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CCáállccuulloo ddee RRaaddiioo EEnnllaacceess

Preparado Por: Ing. Andres S. Hoyte B.

1. Términos y Conceptos En todo cálculo de radioenlaces se manejan los siguientes conceptos:

a. Presupuesto de Enlace b. Presupuesto de Potencia c. Ganancia del Sistema

Estos conceptos significan básicamente lo mismo: “Un calculo de potencia de la señal a lo largo de la trayectoria de la misma”

MARGEN DEL SISTEMA El margen del sistema; es la diferencia entre el valor de la señal recibida respecto a la sensibilidad del receptor. El término margen del sistema es equivalente a lo que es llamado como Fade Margin o Margen de Desvanecimiento.

EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) El término EIRP se traduce como la Potencia Irradiada Isotrópica Efectiva. El término es el producto de la potencia disponible en el conector de la antena, más la ganancia de la antena respecto a un dipolo isotrópico.

ERP (Effective Radiated Power) El término ERP se traduce como la Potencia Irradiada Efectiva. El término es el producto de la potencia disponible en el conector de la antena, más la ganancia de la antena respecto a un dipolo. La potencia Irradiada Isotrópica Efectiva esta determinada por la siguiente relación:

EIRP (dBm) = Potencia del transmisor (dBm) – Pérdidas en el cable y conectores (dB) + ganancia de antena (dBi)

GANANCIA DE ANTENAS

Los fabricantes de antenas tienen tres (3) maneras de expresar la ganancia de irradiación de las antenas que fabrican, expresándolas en dB, dBd y dBi. Se define como ganancia de una antena la diferencia que existe entre el campo electromagnético producido por una determinada antena en su dirección más favorable respecto al de otra antena que se toma como patrón. Científicamente se toma como referencia la antena isotrópica, que es una antena ideal que radia uniformemente en todas direcciones. Evidentemente no existe tal antena pero, matemáticamente, es muy fácil calcular el campo electromagnético que produciría una antena de ese tipo.

En la práctica la antena que se usa como referencia suele ser el dipolo, que ya tiene una ganancia de 2,15 dB sobre la antena isotrópica. Esto se debe a que el dipolo es una antena muy simple y fácil de construir, por lo cual se pueden hacer comparaciones directas entre dos antenas sin tener que recurrir a la antena isotrópica que no existe y por tanto no es comparable directamente. Si la ganancia de una antena está referida a la antena isotrópica se representa como dBi, si está referida al dipolo se representa como dBd. La ganancia de una antena siempre viene referida a otra, por tanto, no son de fiar las ganancias que no indiquen claramente cuál es la referencia; como es el caso hoy día de expresar la ganancia en dB ya que el decibelio es una medida comparativa.

POLARIZACIÓN DE UNA ANTENA

Se define como polarización de una antena, la dirección que tiene el campo eléctrico de la onda electromagnética. Si el campo eléctrico es horizontal, la antena tiene polarización horizontal; si es vertical, tendrá polarización vertical. En general, la polarización coincide con la posición del hilo conductor de la antena. Si ésta tiene el conductor en posición horizontal, la antena tiene polarización horizontal; si está vertical, tendrá polarización vertical. En algunos tipos de antena resulta dudoso determinar la polarización (antenas de cuadro o similares), pero lo determinaremos al hablar de cada tipo.

ANGULO DE RADIACIÓN Se llama ángulo de radiación al ángulo vertical (Por encima del horizonte) en que una antena emite (o recibe) la máxima intensidad de campo electromagnético.

DIRECTIVIDAD

Se denomina directividad a la dirección horizontal en la que se produce el máximo de radiación de una antena. Algunas antenas radian igualmente hacia todas las direcciones horizontales, en cambio, otras tienen una o varias direcciones en las que la radiación se ve favorecida.

2. Cálculos con Decibeles (dB, Dbm, Dbi)

i. Unidades Adimensionales En los cálculos de propagación o evaluación de radioenlaces, los ingenieros se enfrentan al problema de manejar valores que son muy grandes y otros muy pequeños. Por ejemplo: Una Radio Base puede manejar una potencia de 80 Watt, mientras que la potencia disponible en le receptor es del orden de los 0.000000002 Watt. En adición a lo anterior, también necesitamos expresar las ganancias o las pérdidas de un sistema utilizando una unidad que nos permita relacionarlas, esta unidad es en “Decibel”

DECIBEL Se denomina decibelio a la unidad relativa empleada en Acústica y Telecomunicación para expresar la relación entre dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia. El decibelio, símbolo dB, es una unidad logarítmica. Es 10 veces el logaritmo decimal de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia. El belio es el logaritmo de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia, pero no se utiliza por ser demasiado grande en la práctica. El belio recibió este nombre en honor de Alexander Graham Bell, tradicionalmente considerado como inventor del teléfono. Un (1) belio, la unidad original, equivale a 10 decibelios y representa un aumento de potencia de 10 veces (1 es el logaritmo decimal de 10) sobre la magnitud de referencia. Cero belios es el valor de la magnitud de referencia. (0 es el logaritmo de 1). Así, dos belios representan un aumento de cien veces (2 es el logaritmo decimal de 100) en la potencia. 3 belios equivalen a un aumento de mil veces (3 es el logaritmo decimal de 1.000), y así sucesivamente. En tal sentido podemos definir al decibelio como:

dBPPLoga ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

21.10 10

ii. Conversión de Watt a dBm

El dBm es una unidad logarítmica referida a la potencia de 1 mili Watt (0,001 W). Por lo tanto mide potencia absoluta. Será positivo cuando se refiera a valores superiores a 1 mW y negativo para valores inferiores a 1 mW, como los correspondientes a potencias de recepción en los receptores. Por ejemplo: ¿Cuál será la potencia expresada en dBm de un transmisor de 35 Watt?

dBmWatt

WattLoga ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=001,03510 10

Por tanto el valor en dBm será:

dBma 44,45=

Para obtener la potencia en Watt de un transmisor cuyo valor está expresado en dBm utilizaremos la siguiente expresión.

