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Radio Enlace

Se denomina radio enlace a cualquier interconexión entre los terminales de telecomunicaciones

efectuados por ondas electromagnéticas. Si los terminales son fijos, el servicio se lo denomina

como tal y si algún terminal es móvil, se lo denomina dentro de los servicios de esas

características.

Se puede definir al radio enlace del servicio fijo, como sistemas de comunicaciones entre

puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de

información, con características de calidad y disponibilidad determinadas. Típicamente estos

enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42 GHz.

Los radio enlaces, establecen un concepto de comunicación del tipo dúplex, de donde se

deben transmitir dos portadoras moduladas: una para la Transmisión y otra para la recepción.

Al par de frecuencias asignadas para la transmisión y recepción de las señales, se lo denomina

radio canal.

Los enlaces se hacen básicamente entre puntos visibles, es decir, puntos altos de la topografía.

Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para un correcto funcionamiento es

necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la

propagación en toda época del año, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones

atmosféricas de la región.

Para poder calcular las alturas libres debe conocerse la topografía del terreno, así como la

altura y ubicación de los obstáculos que puedan existir en el trayecto.

La ingeniería de microondas/milimétricas tiene que ver con todos aquellos dispositivos,

componentes y sistemas que trabajen en el rango frecuencial de 300 MHz a 300 GHz. Debido a

tan amplio margen de frecuencias, tales componentes encuentran aplicación en diversos

sistemas de comunicación.

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Comunicación vía microondas

Básicamente un enlace vía microondas consiste en tres componentes fundamentales: El

Transmisor, El receptor y El Canal Aéreo. El Transmisor es el responsable de modular una

señal digital a la frecuencia utilizada para transmitir, El Canal Aéreo representa un camino

abierto entre el transmisor y el receptor, y como es de esperarse el receptor es el encargado de

capturar la señal transmitida y llevarla de nuevo a señal digital.

El factor limitante de la propagación de la señal en enlaces microondas es la distancia que se

debe cubrir entre el transmisor y el receptor, además esta distancia debe ser libre de

obstáculos. Otro aspecto que se debe señalar es que en estos enlaces, el camino entre el

receptor y el transmisor debe tener una altura mínima sobre los obstáculos en la vía, para

compensar este efecto se utilizan torres para ajustar dichas alturas.

Antenas y torres de microondas

La antena utilizada generalmente en las microondas es la de tipo parabólico. El tamaño típico

es de un diámetro de unos 3 metros. La antena es fijada rígidamente, y transmite un hazestrecho que debe estar perfectamente enfocado hacia la antena receptora.

Estas antenas de microondas se deben ubicar a una altura considerable sobre el nivel delsuelo, con el fin de conseguir mayores separaciones posibles entre ellas y poder superar posibles obstáculos. Sin obstáculos intermedios la distancia máxima entre antenas es deaproximadamente 7,14 km.

d = 7.14 (Kh)1/2 ( Km. )

Donde d es la distancia de separación entre las antenas expresada en kilómetros, h es la alturade la antena en metros, y K es un factor de corrección que tiene en cuenta que las microondasse desvían o refractan con la curvatura de la tierra llegando, por lo tanto, más lejos de lo que loharían si se propagasen en línea recta.

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Claro está que esta distancia se puede extender, si se aprovecha la característica de curvaturade la tierra, por medio de la cual las microondas se desvían o refractan en la atmósferaterrestre.

Una buena aproximación es considerar K = 4/3. Por lo tanto, a modo de ejemplo:

Dos antenas de microondas con altura de 100 metros pueden separarse una distancia de:

d = 7.14 ( 133)1/2 = 82 Km.

La distancia cubierta por enlaces microondas puede ser incrementada por el uso derepetidoras, las cuales amplifican y redireccionan la señal, es importante destacar que losobstáculos de la señal pueden ser salvados a través de reflectores pasivos.

La señal de microondas transmitidas es distorsionada y atenuada mientras viaja desde eltransmisor hasta el receptor, estas atenuaciones y distorsiones son causadas por una pérdida

de potencia dependiente a la distancia, reflexión y refracción debido a obstáculos y superficiesreflectoras, y a pérdidas atmosféricas.

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Reflector parabólico: se construye de fibra de vidrio o aluminio. El caso de fibra de vidrio se

construye con un laminado reforzado con resina poliester; la superficie se metaliza con Zinc.

Eficiencia: en una antena se ve reducida la ganancia por las siguientes causas:

• Spill over: la potencia incidente es irradiada en todas las direcciones por el borde de laparábola (rendimiento 90%).

• El iluminador tiene un diagrama de emisión que abarca más que la superficie de la antena(rendimiento de 70%).

• El iluminador absorbe parte de la energía reflejada en la parábola por que obstruye el camino(rendimiento de 95%).

• La rugosidad del reflector produce una diferencia de fase en las ondas reflejadas (rendimientode 93%).

• Se genera una diferencia de fase cuando el iluminador no está exactamente en el foco de laparábola (rend. 98%).

• Como el reflector no es un conductor ideal parte de la energía penetra en el material y esabsorbida (rendimiento 99%).

Consideraciones en un Radio Enlace

El clima y el terreno son los mayores factores a considerar antes de instalar un sistema demicroondas.

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En resumen, en un radioenlace se dan pérdidas por:

• Espacio libre

• Difracción

• Reflexión

• Refracción

• Absorción

• