Sistemas Satelitales y Microondas

* Sistema de comunicación de Microondas

Conceptos Básicos:

Onda electromagnética

Las ondas electromagnéticas son una combinación de ondas eléctricas (E) y magnéticas (H) que se desplazan simultáneamente, como se muestra en la figura 1, propagándose a la velocidad de la luz.

Ciclo

un ciclo es un "Período después del cual se repiten los mismos fenómenos en el mismo orden".

Frecuencia

se refiere al número de vibraciones (o ciclos completos de la onda -OABO'-) por segundo, su unidad los Herzios (Hz).

Periodo

El tiempo necesario para que un ciclo de la señal se produzca, se llama período (T) y tiene la fórmula: T = 1 / f, o sea el período (T) es el inverso de la frecuencia. (f)

Longitud de Onda

Es la separación espacial existente entre dos puntos cuyo estado de movimiento es idéntico( longitud de un ciclo). Lo más sencillo para medirla es fijarse en la distancia existente entre dos crestas o dos valles de una onda.Se representar con la letra griega λ (lambda). λ = c / f

Portadora

Una portadora es una senoide de alta frecuencia, y uno de sus parámetros (tal como la amplitud, la frecuencia o la fase) se varía en proporción a la señal de banda base s

Banda base

Banda de frecuencias producida por un transductor, tal como un micrófono, un manipulador telegráfico u otro dispositivo generador de señal, antes de sufrir modulación alguna

Modulación

Proceso que consiste en variar las características de la portadora por medio de la onda moduladora (información)

Ruido

El ruido es toda aquella señal que se inserta entre el emisor y el receptor de una señal dada. Hay diferentes tipos de ruido: ruido térmico debido a la agitación térmica de electrones dentro del conductor, ruido de intermodulación cuando distintas frecuencias comparten el mismo medio de transmisión,

* Modulación en frecuencia contra Modulación en Amplitud

* Sistema simplificado de Radio de Microondas Transmisor de radio.

+ Comportamiento de las señales en amplitud y frecuencia dentro del sistema

+ Ruido de íntermodulación

+ Preenfasis.- amplificación de las frecuencias mas altas mas que las mas bajas

+ Frecuencia Intermedia

+ Banda angosta

+ Microondas

* Receptor de Radio de Microondas

Proceso inverso de recepción solo pasando por un detector

deenfasis.- atenúa mas las mas las frecuencias altas mas que las mas bajas

Aislamiento de cada canal de acuerdo a cada receptor por la red separación de canal

Repetidores de Microondas

Parámetros a considerar :Potencia de salida.Umbral de ruido del Rx.Terreno (manda)Cond. Atmosféricas.Capacidad del sistema.Confiabilidad.Distancia.

Tipos de Repetidores:

Banda Base Portadora de Rf se convierte a IFAmplificaFiltra, y demodula a la banda base (podría llegarse a nivel de canal).se regenera la señal y se vuelve a modular ascendentementeRetransmite

IF (Heterodinos)

Portadora de Rf se convierte a IFAmplificaCon nueva forma se convierte ascendentemente en RfSe transmiteNo se pasa a mas allá de IF.

Desventajas:

Tipos de filtros mas sencillos de diseñar y menos costosos Equipo adicional en la terminal

Diversidad.

Microondas requieren línea de vista

La diversidad sugiere que haya mas de una ruta de Tx o método disponible entre un Tx y un Rx.

Incremento de confiabilidad – incrmento de disponibilidad

Consideración: la mas alta calidad recibida en función de la señal Portadora / ruido C / N

Métodos mas comunes de Diversidad :

* Diversidad de frecuencias: condiciones atmosféricas degradantes.

* Diversidad de Espacio: Condición de separación de antenas por múltiplo de longitud de onda, condición atmosférica.

* Diversidad de Polarización:

Una sola portadora con 2 polarizaciones Uso en conjunción con la diversidad de espacio

Uso de dos antenas una con cada polarización

Pueden convivir los 3 tipos de diversidad

Conmutación de protección

Respaldo en línea - Diversidad

Estaciones repetidoras:

*Activas*Pasivas

*Sobre alcance:

Solución :configuración en Zig Zag

Cambio de frecuencias en los repetidores

*dispersión de los lóbulos laterales en antenas contiguas

Características de trayectoria

Ganancia del Sistema:

En su forma mas sencilla:

Ganancia del sistema = diferencia potencia nominal de salida del Txy la potencia mínima de entrada requerida por un Rx.

La ganancia del sistema debe ser mayor que o igual a la suma de todas las ganancias y perdidas incurridas por una señal, conforme se propaga de un Tx a un Rx.