10/10*2 dBmPWatt =

Por ejemplo: ¿Cuál será la potencia expresada en Watt de un transmisor de 24 dBm?

WattWatt dBm 199,052,199*001,010*001,010*001,0 3,210/23 ==== Recordando que 1 Watt es igual a 1000 mW

mWdBm 20024 =

¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE POTENCIA EXPRESADA EN DECIBELIOS A VOLTAJE EXPRESADO EN DECIBELIOS? Recordemos que la potencia es el cuadrado del voltaje divido por la resistencia de la carga, entonces:

111

2

RVP = y

222

2

RVP =

Por tanto tenemos que:

dBRR

VVa ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

12*

21log10 2

2

10

Si R1=R2 finalmente tendremos que:

dBVVdB

PPa ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

21log20

21log10 1010

SENSIBILIDAD EN LOS RECEPTORES Aun cuando abordaremos este tema más adelante, es oportuno adelantar aquí, que las potencias menores a 1 mW se expresan negativamente. Las potencias disponibles en los recetores son del orden de los microvoltios y nanovatios. En tal sentido siempre hallaremos que la sensibilidad de un receptor estará expresada en –dBm o en µv. Si tenemos un receptor con una sensibilidad de -83 dbm, esto quiere decir que el receptor requiere de una potencia de recepción igual o mayor a ese valor. Este valor lo podemos calcular como sigue:

pWWattEEWatt dBm 5012,5012,5*001,010*001,010*001,0 1293,810/83 ===== −−−− En otras palabras ese valor lo podemos escribir como sigue:

WattP 0050120000000000,0= Para calcular qué voltaje representa esta potencia sobre los terminales de entrada del receptor recordemos que:

RPv *= El valor de la carga (R) podrá ser de 50Ω ó 75Ω; según las características de la línea de transmisión, equipo de radio y antena. En la mayoría de los casos el valor normalizado es de 50Ω (ohmios). Por tanto -83 dBm presentará un voltaje en los terminales del receptor de:

)(84,15)(10*584,150*10*012,5 512 osmicrovoltivoltiosv === −−

Sensibilidad del Receptor µv)(84,15=v

EXPRESIONES RÁPIDAS PARA EL CÁLCULO EN dBm

Si tenemos la potencia del transmisor expresada en (Watt) podemos rápidamente calcular su valor en dBm con la siguiente expresión:

30)(log10)( 10 += WattdBmPotencia

Si tenemos la sensibilidad del receptor expresada en microvoltios (µv) podemos rápidamente calcular su valor en dBm con la siguiente expresión:

107-µv)(log10)( 10=dBmadSencibilid

3. ¿Qué es un Presupuesto de Potencia del Enlace? Un presupuesto de potencia para un enlace punto a punto, es el cálculo de ganancias y pérdidas desde el radio transmisor (fuente de la señal de radio), a través de cables, conectores y espacio libre hacia el receptor. La estimación del valor de potencia en diferentes partes del radioenlace es necesaria para hacer el mejor diseño y elegir el equipamiento adecuado. Independientemente del buen equipamiento de la red inalámbrica que posea y del despeje de la línea de vista, necesita calcular el presupuesto de potencia de enlace. Sobrecargar un radio enlace no hará necesariamente, que las cosas mejoren para su implementación y causará problemas a otros usuarios del espectro. Tener un buen presupuesto de potencia es esencial ya que es el requerimiento básico del funcionamiento del mismo. Puede ser comparado con los cimientos de una edificación: no importa lo bien hecho que estén el piso, las paredes y el techo, si el cimiento es débil, la edificación entera se caerá.

4. Los Elementos del Presupuesto de Enlace Los elementos pueden ser divididos en 3 partes principales:

1. El lado de Transmisión con potencia efectiva de transmisión. 2. Pérdidas en la propagación. 3. El lado de Recepción con efectiva sensibilidad receptiva (effective receiving sensibility).

Un presupuesto de radio enlace completo es simplemente la suma de todos los aportes (en decibeles) en el camino de las tres partes principales.

Potencia del transmisor [dBm] – Pérdida en el cable TX [dB] + ganancia de antena TX [dBi] – Pérdidas en la trayectoria en el espacio libre [dB] + ganancia de antena RX [dBi] – Pérdidas en el cable del RX [dB] = Margen – Sensibilidad del receptor [dBm].

Trayectoria completa de transmisión entre el transmisor y el receptor

i. El Lado de Transmisión

Potencia de Transmisión (Tx)

La potencia de transmisión es la potencia de salida del radio. El límite superior depende de las regulaciones vigentes en cada país, dependiendo de la frecuencia de operación y puede cambiar al variar el marco regulatorio. En general, los radios con mayor potencia de salida son más costosos. La potencia de transmisión del radio, normalmente se encuentra en las especificaciones técnicas del vendedor. Tenga en cuenta que las especificaciones técnicas le darán valores ideales, los valores reales pueden variar con factores como la temperatura y la tensión de alimentación. La potencia de transmisión típica en los equipos IEEE 802.11 varía entre 15 – 26 dBm (30 – 400 mW). Ejemplo para una tarjeta inalámbrica IEEE 802,11a/b:

Protocolo Potencia pico [dBm] Potencia pico [mW]

