena es igual a DRxCp . La componentevertical de la señal interferente se calcula mediante:

L L A G D A G D AIiV Tx Tx Tx TxXp fs Rx RxCp Rx= − + − − + − − = −99 3. dBm

LTx ATxGTx

DTxCp

GRx

DRxXp

LARxAfsAA

Tx RxIiV

LTx ATxGTx

DTxXp

Estación disturbadoraen polarización vertical

Estación disturbadaen polarización horizontal

GRx

DRxCp

LARxAfsAA

Tx Rx

IiH

Vertical

Horizontal


Componente horizontal

La componente horizontal es la componente co-polar en la estacióntransmisora del Centro de Ciudad. Consecuentemente la discriminación dela antena en el transmisor es igual a DTxCp . La polarización horizontal es lacomponente de polarización cruzada en el receptor, así que ladiscriminación de la antena es igual a DRxXp .La componente horizontal de la señal interferente se calcula mediante:

L L A G D A G D AIiH Tx Tx Tx TxCp fs Rx RxXp Rx= − + − − + − − = −76 3. dBm

La componente horizontal es la parte dominante de la señal interferente, asíque el nivel de interferencia total es LIi = −76 3. dBm para operación depolarización cruzada.

La Figura 81 muestra que el nivel de interferencia combinada debe sermenor que aproximadamente –105 dBm para evitar cualquier degradacióndel umbral (< 1 dB de degradación). Los cálculos de las interferenciasmuestran que el nivel de interferencia es mucho mayor, incluso con laspolarizaciones opuestas en los diferentes vanos. Es también evidente quees casi imposible alcanzar la relación S/I requerida mediante el único usode antenas mejores. El uso de antenas HP proporcionaría mejoras típicas de10 dB en la discriminación de antena. El uso de antenas SHXP proporcionacasi la discriminación necesaria, pero a un coste bastante mayor.

Este estudio preliminar de las interferencias muestra que es necesario eluso de otros canales RF en algunos de los vanos de la estación nodalInstalación Principal. Es también preferible utilizar diferentespolarizaciones en algunos de los vanos críticos.

Se supone que el sistema es expandible (hasta 3+1) en el futuro. Estorestringe el uso de canales de radio, y es deseable el uso de las mismasfrecuencias lo más prolongadamente posible.

Contramedidas

Los problemas de interferencia pueden reducirse disminuyendo la potenciade salida en las vanos cortos de Instalación Principal hacia Colina y Centrode Ciudad. Es deseable tener aproximadamente el mismo nivel de entradaen todos los receptores del punto nodal. Insertando un atenuador de 6 dBen el transmisor en esos dos vanos más cortos casi equilibraría los nivelesde entrada en los puntos nodales.


Utilizar antenas de alto rendimiento en todas las radios de la InstalaciónPrincipal, permite utilizar la misma frecuencia en la ruta principal (granrelación delante a atrás), y también la misma frecuencia en los dos saltosmás cortos. Manteniendo las antenas SP en el Centro de Adiestramiento, sefuerza a cambiar los canales RF en el vano Centro de Adiestramiento - Mt.High. Para reducir posibles problemas de interferencias con los vanosColina- Instalación Principal - Centro de Ciudad, la polarización semantiene sin cambio (vertical).La Figura 94 muestra la red con la nueva asignación de frecuencias.

Figura 94 Red DRE con la segunda asignación de frecuencias

Los cálculos resultantes de las interferencias muestran niveles reducidos deinterferencia en los vanos críticos. Los niveles umbrales del receptor seresumen en la tabla 15. La degradación del umbral se limita a ∼1 dB.

Vano Salida Umbral 1E-3Centro de Energía- Instalación Principal 29.0 dBm -72.3 dBmColina- Instalación Principal 19.0 dBm -71.9 dBmCentro de Ciudad - Instalación Principal 19.0 dBm -71.9 dBmInstalación Principal - Centro de Adiestramiento 29.0 dBm -72.3 dBmCentro de Adiestramiento 29.0 dBm -73.0 dBm

Tabla 15 Niveles umbral con niveles de interferencia reducidos.


Centro ciudad


Mt. High

Colina

Estación de Energia

Estación A

Estación B

1,3 H

2,4 H

2,4 H

1,3 V

2,4 V


15.5.2.2 Resumen de cálculos de la interferencia

Habiendo llevado a cabo los cálculos de las interferencias después de habersugerido las necesarias contramedidas, es la hora de resumir el sistemaresultante.