Se utiliza para predecir la confiabilidad de un sistema para determinados parámetros del sistema.

Matemáticamente:Gs = Pt - Cminima

Donde : Gs = ganancia del sistema (dB) Pt = Potencia de salida del Tx (dBm)

Cminima= pot. minima de entrada del receptor para un obj. de calidad determinado (dB)

Pt- Cminima > perdidas - ganancias _

GananciasAt = Ganancia de antena transmisora (dB)Ar = Ganancia de la antena receptora (dB)

Perdidas Lp = Perd. de tray de espacio libre entre antenas (dB)Lf = Perdidas de alimentador de guías de onda (dB)Lb = perdida total de acoplamiento o ramificación en los circuladores (dB)Fm = Margen de desvanecimiento para un determinado obj. de confiabilidad.

Gs = Pt-Cminima > Fm + Lp + Lf + Lb – At - Ar

Perdida de Trayectoria de espacio Libre

Se define como la perdida incurrida por una onda electromagnéticaconforme se propaga en una línea recta a través de un vacio sinninguna absorción o reflexión de energía de los objetos cercanos.

2244

=

=

c

fDDLp

πλπ

donde : Lp = Perdida de trayectoria de espacio libreD = Distanciaf = Frecuencia

λ= Longitud de Onda

c = Vel. de la Luz en espacio libre (300000km/s)

convirtiendo a dB

Dfcc

fDdBLp log20log20

4log20

4log20)( ++== ππ

Cuando la frecuencia se da en Mhz y la distancia en Km

)(log20)(log20103

)10()10(4log20)(

8

36

kmDMHZfX

dBLp ++== π

Ejemplo :

Para una frecuencia de portadora de 6 Ghz y una distancia de 50Km, determine la perdida de la trayectoria de espacio libre.

Lp (dB) = 32.4 + 20log 6000 + 20log 50 32.4 + 75.6 +34 = 142 dB

o

Lp (dB) = 92.4 + 20log 6 + 20log 50 = 92.4 +15.6 +34 = 142 dB

Margen de desvanecimiento (fade margin)Esencialmente un margen de desvanecimiento es un ¨ factor de acolchonamiento¨ incluidoen la ecuación de ganancia del sistema que considera las características no ideales y menospredecibles de propagación de ondas de radio, como por ejemplo: propagación de múltiplestrayectorias, ( perdida )y sensibilidad a la superficie rocosa.Por lo tanto este factor se incluye en la ecuación de ganancia del sistema.

Fm = 30log D + 10log (6ABf) – 10log (1-R) - 70Efecto de múltiples trayectorias

Sensibilidad a superficie rocosa

objetivosde confiabilidad

constante

donde: Fm = margen de desvanecimiento (dB)D = distancia (Km.)f = frecuencia (Ghz) R = Confiabilidad expresada como decimal (99.99% de confiabilidad p. ejm.)1-R = objetivo de confiabilidad para una trayectoria de 400 Km. en un solo sentido o direcciónA = factor de rugosidad = 4 sobre agua o un terreno muy parejo =1 sobre un terreno normal = 0.25 sobre un terreno montañoso muy disparejoB = factor para convertir una probabilidad del peor mes a una probabilidad anual = 1 para convertir una disponibilidad anual a una base para el peor mes = 0.5 para áreas caliente y húmedas = 0.25 para áreas normales tierra adentro = 0.125 áreas montañosas muy secas.

Ejemplo:

Considere un sistema de radio de microondas con diversidad de espacio operando a una frecuencia de portadora de RF de 1.8 Ghz. Cada estación tiene una antena parabólica con un diámetro de 2.4 m que es alimentada por 100 m de cable coaxial lleno de aire.el terreno es parejo y el área tiene un clima húmedo. La distancia que hay entre las estaciones es de 40 Km. se desea un objetivo de confiabilidad de 99.99 %. Determine la ganancia del sistema.

Solución : el margen de desvanecimiento es :

Fm = 30log 40 + 10log (6)(4)(0.5)(1.8) – 10log (1-0.9999) – 70 = 48.06 + 13.34 – (-40) – 70 = 31.4 dBSustituyendo para obtener la perdida de trayectoria:

Lp = 92.4 + 20log 1.8 + 20log 40 = 92.4 + 5.11 + 32.04 = 129.55 dBsegún la tabla de parámetros de ganancia (17.1)

Lb = 4dB (2+2)Lf = 10.8 dB (100m + 100m )At = Ar = 31.2 dBSustituyendo: Gs = 31.4 + 129.55 + 10.8 + 4 – 31.2 -31.2 = 113.35 dB

Sistemas Satelitales