IEEE 802.11b 18 63 IEEE 802.11a 20 100

ii. Pérdida en El Cable Las pérdidas en la señal de radio se pueden producir en los cables que conectan el transmisor y el receptor a las antenas. Las pérdidas dependen del tipo de cable y la frecuencia de operación. Normalmente se miden en dB/m o dB/pies. Independientemente de lo bueno que sea el cable, siempre tendrá pérdidas. Por eso, recuerde que el cable de la antena debe ser lo más corto posible. La pérdida típica en los cables está entre 0,1 dB/m y 1 dB/m. En general, mientras más grueso y más rígido sea el cable menor atenuación presentará. Para darle una idea de cuán grande puede ser la pérdida en un cable, considere que está usando un cable RG58 que tiene una pérdida de 1 dB/m, para conectar un transmisor con una antena. Usando 3m de cable RG58 es suficiente para perder el 50% de la potencia (3 dB). Las pérdidas en los cables dependen mucho de la frecuencia. Por eso al calcular la pérdida en el cable, asegúrese de usar los valores correctos para el rango de frecuencia usada. Controle la hoja de datos del distribuidor y si fuera posible, verifique las pérdidas tomando sus propias mediciones. Como regla general, puede tener el doble de pérdida en el cable [dB] para 5,4 GHz comparado con 2,4 GHz.

Tipo de cable Pérdida [db/100m] LMR-200 50 LMR-400 22 Aircom plus 22 LMR-600 14 Flexline de 1/2” 12 Flexline de 7/8” 6,6 C2FCP 21 Heliax de ½” 12 Heliax de 7/8” 7

Valores típicos de pérdida en los cables para 2,4GHz.

iii. Pérdidas en Los Conectores Estime por lo menos 0,25 dB de pérdida para cada conector en su cableado. Estos valores son para conectores bien hechos mientras que los conectores mal soldados DIY (Do It Yourself) pueden implicar pérdidas mayores. Vea la hoja de datos para las pérdidas en su rango de frecuencia y el tipo de conector que usará. Si se usan cables largos, la suma de las pérdidas en los conectores está incluida en una parte de la ecuación de “Pérdidas en los cables”. Pero para estar seguro, siempre considere un promedio de pérdidas de 0,3 a 0,5 dB por conector como regla general.

Además, los protectores contra descargas eléctricas que se usan entre las antenas y el radio deben ser presupuestados hasta con 1 dB de pérdida, dependiendo del tipo. Revise los valores suministrados por el fabricante (los de buena calidad sólo introducen 0,2 dB).

iv. Amplificadores Opcionalmente, se pueden usar amplificadores para compensar la pérdida en los cables o cuando no haya otra manera de cumplir con el presupuesto de potencia. En general, el uso de amplificadores debe ser la última opción. Una elección inteligente de las antenas y una alta sensibilidad del receptor son mejores que la fuerza bruta de un amplificador. Los amplificadores de alta calidad son costosos y uno económico empeora el espectro de frecuencia (ensanchamiento), lo que puede afectar los canales adyacentes. Todos los amplificadores añaden ruido extra a la señal, y los niveles de potencia resultantes pueden contravenir las normas legales de la región. Técnicamente hablando, prácticamente no hay límites en la cantidad de potencia que puede agregar a través de un amplificador, pero nuevamente, tenga en cuenta que los amplificadores siempre elevan el ruido también.

v. Ganancia de antena La ganancia de una antena típica varía entre 2 dBi (antena integrada simple) y 8 dBi (omnidireccional estándar) hasta 21 – 30 dBi (parabólica) ó más, dependiendo de la frecuencia y el diámetro de las mismas. Tenga en cuenta que hay muchos factores que disminuyen la ganancia real de una antena. Las pérdidas pueden ocurrir por muchas razones, principalmente relacionadas con una incorrecta instalación (pérdidas en la inclinación, en la polarización, objetos metálicos adyacentes). Esto significa que sólo puede esperar una ganancia completa de antena, si está instalada en forma óptima.

vi. Pérdidas de propagación Las pérdidas de propagación están relacionadas con la atenuación que ocurre en la señal cuando esta sale de la antena de transmisión hasta que llega a la antena receptora.

vii. Pérdidas en el espacio libre La mayor parte de la potencia de la señal de radio se perderá en el aire. Aún en el vacío, una onda de radio pierde energía (de acuerdo con los principios de Huygens) que se irradia en direcciones diferentes a la que puede capturar la antena receptora. Nótese que esto no tiene nada que ver con el aire, la niebla, la lluvia o cualquier otra cosa que puede adicionar pérdidas. La Pérdida en el Espacio libre (FSL, por sus siglas en inglés), mide la potencia que se pierde en el mismo sin ninguna clase de obstáculo. La señal de radio se debilita en el aire debido a la expansión dentro de una superficie esférica. La Pérdida en el Espacio libre es proporcional al cuadrado de la distancia y también proporcional al cuadrado de la frecuencia.

2**4⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

λπ dFSL

Donde “d” es la distancia y “λ” es la longitud de onda en las mismas unidades. Aplicando decibeles (logaritmos), resulta la siguiente ecuación:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

λπ dFSL **4log*20 10 Resultando que:

kfddBFSL ++= )(log20)(log20)( 1010

d = Distancia f = Frecuencia Donde k = Constante que dependerá de la unidad utilizada en d y f

Para el caso que trabajemos con distancias en Kilómetros y frecuencias en MHz (k=32,5) Entonces las pérdidas por espacio libre serán:

5,32)log(20)(log20)( 10 ++= MHzkmts fddBFSL

Pérdidas Espacio Libre

98,0

103,0

108,0

113,0

118,0

123,0

128,0

133,0

138,0

143,0

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 30 31 32

Distancia en Kmts

Pérd

idas

en

dB

2.4 GHz 5.8 GHz El grafico nos muestra las perdidas por espacio libre de las bandas de frecuencia en 2.4 GHz (2400 MHz) y 5.8 GHz (5.800 MHz). Obsérvese que las pérdidas serán mayores a 5.8 GHz que en 2.4 GHz, ambas aumentan con la distancia.