Contramedidas

Los cálculos de interferencias verificaban la necesidad de antenas de altorendimiento en la Instalación Principal. Era también necesario utilizar otropar de canales de radio en los vanos más cortos (Colina- InstalaciónPrincipal - Centro de Ciudad). Una reducción de 10 dB del nivel depotencia de salida en estos vanos más cortos fue sugerida también. Estopodría dar una reducción de la potencia permanente o una reducciónadaptativa utilizando el Control de Automático de Potencia de Transmisión(ATPC).

15.6 El plan de frecuencias

En la Figura 94 se indica la asignación de frecuencias como soporte paracálculos de interferencias. El plan de frecuencias se presenta normalmentede otra forma, como se muestra en la figura 95.

Figura 95 Plan de frecuencia para un caso de estudio

PLAN DE FRECUENCIASEstudio del plan de frecuencias

Estación deenergia

Colina

Centro deadiestra-miento

Centrociudad

Mt. High

Instalaciónprincipal

CCIR rec. 384-5

6430-7110 MHz

Sep.can.40 MHz

Sep.Dup.340 MHz

1,3H

1’3’

2,4H

2’,4’

1,3V

1’3’

2,4V

2’,4’

2,4V

2’4’

1 3 5 72 4 6 8

1’ 3’ 5’ 7’2’ 4’ 6’ 8’

16. Fiabilidad 163

Capitulo

9.

16.

16. Fiabilidad

La indisponibilidad total de un vano de radio es la suma de la probabilidadde que el hardware se averíe y la indisponibilidad debido a la lluvia. Estecapítulo cubrirá la indisponibilidad debido a averías en el hardware. Sedebe notar que ha de considerarse como la indisponibilidad deequipamiento tanto a la dirección de ida como a la de vuelta, que es dosveces el valor calculado. La probabilidad de que un equipo electrónico seaveríe en servicio no es constante con el tiempo. La Figura 96 muestra quelos fallos iniciales provocan una mayor probabilidad de averías durante elprimer periodo de vida. De forma similar, las averías por desgasteproporcionan una más alta probabilidad durante el periodo final. Noscentraremos en la vida útil donde las averías proporcionan unaprobabilidad constante.

Figure 96 Probabilidad de avería.

Averias aleatorias

Periodo de funcionamiento

Periodode “quemado”

Probabilidadde fallo

Averias

Iniciales Averias enfuera de uso

Periodo defuera de uso

Tiempo

164 16. Fiabilidad

16.1 Tasa de fallos del equipoDespués del periodo inicial, la proporción de averías se asume comoconstante hasta el comienzo del periodo de desgaste, y la fiabilidad de losequipos puede ser predicha utilizando métodos analíticos.

Si la proporción de avería es is is λ, la probabilidad de m averías cuando setestean n módulos de equipos en una unidad de tiempo es dada por ladistribución binómica:

144) ( ) ( ) mnmm mnm

np −−−

= λλ 1!!

!

El valor medio de esta distribución es

145) p m nmm

n⋅ = ⋅

= λ

0

La media de módulos de equipamiento sobreviviendo después de unaunidad de tiempo es de esta forma

146) N n navg = − ⋅λ

La variación del número de módulos de equipamiento sobreviviendo con eltiempo viene dada por

147) n dndt

n n+ = − ⋅λ

Resolviendo esta ecuación, es posible encontrar cómo varía de media elnúmero de módulos de equipo sobreviviendo

148)

toequipamien de módulos de inicial número

;

0

0

=

⋅=⋅−= −

n

ennndtdn tλλ

Un ritmo constante de averías proporciona una reducción exponencial delos módulos de equipo que sobreviven.

16. Fiabilidad 165

16.2 MTBF de los módulos

Si el ritmo de avería por unidad de tiempo es igual a λ, la media de tiempoentre averías viene dada por

148) λλ

⋅ = =∆ ∆t t1 1

∆t se denomina MTBF (Tiempo medio entre averías). Es más convenienteusar MTBF que cuando se calculan indisponibilidades.

16.3 Calculo de indisponibilidad

16.3.1 Indisponibilidad de un módulo del equipo

La indisponibilidad de un módulode equipo viene dada por

149) N MTTRMTBF MTTR1 =

+

donde MTTR (Tiempo medio para la reparación) es el tiempo esperadoantes de que la avería sea reparada. Para equipos de telecomunicacionesMTBF >> MTTR y la ecuación 150) puede ser aproximada por

N MTTRMTBF1 ≈

Ejemplo:

Grupo transmisor 140 Mb/s - 64 QAM

MTBF = 125000 hours MTTR = 10 hours

N1510

125000 1010

1250008 10=

+≈ = ⋅ −

N1

166 16. Fiabilidad

16.3.2 Indisponibilidad de módulos en cascada

El sistema en la figura 97 estará disponible solo si todos los módulos estándisponibles simultáneamente.

Figura 97 Módulos en cascada

La disponibilidad del sistema total será

150) ( )∏∏==

−==n

ii

n

iis NAA

11

1

La indisponibilidad correspondiente viene dada por

152) ( )∏ = ==

=

−−≈−−=−=n

i

n

ii

n

iiiss NNNAN

1 1111111

Por lo tanto, cuando la indisponibilidad es mucho más pequeña que ladisponibilidad, la indisponibilidad de un sistema de módulos en cascada esla suma de las indisponibilidades de sus módulos individuales.

16.3.3 Indisponibilidad de módulos paralelos

Para mejorar la disponibilidad del sistema,los módulos pueden ser conectados enparalelo. El sistema estará entoncesindisponible sólo si todos los módulosestán indisponibles simultáneamente.La indisponibilidad viene dada por

153) N Ns ii

n=

=∏

1

Figura 98 Módulos paralelos

N1 N2 N3 Nn

N1

N2

N3

Nn

16. Fiabilidad 167

16.3.4 Indisponibilidad de un sistema redundante n+1

En equipos de telecomunicaciones un sistema redundante se utiliza amenudo para mejorar el rendimiento del sistema sometido a perturbacionesatmosféricas y para reducir la indisponibilidad del sistema. Un canalprotegido está indisponible si dos de los canales desprotegidos estánindisponibles. Se asume que la probabilidad de que más de dos canales noestén disponibles es despreciable.

Si la indisponibilidad de un canal no protegido es igual a N, laindisponibilidad de un canal protegido viene dada por

154) ( )

( )( ) ( )( ) 2121 1

!21!2!11 −+

+ −

−++= n

n NNnn

nN

Para equipos de telecomunicación, la indisponibilidad es mucho menor quela disponibilidad, y la ecuación 154) se puede aproximar por

N n Nn+ ≈ +1

212

Ejemplo:

Figura 99 Diagrama de bloques simplificado.

El diagrama de bloques de arriba muestra un vano de radio en unaconfiguración de sistema 1+1. Los valores MTBF para los módulos delsistema vienen dados en la tabla 16.

Cableecualizador

Modulator

Modulador

Transmis.

Demod.

Receptor

Receptor

Demod

Demod ReceptorDistr.

Unidadconmut.

ConmutadTransmis.

168 16. Fiabilidad

Módulo MTBF Tasa deavería

Ecualizador de cable 830 000 horas 1 2 10 6. ⋅ −

Modulador 375 000 horas 2 7 10 6. ⋅ −

Transmisor 290 000 horas 3 5 10 6. ⋅ −

Receptor 200 000 horas 5 0 10 6. ⋅ −

Demodulador 315 000 horas 3 2 10 6. ⋅ −

Unidad conmutadora 3 300 000 horas 0 3 10 6. ⋅ −

Conmutador de transmisor 555 000 horas 1 8 10 6. ⋅ −

Unidad de distribuciónreceptora

830 000 horas 1 2 10 6. ⋅ −

Tabla 16 valores MTBF

Los ritmos de avería para dos vanos redundantes son

( ) 661 104.14102.30.55.37.2 −− ⋅=⋅+++=rλ

( ) 662 104.17102.12.30.55.37.28.1 −− ⋅=⋅+++++=rλ

El ritmo de avería para unidades comunes:

( ) 66 105.1103.02.1 −− ⋅=⋅+=cλ

Tiempo medio para reparación: MTTR = 3 horas para todas las unidades.

Las correspondientes indisponibilidades serán entonces:

N MTTRr r1 154 32 10≈ ⋅ = ⋅ −λ . N MTTRr r2 2

55 22 10≈ ⋅ = ⋅ −λ .

N MTTRc c≈ ⋅ = ⋅ −λ 4 5 10 6.

La indisponibilidad del equipamiento es, de esta forma,

( ) 621 1050226.4 −⋅=⋅+= rrce NNNN

Comparando los valores de Ne con Nc claramente indica que los módulosno protegidos en el sistema dominan la indisponibilidad de equipamiento.

16. Fiabilidad 169

La indisponibilidad de vano y la disponibilidad son

N Np e= ⋅ = ⋅ −2 9 10 6 (or 4½ minute/year)

A Np p= − =1 0 999991. (or 99.9991%)

170 Referencias

Referencias

[1] CCITT Rec. G.801. Modelos de transmisión digitales. CCITTVolumen III - Fascículo III.5, Ginebra 1989.

[2] CCITT Rec. G.821. Característica de error de una conexión digitalinternacional que forme parte de una Red Digital de ServiciosIntegrados. CCITT Volumen III - Fascículo III.5, Ginebra 1989.