Distancia Kmt

915 MHz dB

2.4 GHz dB

5.8 GHz dB

1 91,7 100,1 107,8

5 105,7 114,1 121,7

30 121,3 129,6 137,3

55 126,5 134,9 142,6

80 129,8 138,2 145,8

Pérdidas en Espacio Libre (FSL) en dB para diferentes distancias y frecuencias.

viii. Zona de Fresnel Teniendo como punto de partida el principio de Huygens, podemos calcular la primera zona de Fresnel, el espacio alrededor del eje que contribuye a la transferencia de potencia desde la fuente hacia el receptor. Basados en esto, podemos investigar cuál debería ser la máxima penetración de un obstáculo (por ejemplo; un edificio, una colina o la propia curvatura de la tierra) en esta zona para contener las pérdidas. Lo ideal es que la primera zona de Fresnel no esté obstruida (100% libre), pero normalmente es suficiente despejar el 60% del radio de la primera zona de Fresnel para tener un enlace satisfactorio. En aplicaciones críticas, habrá que hacer el cálculo también para condiciones anómalas de propagación, en la cuales las ondas de radio se curvan hacia arriba y por lo tanto se requiere altura adicional en las torres. Para grandes distancias hay que tomar en cuenta también la curvatura terrestre que introduce una altura adicional que deberán despejar las antenas. La siguiente fórmula calcula la primera zona de Fresnel:

Dfddr

*2*132,17=

Donde: d1= distancia al obstáculo desde el transmisor [Km.] d2= distancia al obstáculo desde el receptor [Km.] D = distancia entre transmisor y receptor [Km.] F = frecuencia [GHz] R = radio [m]

D

Si el obstáculo está situado en el medio (d1 = d2), la fórmula se simplifica:

fDr4

32,17=

Tomando el 60% nos queda:

fDr 2,56,0 =

Distancia [Km.] 915 MHz 2,4 GHz 5,8 GHz Altura de la curvatura terrestre

1 9 6 4 0

10 29 18 11 4,2

100 90 56 36 200

Radio [metros] para la Primera Zona de Fresnel

ix. Lado Receptor Los cálculos son casi idénticos que los del lado transmisor.

x. Ganancia de Antena desde el Receptor La ganancia de antena del receptor es la misma del transmisor, a menos que se utilice antenas separadas para el receptor y el transmisor.

xi. Amplificadores desde el Receptor Los cálculos y los principios son los mismos que el transmisor. Nuevamente, la amplificación no es un método recomendable a menos que otras opciones hayan sido consideradas y aun así sea necesario, por ejemplo: para compensar pérdidas en el cable.

xii. Sensibilidad del Receptor La sensibilidad de un receptor es un parámetro que merece especial atención ya que identifica el valor mínimo de potencia que necesita para poder decodificar/extraer “bits lógicos” y alcanzar una cierta tasa de bits. Cuanto mas baja sea la sensibilidad, mejor será la recepción del radio. Un valor típico se encuentra en los -82 dBm en un enlace de 11 Mbps y -94 dBm para uno de 1 Mbps. Una diferencia de 10dB aquí (que se puede encontrar fácilmente entre diferentes radios) es tan importante como 10 dB de ganancia que pueden ser obtenidos con el uso de amplificadores o antenas más grandes. Nótese que la sensibilidad depende de la tasa de transmisión.

Tarjeta 11 Mbps 5,5 Mbps 2 Mbps 1 Mbps

Orinoco Cards PCMCIA Silver/Gold -82 dBm -87 dBm -91 dBm -94 dBm

Senao 802.11b Card -89 dBm -91 dBm -93 dBm -95 dBm

Valores típicos de la sensibilidad del receptor de las tarjetas de red inalámbrica

xiii. Margen y Relación SNR

Relación SNR No es suficiente que la señal que llega al receptor sea mayor que la sensibilidad del mismo, sino que además se requiere que haya cierto margen para garantizar el funcionamiento adecuado. La relación entre el ruido y la señal se mide por la tasa de señal a ruido (SNR en ingles). Un requerimiento típico de la SNR es 16 dB para una conexión de 11 Mbps y 4 dB para la velocidad más baja de 1 Mbps. En situaciones donde hay muy poco ruido el enlace está limitado primeramente por la sensibilidad del receptor. En áreas urbanas donde hay muchos radioenlaces operando, es común encontrar altos niveles de ruido (tan altos como -92 dBm). En esos escenarios, se requiere un margen mayor: La relación señal a ruido (SNR) la definimos con la siguiente ecuación:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=

Ruido del PotenciaSeñal la de Potencialog)( 10dBSNR

En condiciones normales sin ninguna otra fuente en la banda de 2.4 GHz y sin ruido de industrias, el nivel de ruido es alrededor de los -100 dBm. Nota: El autor de este documento, sitúa los niveles de ruido entre los -92 dBm y los -82 dBm. Sin embargo, el mejor valor a considerar; es la que resulte en una medición de campo con instrumentos adecuados. Otro factor que debe tomarse en cuenta, es que aquí se han expresados los valores típicos de la mayoría de los equipos inalámbrico en el mercados. Es necesario prestar atención; que existen en el mercado equipos capaces de funcionar satisfactoriamente con una relación de señal /Ruido menores a los 16 dB (lógicamente más costosos). Desafortunadamente los fabricantes de equipos en las bandas de 915 MHz, 2.4 GHz, y 5,8 GHz (bandas no licenciadas y WI-FI) no suelen especificar con exactitud las características de sus equipos en cuanto al valor de la relación Seña/Ruido.