[3] ITU-T Rec. G.826, " Parámetros y objetivos de las características deerror para trayectos digitales internacionales de velocidad binariaconstante que funcionan a la velocidad primaria o a velocidadessuperiores ", 08/96.

[4] ITU-T Rec. G.827, " Parámetros y objetivos de disponibilidad paraelementos de trayectos digitales internacionales de velocidad binariaconstante que funcionan a la velocidad primaria o a velocidadessuperiores ", 08/96.

[5] ITU-R Rec. F.557-4. Objetivo de disponibilidad de sistemas de radioenlace sobre un circuito de referencia hipotético y un vano digital dereferencia hipotético, Ginebra 1997.

[6] ITU-R Rec. 594-4. Objetivos de error de funcionamiento de un vanodigital de referencia hipotético para sistemas de radio enlace queprovean conexiones a una velocidad de bit por debajo del ratioprimario y que forman parte de una porción de alto grado de una reddigital de servicios integrados, Ginebra 1997.

[7] CCITT Rec. I.411. ISDN Interfaces usuario-red – Configuracionesde referencia. CCITT Volumen III - Fascículo III.8, Ginebra 1989.

[8] ITU-R Rec. F.696-2. Objetivos de calidad y de disponibilidad parasecciones digitales de referencia hipotéticas formando parte de unaporción de medio grado de una red digital de servicios integrados, auna velocidad de bit por debajo del ratio primario utilizando sistemasdigitales de radio enlaces, Ginebra 1997.

Referencias 171

[9] ITU-R Informe 1052-1. Objetivos de calidad y de disponibilidad parasistemas de radio enlaces digitales utilizados en porciones de gradomedio de una conexión ISDN. Informes de la ITU-R, Anexo alVolumen IX-Parte 1, Ginebra 1990.

[10] ITU-R Rec. 697-2. Objetivos de calidad y disponibilidad paraporciones de grado local para cada extremo de una conexión de unared digital de servicios integrados a una velocidad de bit por debajodel ratio primario utilizando sistemas digitales de radio enlace,Ginebra 1997.

[11] ITU-R Informe 1053-1. Objetivos de error de funcionamiento ydisponibilidad para sistemas de radio enlace digital utilizados enporciones de grado local de conexiones ISND. Informes de la ITU-R,Anexo al Volumen IX-Parte 1, Ginebra 1990.

[12] S. H. Lin, T. C. Lee, M. F. Gardina: "Diversity Protections forDigital Radio - Summary of Ten-Year Experiments and Studies".IEEE Communications Magazine, February 1988 - Vol. 26, No.2.

[13] W. D. Rummler: "A Statistical Model of Multipath Fading on aSpace Diversity Radio Channel".

[14] W.D. Rummler, "A new selective fading model: Application topropagation data". The Bell System Technical Journal, vol. 58, No. 5,May-June 1979, pp. 1037-1071.

[15] W. D. Rummler: "A Rationalized Model for Space and FrequencyDiversity Line-of-Sight Radio Channels". Bell Laboratories,Holmdel, New Jersey 07733 (IEEE 1983).

[16] "Prediction of Transmission Quality on Digital L.O.S. RadioRelays", ABB Nera, September 9. 1992.

[17] E. Damosso, R. Failli: "Space and frequency diversity in digitalradio: experimental results", CSELT Technical Informes - Vol. XIII -No. 2 - April 1985.

[18] Datos de propagación y métodos de predicción requeridos ensistemas de visibilidad directa. Informe 338-6. Informes de la ITU-R., 1990. Anexo al Volumen V. Propagación en medios noionizados. Ginebra ISBN 92-61-04211-2.

172 Referencias

[19] Atenuación por gases atmosféricos. ITU-R Recomendación P.676-3,Ginebra 1997.

[20] Vapor de agua: densidad superficial y contenido total columnar. ITU-R Recomendación P.836-1, Ginebra 1997.

[21] Características de la precipitación para modelado de propagación,P.837-1, Ginebra 1994.

[22] R. W. Hubbard: "Angle Diversity Reception for L.O.S. DigitalMicrowave Radio", U.S. Department of Commerce, NationalTelecommunications and Information Administration, Institute forTelecommunication Sciences, Boulder, CO 90303.

[23] Lin, Ginger, Alley: "Angle Diversity on Line-of-Sight MicrowavePaths Using Dual-Beam Dish Antennas", AT&T Bell Laboratories,Andover, MA, ICC '87.

[24] ITU-R Rec. F.634-4: Objetivos de calidad para enlaces de radioenlace digitales reales formando parte de una porción de alto gradode una conexión digital internacional a una velocidad de bit pordebajo del ratio primario dentro de una red digital de serviciosintegrados. Ginebra 1997.

[25] ITU-R Recomendación F.1092-1. Objetivos calidad para unavelocidad de bit constante para un vano digital en o sobre el ratioprimario en sistemas de transporte de radio enlace digitales quepueden formar parte de una porción internacional de un vano dereferencia hipotético de 27500 km. Ginebra 1997.

[26] ITU-R Recomendación F.1189-1. Objetivos de calidad para unavelocidad de bit constante en un vano digital sobre el ratio primarioen un sistema de radio enlace digital que puede formar parte de unaporción nacional de un vano de referencia hipotético de 27 500 km.Ginebra 1997.

[27] Objetivos de disponibilidad para enlaces de radio enlace digitalesreales formando parte de un circuito de alto grado dentro de una reddigital de servicios integrados. Recomendación 695.Recomendaciónes del ITU-R. 1990, Volumen IX - part 1. ServiciosFijos usando Sistemas de Radioenlace. Ginebra ISBN 92-61-04251-1.

Referencias 173

[28] Datos meteorológicos de radio. Informe 563-4. Informes de ITU-R.,1990. Anexa al Volumen V. Propagación en medios no ionizados.Ginebra ISBN 92-61-04211-2.

[29] Efectos de la propagación sobre el diseño y operación de sistemas devisibilidad directa. Informe 784-3. Informes de ITU-R., 1990. Anexoal Volumen IX - parte 1. Servicio fijo usando sistemas deradioenlace. Ginebra ISBN 92-61-04251-1.

[30] Atenuación producida por hidrometeoros, en particular en forma delluvia, y por otras partículas atmosféricas. Informe 721-3. Informesde la ITU-R., 1990. Anexo al Volumen V. Propagación en medios noionizados. Ginebra ISBN 92-61-04211-2.

[31] Datos de propagación y métodos de predicción requeridos para eldiseño de sistemas terrestres de visibilidad directa. ITU-RRecomendación P.530-7, Ginebra 1997.

[32] Características de precipitación para modelado de propagación. ITU-R Recomendación P.837-1, Ginebra 1994.

[33] Radio Regulations, ITU, Geneva 1990, ISBN 92-61-04141-8.

[34] Heinz Karl: “The planning and engineering of radio-relay networks"Radiolänk - projektering - workshop 1988-09-13

[35] Regulaciones Radio, ITU, Ginebra 1990, ISBN 92-61-04141-8.

[36] ITU-R, XVIIth ASAMBLEA PLENARIA, Düsseldorf 1990, Vol.IX.

[37] ITU-R, XVIIth ASAMBLEA PLENARIA, Düsseldorf 1990, Vol. V.

[38] Martin P. M. Hall: "Effects of the troposphere on radiocommunication", IEE Electromagnetic waves series 8. London ISBN0 86341 086 3.

[39] Roger G. Barry, Richard J. Chorley "Atmosphere, Weather &Climate" 6. edition. Routledge, ISBN 0-415-07761-3.

[40] Henri Sauvageot "Radar Meteorology", Artech House, Boston,London ISBN 0-89006-318-4..

174 Referencias

[41] Dennis Roddy and John Coolen: "Electronic communications",Prentice-Hall International Editions, USA 1984, ISBN 0-13-250440-5.

[42] A.A.R. Townsend: "Digital line-of-sight radio links", Prentice Hall,Great Britain 1988, ISBN 0-13-212622-2.

[43] "REG 024 Measurement programme", ABB Nera 1993.

[44] "Propagation Measurements Ilfracombe - St. Hilary", ABB Nera1994.

[45] "XPD Measurements Chasseral - Ginebra, 96.02.08 - 98.03.31, FinalInforme", Nera 1998.

[46] David K. Cheng: "Field and Wave Electromagnetics", Addison-Wesley Publishing Company 2. edition 1989, ISBN 0-201-52820-7.

[47] Adolf J. Giger: "Low-Angle Microwave Propagation: Physics andModelling", Artech House 1991, ISBN 0-89006-584-5

[48] ITU-R Rec. 384-5. Configuraciones de canal de radio frecuencia paramedias y altas capacidades de sistemas de radio digital operando enla banda superior de 6 GHz. Recomendaciones del ITU-R, VolumenIX-Parte 1, Ginebra 1990, ISBN 92-61-04251-1.

[49] ITU-R Rec. 746. Configuraciones de canal de radio frecuencia yutilización del espectro. 1992 - Recomendaciones del ITU-R, Nuevasy revisadas el 8 de Marzo 1992, Ginebra 1992, ISBN 92-61-04531-6.