Margen de Desvanecimiento (Fade Margin) El Margen de Desvanecimiento (FM) es la diferencia entre la señal recibida y la sensibilidad del receptor, el cual puede expresarse como:

(dBm)Receptor del adSensibilid (dBm) Recibida Señal −=FM

Ejemplo: ¿Cual será el Margen de Desvanecimiento de un enlace cuyo valor de potencia recibida es -67 dBm en un receptor cuya sensibilidad es de -74 dBm? Respuesta:

dB 7 7467- (-74)--67 =+==FM

dB 7=FM

Existen diferentes criterios para definir un valor adecuado del FM (Fade Margin ó Margen de Desvanecimiento) ya que éste valor estará afectado por los siguientes factores:

a.- Condiciones Climáticas.

b.- Ruido. c.- Características y Sensibilidad del Receptor. d.- Interferencias de Canal. e.- Efectos Multitrayectorias. f.- Interferencias por Punto de Reflexión. g.- Interferencias por Intermodulación. h.- Etc.

La mayoría de los fabricantes, recomiendan valores mínimos entre sensibilidad y señal recibida de 10dB y 15dB. Muchos diseñadores de enlace pueden calcular enlaces con valores de (FM) de hasta 30 dB y 35 dB…

5. Programa Radio Mobile para Windows (Software Libre)

Los derechos de autor del software Radio Mobile para Windows pertenecen a Roger Coudé VE2DBE, y esta dedicad al de los radioaficionados y toda la humanidad. Aunque el uso comercial no esta prohibido, el autor, no es responsable por su uso. Los resultados que arroje el programa, están bajo la entera responsabilidad del usuario, el mismo, se conformara con las restricciones de las fuentes de datos. Traducido del la WEB: http://www.cplus.org/rmw/english1.html Este es un programa que ha evolucionado muchísimo desde su primera aparición pública del 5 de noviembre de 1998. Presentándose en varios idiomas a partir del año 2007.

i. Instalación de Radio Mobile La instalación de Radio Mobile es totalmente manual… Referirse al Sitio WEB: http://www.cplus.org/rmw/download/download.html Paso 1 Para Linux y las versiones viejas de Windows (95 y primeros 98), se requiere el Visual Basic Runtime (Service pack 6)… Esta rutina no es necesaria instalarla para Windows 98SE en adelante. Paso 2 Crear una carpeta con el nombre que usted prefiera

Ejemplo: C:\Radio Mobile\ Paso 3 Bajar el archivo “rmwcore.zip” y descomprimirlo en el directorio creado. Paso 4 Baje el archivo “rmwupdate.zip” y descomprímalo dentro del mismo directorio. Este archivo es necesario para todos los idiomas.

Paso 5 Baje el archivo comprimido que corresponda al idioma que usted prefiera, y descomprímalo en el directorio creado en el paso 2. No es necesario que baje los demás archivos “.zip” a menos que quiera trabajar en más de un idioma. Paso 6 Crear en su disco duro una carpeta o directorio donde se creará una estructura de datos definiendo subdirectorios como por ejemplo:

"C:\Geodata" "C:\Geodata\srtm1" (No esta disponible para Venezuela) "C:\Geodata\srtm3" "C:\Geodata\GTOPO30" "C:\Geodata\Terraserver" "C:\Geodata\Landsat" "C:\Geodata\Virtual Earth" "C:\Geodata\Yahoo Map" "C:\Geodata\OpenStreetMap" . . . Etc.

Paso 7 Para obtener las coordenadas UTM en formato MGRS, baje el archivo “utm.zip” y descomprímalo dentro del directorio del programa. Para obtener el mapa de definiciones de SRTM de los continentes, baje archivo “wmap.zip” y descomprímalo dentro del directorio del programa.

ii. Obtención de Datos de Elevación Topográfica Existen varios formatos y fuentes gratuitas de dominio público para la obtención de mapas de elevación Radio Mobile acepta los formatos o modelos SRTM, DTEM, GTOPO30, GLOBE y BIL. Todos estos formatos de mapas son denominados “Digital Terrain Elevation (Elevación Digital Terrestre)” Los formatos difieren en tecnología y modelos los mismos. SRTM

El formato más utilizado hoy día por este tipo de programas; son los mapas digitales de elevación “Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)” los cuales públicamente están disponible con una resolución de 100 metros. Estos mapas fueron obtenidos a partir del 11 de de Febrero de 2000, mediante múltiples misiones de los transbordadores espaciales de la NASA utilizando radares especiales como se ilustra en las graficas siguientes:

Trasbordador y Antena

Levantamiento de Información Satélite-Trasbordador

Resoluciones mas precisas de hasta de 30 metros, solo esta únicamente disponible al publico, para las áreas pertenecientes a los estados Unidos de Norteamérica.

La ventaja principal de esta misión SRTM, fue la de cartografiar las elevaciones de todo el globo terráqueo a costo razonable. Los mapas para el área de América del Sur, se pueden bajar directamente por Internet en el link: ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm/version2/SRTM3/South_America/ DTEM Estos mapas son obtenidos mediante el uso de Radares Terrestres especiales como los que se muestran en la graficas siguientes:

Este tipo de formato de mapas no está disponible libremente en Internet, al momento de preparar este taller, únicamente están disponible comercialmente. GTOPO30 Es un modelo denominado “Global Digital Elevation Model” pero su resolución es de 1 kilómetro, útil para diversas aplicaciones, y pueden también ser utilices para la corrección de falta de datos de los mapas SRTM que presentan puntos de “NO DATA” utilizando otros programas de computación y criterios de interpolación. Para mas información diríjase al Link: http://edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/gtopo30.html GLOBE Es otro modelo de mapas de elevación digital cuya información y obtención gratuita de los mapas puede localizarlos en el siguiente Link: http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/topo/gltiles.html La resolución es la misma del modelo “GTOPO30” (1 kilómetro)

BIL Modelo digital de elevación de terreno con precisiones de hasta 10 metros.