[50] ITU-R Rec. 452-5. Procedimiento de predicción para la evaluaciónde interferencia de microondas entre estaciones en la superficie de latierra a frecuencias sobre 0.7 GHz. 1992 - Recomendaciones de ITU-R, Nuevas y revisadas el 8 de Marzo 1992, Ginebra 1992, ISBN 92-61-04531-6.

[51] ITU-R Rec. F.1397. Objetivos de calidad para enlaces de radiodigital utilizadas en porciones internacionales de un vano dereferencia hipotético de 27 500 km. en o sobre el ratio primario,Ginebra 1999.

Apéndice A 175

Apéndice A

Mapas de curvas PL (ITU-R rep. 563-4 [28])

Figura A1 Porcentaje gradiente de tiempo ≤ −100( )N / km : Febrero

Figura A2 Porcentaje gradiente de tiempo ≤ −100( )N / km : Mayo

176 Apéndice A

Figura A3 Porcentaje gradiente de tiempo ≤ −100( )N / km : Agosto

Figura A2 Porcentaje gradiente de tiempo ≤ −100( )N / km : Noviembre.

Apéndice B 177

Apéndice B

Mapas zonas de la lluvia (ITU-R rec. 837-1 [21])

Figura B1 Curvas de zona de lluvia (América).

178 Apéndice B

Figura B2 Curvas de zonas de lluvia (Europa y Africa)

Apéndice B 179

Figura B3 Curvas de zonas de lluvia (Lejano Oriente)

180 Apéndice C

Apéndice C

Mapas de contorno de intensidad de lluvia(ITU-R rep. 563-4 [28])

Figura C1 Contorno de intensidad de lluvia para el 0.01% del tiempo(América).

Apéndice C 181

Figura C2 Contorno de intensidad de lluvia para el 0.01% del tiempo(Europa y Africa).

182 Apéndice C

Figure C3 Contorno de intensidad de lluvia para el 0.01% del tiempo(Lejano Oriente)

Apéndice D 183

Apéndice D

Mapas para ∆∆∆∆N y ββββ0 (ITU-R rec. 452-5 [50])

Figura D1 Valores medios anuales de ∆N

Figura D2 Valores medios mensuales máximos de ∆N(Predicción para el peor mes).

184 Apéndice D

Figura D3 Valores medios anuales de β0

Figura D4 Valores medios mensuales máximos de β0(predicción para el peor mes)

Apéndice E 185

Apéndice E

Lista de abreviaturas

Significado las unidades (símbolos)a - Factor climáticoa km Radio de la tierraA % DisponibilidadA m2 Area de aperturaA dB AtenuaciónAfs dB Pérdida en espacio libreATDE - Ecualizador Adaptativo Dominio TiempoATPC - Control Automático de Transmisiónαααα grados ángulob - factor del terrenoB dB profundidad de corte/señalBBE - Error Bloque de FondoBBER % Tasa Error Bloque de FondoBER - Tasa Error Bitc m/s velocidad de la luz en el vacíoC dB coeficiente geográficoC/I dB Relación Portadora/InterferenciaCPA dB Atenuación Co-PolarizaciónCR dB Constante del receptord km longitud del vanoD m diámetroDem - DemoduladorDM - Minuto DegradadoDS MHz Separación Dúplexδδδδ separacióne - logaritmo de base natural (e=2.7182818)e hPa presión del vapor de aguaE V/m Intensidad del campo eléctricoEB - Error de BloqueEIRP dBW Potencia Radiada Isotrópica EfectivaEp mrad inclinación del vanoES - Segundos con Errorf GHz radio frecuenciaF dB Margen de desvanecimientoF dB Figura de ruido

186 Apéndice E

F/B dB Relación frente espaldaF1 m Primera zona de FresnelFDM - Múltiplex por División de frecuenciaFM - Modulación de FrecuenciaG dB Ganancia de la antenaGPS - Sistema de Posicionamiento GlobalΓΓΓΓ MHz espaciamiento de los radio canalesγγγγ dB/km atenuación específicah m altitudH % Humedad relativaH - Polarización horizontalHRDL - Enlace Digital Ficticio de ReferenciaHRDP - Vano Digital Ficticio de ReferenciaHRDS - Sección Digital Ficticia de ReferenciaHRX - Conexión Ficticia de Referenciaηηηη eficiencia de aperturaηηηη - factor de actividad de desvanecimientoI - Factor de mejoraIG - Puerta InternacionalISDN - Red Digital de Servicios IntegradosITU - Unión Internacional de

Telecomunicacionesk - valor k para la curvatura del rayoK - factor geoclimaticok J/K Constante de BoltzmannL dBm Nivel de señalLO - Oscilador LocalLOS - Visibilidad Directaλλλλ - Ritmo de averíaλλλλ m longitud de ondaM - refractividad de radio modificadaMod - ModuladorMTBF - Tiempo Medio Entre AveríasMTTR - Tiempo Medio De Reparaciónn - Índice de refracciónN - Refractividad de radioN % IndisponibilidadNFD dB Discriminación Filtro Trampaνννν m distancia de pitchp hPa presión del aireP W/dBm potenciaP W/m2 densidad de potencia

Apéndice E 187

P % probabilidadP0 % factor de ocurrencia de desvanecimientoPDH - Jerarquía Digital PlesiócronaPEP - Vano Punto FinalPL % gradiente de porcentaje de tiempo ≤-100

(N/km)ππππ - pi = 3.141593θθθθ degrees ángulo en gradosr m radioR mm/h intensidad de ritmo de lluviaRBER - Tasa Error ResidualRx - Receptorρρρρ g/cm3 contenido de aguaS m Desviación estándar de las elevaciones de

tierraS m Separación vertical de antenaS/I dB Relación Señal- InterferenciaSDH - Jerarquía Digital SíncronaSES - Segundos Severamente ErróneosSESR % Relación Segundos Severamente Erróneossf /MHz Factor de SignaturaSTM - Modo Transferencia SíncronoSWR - Ondas EstacionariasT Kelvin Temperatura absoluta en Kelvint Celsius Temperatura en CelsiusTDM - Múltiplex División TiempoTx - Transmisorττττ ns retardo de tiempov m/s velocidadV - Polarización VerticalVC - Contenedor VirtualVP - Vano VirtualVSWR - Relación Ondas EstacionariasW MHz Ancho de bandaWARC - World Administrative Radio ConferenceXPD dB Discriminación Polarización CruzadaXPI dB Interferencia Polarización CruzadaXPIC - Cancelador Interferencia Polarización

CruzadaXPIF dB C Factor Interferencia Polarización

Cruzadaψψψψ degrees Ángulo en grados

188 Índice lfabético

Índice lfabético

Índice lfabético 189

Absorción del oxígeno, 55absorción, 58, 61absorción, 61Abultamiento de la tierra, 18acoplamiento por polarizacióncruzada, 142Acoplamiento RF, 141aguanieve, 58Ancho de banda (signatura), 79ancho de emisión, 48anchura de rayo, 48Ángulo de reflexión, 48ángulo, 93Antena parabólica, 44antena, 44antenas espalda-espalda, 52antenas en la misma torre, 147aperturaáreaárea de coordinación, 116área, 45asignación de frecuencias, 133atenuación atmosférica, 54Atenuación específica, 55, 64atenuación específica, 64atenuación, 58atenuación, 61atmósfera, 5BBER, 40BBE, 40banda, 134basado en tierra, 9BER, 110Bloque erróneo, 40

campo cercano, 46campo lejano, 46, 51canalcanales adyacentes, 128Cancelador de interferencia porpolarización cruzada, 100cancelador de interferencia, 100capa, 9celda, 63ciclónico, 59circuitos de alto grado, 35Circuitos de grado local, 38Circuitos de grado medio, 37claridad, 16clasificación de circuito, 35Clasificación de vano, 26Clasificación de vano, 74clasificación, 35clima, 17coeficiente, 18combinado, 96componenete horizontal, 160componente vertical, 159Condiciones meteorológicas, 69conducción, 8conducto elevado, 11conducto, 9Configuración (hoja), 157Constante de Boltzmann's, 109convección, 11convencional, 59coordinación, 116corte, 68corto plazo, 119


curva, 113, 115curva, 78curvatura, 5, 6datos de equipamiento, 154datos, 153datos, 155debida a gases atmosféricos, 54debida a la absorción, 58debida a la dispersión, 58debida a la lluvia, 65debido a la lluvia, 63degradación umbral, 112, 113,depolarización, 102depresión, 59destellos de ruido, 110Desvanecimiento debido a laprecipitación, 68desvanecimiento plano, 70desvanecimiento selectivo, 78desvanecimiento, 68determinación, 135diagrama, 153diámetro, 45Difracción de subvano, 123difracción, 16, 118Discriminación por polarizacióncruzada, 99discriminación, 99dispersión en la troposfera, 118dispersión, 119dispersión hidrométrica, 119dispersión, 61disponibilidad, 2, 166Distancia de pitch, 23