Para mayor información sobre modelos de mapas digitales, refiérase a los siguientes Link: http://amber.rc.arizona.edu/lw/elevations.html http://www.landinfo.com/espanol/productos_dems.htm http://www.usgs.gov/pubprod/ http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/

iii. Instalación de Datos de Elevación Topográfica. Radio Mobile tiene la opción de bajar y guardar en su computador los mapas STRM en la medida que vaya creando mapas. Para tal fin localice en las opciones de Internet de Radio Mobile la siguiente Ventana:

Donde puede apreciarse tres (3) opciones:

1. Bajar de Internet si el archivo no se encuentra en el disco duro.

Esta opción baja de Internet el archivo de mapa que se corresponda al área exigido, pero no guardara dicha información en el disco. Opción únicamente útil, cuando no posee espacio suficiente en disco, o cuando no desee guardar ese archivo.

2. Bajar de Internet si el archivo no se encuentra en el disco duro y guardarlo.

Por lo general, esta es la opción que deseamos para ir alimentando nuestra base de datos.

3. Usar solamente los archivos locales.

Cuando tenemos información suficiente, puede ser deseable seleccionar esta opción de manera de impedir almacenamiento de adicionales de información que no ocuparía mayor espacio en disco.

El espacio “Local Files Path” es la ruta o ubicación que creamos en el paso 6 de la instalación ejemplo: "C:\Geodata\srtm3" Lo mismo vamos procediendo para la configuración de mapas satelitales como “Landat”, “Virtual Earth”, etc.

iv. Creación de Mapas La creación de mapas se obtienen automáticamente con Radio Mobile al suminístrales varias coordenadas geográficas, definiendo un área, o indicándole al programa una coordenada de referencia un ancho y un largo de área. Este objetivo se cubrirá en la sección práctica de este taller.

v. Sistema y Redes Redes Para Radio Mobile las Redes, es un conjunto de transmisores y receptores dentro de un área de cobertura. Por defecto un solo proyecto Radio Mobile puede manejar 25 Redes los cuales puede asociarse 50 unidades (transmisoras o receptoras, o ambas) por cada Red. Si es necesario, esta capacidad por defecto, puede disminuirse o aumentarse. Sistemas Para Radio Mobile los sistemas son aquellos donde se definen las características de los equipos involucrados en una Red Inalámbrica (potencia de transmisión, sensibilidad de recepción, ganancias de

antenas, pérdidas de líneas de transmisión, pérdidas por conectores, dúplexores, la asociación de las unidades o puntos de enlaces, etc.).

6. Presupuesto de Enlace Completo

i. Ejemplo 1: Enlace de 50 kilómetros Para este ejemplo, vamos a considerar un radio hipotético en la banda licenciada de 3.5 GHz cuyas características son:

Radio ACME

Frecuencia de Operación 3.399 MHz – 5453 MHz

Potencia Máxima de Transmisión 28 dBm (± 1 dB)

Sensibilidad del Receptor -82/-85 dBm (64QAM) ó -100/-103 dBm (BPSK)

Línea de Transmisión TIME MICROWAVE SYSTEM

LRM 400 Atenuación a 3.5 GHz (3.500 MHz) 0,27 dB/mts

El modelo matemático para la determinación de la atenuación por cada 100 pies de éste cable en particular, es la siguiente:

FMHzFMHzmtsftCableAtenuación *00026.0**12229.0)/( =− Consideraciones Las especificaciones serias de algunos fabricantes nos especifican los rangos o tolerancias de sus características, por ejemplo: si la potencia esta expresada como se indica en la tabla superior, esto nos sugiere que la potencia real del radio en campo estará garantizada entre 27 dBm - 29 dBm. Para fines de cálculos se recomienda siempre considerar el peor caso que en este caso es de (27 dBm) Igual consideración a lo que se refiere a la sensibilidad del receptor (-82 dBm) para la mayor velocidad de transmisión o (-100 dBm) para la mas baja velocidad de transmisión. Para este ejemplo; vamos a escoger, la modulación de transmisión más alta del radio. El radio usará antena externa entre el radio y la antena mediante el uso de de un cable de 1.5 metros, lo que nos resulta.

Calculo Total de Perdidas Por Línea de Transmisión

Atenuación a 1.5 metros 0.54 dB

Conector de Antena 0.5 dB

Conector Radio 0.5 dB

Total Perdidas 1,54 dB

Finalmente escogemos una antena parabólica como La RadioWave SP2-3.5 que tiene una ganancia de 24.2 dBi.

Alimentamos a Radio Mobile con esta información En las propiedades de la Red que estamos creando.

El área demarcada en azul, es el nombre del Radio involucrado en el sistema, y las rojas, las características del mismo.

Parámetros de la Red

En la tabla puede apreciarse que podemos definir por defecto, hasta 25 Redes. Para nuestro ejemplo es únicamente un enlace Punto a Punto, cuyo nombre le fue dado como “Enlace 50 Kilómetros” Especificamos la frecuencia mínima y máxima del radio, escogemos la Polarización Vertical el cual vamos a trabajar, el modo de variabilidad en SPOT, y el porcentaje (muy importante) del porcentaje de variabilidad de situaciones en 50%. NOTA: El programa por defecto sitúa este valor a 70%, ya que éste es el valor que el autor del programa ha comprobado en campo la exactitud de cálculo en áreas del Canadá, a la frecuencia de 450 MHz, el cual no es nuestro caso. Personalmente he encontrado este valor como el más apropiado, pero estos son valores que fijamos según nuestras experiencias personales de campo. El resto de los valore los dejamos como están por defecto, aun cuando para ello, se aplican las mismas consideraciones de experiencia de campo para las diferentes condiciones geográficas y climáticas. Topología de la Red En la siguiente ventana, definimos qué tipo de topología tendrá la red inalámbrica que vamos a calcular. Realmente esta definición no afecta en lo absoluto los cálculos que el programa realizará, sino cómo estos son representados gráficamente y cómo estos influyen en la manera de calcular otras facilidades distintas a un simple enlace punto a punto. Ejemplo: Una Red de configuración celular, un sistema troncalizado de radio VHF o UHF, así como otras redes conocidas como “Anillo”, “Mesh”, etc.

Simplemente defina la topología como se muestra en el cuadro de arriba. Antes de proseguir con la asociación de unidades, asegurémonos que hemos introducido las coordenadas donde estarán ubicadas las terminaciones de nuestro enlace. Propiedades de las Unidades Realmente esto es lo que primeramente debemos realizar, antes de lo anteriormente expuesto, esto fue intencional, dada la importancia radical que tiene el definir correctamente nuestra Red. En las propiedades de las unidades, o punto de enlaces, por defecto, podemos especificar hasta 50 locaciones distintas. Sin embargo, esto es configurable haciendo uso del administrador de Red. Las siguientes ventanas nos muestran las coordenadas de nuestro ejemplo. Un punto situado exactamente sobre el techo del edificio. Y un punto remoto situado en la costa noroeste al borde la línea limítrofe con el estado Falcón donde se localiza una Cría o Granja de Camarones.

Ubicación de los Puntos

Coordenadas Edificio Banco Caracas

Coordenadas Punto Remoto

Vista Área de los Sitios

Edifico Banco Caracas Galpón Granja Camaronera Especificadas las coordenadas, ya podemos generar el mapa de elevaciones donde se sitúan las coordenadas de las unidades. En la barra de herramienta seleccionar “Edit” – “Fit map to unit” como se muestra en la grafica siguiente:

Lo cual activará la siguiente ventana:

Ventana para generar Mapa de Elevaciones

Asegúrese de activar la casilla “Adjust units elevation” mostrado con un ovalo rojo, dado que la elevación del terreno, no se corresponde a la aproximación de un GPS, el programa automáticamente ajustará la elevación sobre el nivel del mar de los puntos. El tamaño del mapa en la pantalla del PC definido en el rectángulo rojo, dependerá de la configuración de video del computador y monitor. Asegúrese que en el cuadro “Elevation data source” estén indicadas las rutas de las fuentes de datos de los mapas, en caso de tener varias fuentes y modelos distintos, deben indicarse de mayor a menor precisión. Para nuestro caso el primero debe corresponder a la fuente SRTM. El mapa que obtendremos lucirá como a continuación:

Asociación de las Unidades (Miembros que Pertenecen a una Red) Retornemos nuevamente a las propiedades de la Red, para definir los miembros que pertenecerán a la Red que estamos evaluando.

Activamos como miembro de la Red “Enlace 50 Kilómetros” a la unidad Banco Caracas. Sí es nuestro propósito y criterio, definimos este nodo como “Master”. Es importante tener bien claro este concepto, si un nodo es Master, el resto serán obviamente sus esclavos. Aun cuando también podríamos tener, lo cual es posible configurar una Red donde especifiquemos más de un nodo Master, debemos estar muy concientes cómo Radio Mobile asocia y calcula esta red entre los diferentes nodos frente a topologías distintas. Un caso de redes de varios nodos “Master”, lo encontraríamos en un sistema de Radio Troncalizado, donde cada repetidor es el Master de un sector donde sus esclavos son los radios móviles asociados a éste, dentro un área de cobertura de ese master en particular.

El punto remoto entonces, como se representa en la grafica anterior, será el esclavo. En el cuadro “Sistema” especificamos el radio asociado, en este caso “Radio ACME”, esto mismo lo aplicamos también con la unidad Master. En ambos nodos, debemos indicar hacia dónde debe dirigirse el azimut de ese nodo. En nuestro caso desde “Banco Caracas” el azimut es hacia “Punto Remoto”, y desde “Punto Remoto” hacia “Banco Caracas” Aun cuando no es el objetivo de este taller, es necesario dar a conocer que podríamos tener un sistema, como es el caso de una Red WI-FI, una Red de Repetidores o también una Red Celular, donde el Master es un equipo y marca determinados, mientras que los remotos son de marcas y especificaciones distintas, en este caso, cada remoto se le asocia al sistema o radio al que estamos evaluando.

En las propiedades de la red, encontramos el estilo que Radio Mobile representará gráficamente los enlace. Por defecto Radio Mobile considera una Red donde las líneas no serán de color Verde, si la señal calculada es menor a ±3 dB, este criterio se aplica en sistemas de Radio de 2 vías, en otras palabras el Margen de desvanecimiento es de 3 dB. Éste no es el caso para enlaces de micro-ondas en bandas milimétricas. Observe en la ventana grafica, que hemos especificado al programa, dibuje una línea verde, siempre y cuando las señales recibidas entre ambos extremos o nodos superan los 10 dB respecto a la sensibilidad de los receptores. Podemos hacer que el programa trace una línea “amarilla” cuando la señal por ejemplo esté igual o mayor a -3dB. Para un sistema de radio convencional, esto seria una representación de señal marginal ¡te escucho pero con ruido! Para un sistema de microonda lo que deseamos saber, es si ¡te escucho o no te escucho! Por eso ponemos un cero para el estilo “amarillo”. De esta forma, si la señal

recibida en los extremos supera los 10 dB, Radio Mobile graficará una línea “Verde”, si esta señal, está por debajo de de 10 dB, nos dibujará dos líneas sobrepuesta, una “Marrón” y otra “Amarilla” discontinua. Esto significa que ¡te escucho! Pero por debajo de la señal que quiero tener como reserva o “margen al desvanecimiento” ante una atenuación atmosférica o debido a otro fenómeno distinto.