distancia, 116distribución binominal, 164diversidad combinada, 96diversidad de ángulo, 93Diversidad espacial, 85diversidad espacial, 86diversidad de frecuencia, 90Diversidad Híbrida, 92diversidad, 83diversidad, 90DM, 34eficiencia, 45elevado, 11elipse, 20energía radiada, 53Enlace digital de referenciahipotéticoenlaces costeros, 74Enlaces tierra adentro, 72Envolvente del diagrama deradiación, 47equipamiento, 28error de funcionamiento, 30Errores por Segundo (Tasa), 40Errores por Segundo, 32, 40ES, 34espaciamiento, 128espacio, 85Espalda -espalda, 52espectro, 109espera activa, 92Estabilidad mecánica, 48Estación A/B, 140


estaciones interferentes, 118evento, 68F.1092, 42F.1189, 43factor climático, 70factor de mejora, 94Factor de mejora de polarizacióncruzada, 104factor de mejora, 84Factor de mejora, 86factor de mejora, 90factor de ocurrencia, 70, 72Factor de radio efectivo de laTierra, 121factor geoclimático, 72Factor PL , 73factor, 110factor, 79Fiabilidad, 118filtro, 114forma de gota, 63fórmula de espacio libre, 54frecuencia, 90función de transferencia, 77G.821, 30G.826, 39G.827, 39ganancia de reflector plano, 50ganancia, 45gota, 61Gran masa de agua, 74

granizo, 58híbrido, 92hielo, 58HRDL, 31HRDP, 32HRDS, 32HRX, 31Inclinación de vano, 72Índice de refracción, 4, 5indisponibilidad, 2, 165informe, 29intensidad, 62, 64, 181interferencia co-canal, 113interferencia de canal adyacente114Interferencia por polarizacióncruzada, 100interferencia, 100interferencia, 123interferencia, 99, 109inversión de temperaturas, 10ISDNlargo plazo, 118Ley de Snell', 4lluvia, 58lluvia, 62lóbulo lateral, 46lóbulo posterior, 46Longitud efectiva del vano, 63Lóbulo lateral, 46


luz, 5margen, 68Masa media de agua, 75medición de campo, 24medición, 24Mejora, 119mejora, 84minutos degradados, 32modelo de los tres rayos, 81Modelo de predicción europeo, 120modelo global, 120modelo, 149módulo de un equipamiento, 165módulos en cascada, 166MTBF, 165MTTR, 165multitrayecto, 68multitrayecto, 8Nieve, 58nivel de interferencia combinada,143Nivel umbral degradado, 113nivel umbral, 110nivel umbral, 111nivel, 113, 117número, 128objetivos, 38Objetivos de funcionamiento,33, 41Objetivos de ITU, 30objetivos, 30objetivos, 34Ojo de cerradura, 116onda, 3operación co-canal, 100operación co-polar, 158

operación en polarización cruzada,159.óptica, 4orografía, 58patrón de radiación, 47pérdida, 16pérdidas, 53perfil, 14perfiles del terreno, 14plan, 162planes internacionales defrecuencias, 126planes, 126planificación del sistema, 1plano, 70Polarización cruzada, 142polarización cruzada, 47polarización, 100polarización, 133porción internacional, 42porción nacional, 43potencia, 109potencia, 48precipitación, 58presión del aire, 6presión del vapor de agua, 6probabilidad, 11productos de intermodulación, 126propagación, 3propagación, 8protección, 83punto, 20radio canales, 128radio de la tierra, 7rayo, 5


Redes malladas, 139Reflector plano, 50reflexión, 119reflexiones en la tierra, 19refracción, 4, 5, 119refractividad, 5regiones climáticas, 71relación frente espalda, 46Relación señal a interferencia, 111Relación señal a interferencia, 117Relación señal a ruido, 110Repetidor pasivo, 49Residual bit error ratio, 32ritmo de avería, 164ritmo fallo, 164ritmo, 62, 63RPErugosidad, 71Ruido de partición, 110ruido térmico, 109ruido, 109secciones de conmutación, 92selección, 146selectivo, 78señal, 148señales interferentes, 112separación del canal adyacente, 132separación dúplex, 128separación vertical, 86separación, 20, 23SES, 33SESR, 32sistemas redundantes n+1, 167Snelltamaño de gota, 62tangente, 20temperatura, 6térmico, 109Tiempo de integración, 63tipo, 74transhorizonte, 122transmisión, 8umbral de degradación, 115Umbral de receptor degradado, 144Valor k, 7, 18vano, 97

vapor de agua, 55velocidad de la luz, 5velocidad terminal, 62visibilidad directa, 15visibilidad directa, 25, 118VSWR, 46Zona de Fresnel, 17zonas, 64, 178

Planificacion de RadioEnlce-Teoria

Documents

Transcript of Planificacion de RadioEnlce-Teoria