Señal por encima del FM Señal por debajo del FM

No hay Enlace

Evaluación y Resultados Luego que todos los datos y parámetros del sistema han sido introducidos los resultados del enlace, incluyendo el perfil lo obtenemos haciendo “clic” en la barra de herramientas sobre el icono “Radio Link” que se muestra en la siguiente imagen:

Inmediatamente emergerá una ventana con los resultados:

Esta ventana nos suministra toda la información estimada y necesaria sobre el enlace que estamos diseñando o evaluando.

Una de las cosas que persigue el diseñador de un enlace, es el mantener en lo posible, es un bajo costo del enlace. Los elementos que mayor influyen en los costos, son las estructura de torres y antenas. Para enlaces largos, son en la mayoría de los casos, compromisos difíciles de cumplir. Hemos remarcado las ventanas “Antenna height” ya que en éstas ventanas, podemos variar las alturas de las antenas que nos permitirá tener una idea de alturas de torres necesaria en ambos extremos, poniendo especial atención, en los resultados que aparecen marcados como “Worst Fresnel” y “RX Relative”. Idealmente el despeje de Fresnel es (1) o mayor, pero jamás inferior a (0,6) que representa el 60% de despeje. Dependiendo de la topografía, las irregularidades de terreno y las obstrucciones, en la mayoría de los casos, trabajamos con un despeje del 60%. En el ejemplo, el enlace cumple con nuestros requerimientos, incluso, supera nuestras expectativas; pero, para reducir el costo del enlace, podemos evaluar antenas más pequeñas, por ejemplo la modelo SP1.5-3.5 que tiene una ganancia de 21.4 dBi en lugar de los 24.2 dBi. Este nuevo valor lo cambiamos en el la configuración del sistema, donde definimos las características de los elementos asociados en las propiedades de la Red. Lo resultados lo vemos inmediatamente como nos los muestra el siguiente grafico:

Obsérvese que el margen al desvaneciendo o señal relativa, se reduce de 18.9 dB a 13.3 dB; lo que aun supera en 3.3 dB al mínimo que habíamos establecido de 10 dB.

ii. Otros cálculos y aproximaciones importantes Es necesario llamar la atención sobre los cálculos y resultados que obtenemos en modelos de programas y métodos de cálculo. Los equipos de radios IP, la velocidad final resultante de un enlace, depende de la señal recibida. La experiencia de campo, y la experiencia de un producto o fabricante en particular, es la diferencia entre lo que queremos y lo que obtenemos. Muchas personas adquieren equipos baratos que ciertamente funcionan a una velocidad de por ejemplo 108 Mbps, pero que en ciertas condiciones de trabajo, distancias y condiciones ambientales, no superan a veces los 512 Kbps de velocidad. Tomemos como ejemplo la tabla que habíamos mostrado anteriormente:

Tarjeta 11 Mbps 5,5 Mbps 2 Mbps 1 Mbps

Orinoco Cards PCMCIA Silver/Gold -82 dBm -87 dBm -91 dBm -94 dBm

Senao 802.11b Card -89 dBm -91 dBm -93 dBm -95 dBm

Los valores de ésta tabla, no solo se cumplen para tarjetas inalámbricas de PC, sino también para todos los radios IP en general. Si usted, realmente necesita sacarle todo el provecho a un radio, debe poner principal atención en estos parámetros y especificaciones. Ahora bien, si lo que necesitamos es transportar un servicio de Internet (por ejemplo 512Kbps de bajada y 256 Kbps de subida) necesitamos asegurarnos que el enlace resultante, nos garantice una velocidad mínima de 1024 Kbps que es el doble de bajada. ¿Por qué? Porque los radios IP no son 100% full Duplex en transmisión (únicamente son full duplex en la interfaz ethernet); estos radios transmiten y reciben en la misma frecuencia o canal; a diferencia de los radios digitales PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) ó SDH (Synchronous Digital Hierarchy) adicional ha otros, que transmite por una frecuencia y reciben por otra. Si la disponibilidad total de la velocidad de transmisión de datos que requerimos, es como mínimo por ejemplo: 8 Mbps, tener un enlace de 54 Mbps no nos va mejorar en nada esa velocidad o disponibilidad (simplemente nos la asegura), ha menos que requiramos agregar otros servicios, aumentarlas, o estimemos un crecimiento de velocidad futura. La otra consideración que podemos mencionar, es que las empresas o servicios requeridos, donde se requiere una alta confiabilidad de servicio, el Margen al Desvanecimiento se estima entre 30dB y 35 dB., en lugar de los 10 dB de nuestro ejemplo. Para lograr esto, necesitamos antenas de por lo menos 32 dBi para nuestro ejemplo.

Para enlaces Punto a Punto, el patrón de antena que definamos, no afecta el cálculo en Radio Mobile. Éste es un tema que está fuera del objetivo de este taller. Los fabricantes de antenas, ofrecen datos y patrones

que no son compatibles o amigables con Radio Mobile, lo cual requieren ser editados. Estos patrones son extremadamente importantes en los estudios de coberturas Punto-Multipunto, Broacasting, etc., y en estudios de interferencias, donde Radio Mobile es capaz de modelar y calcular.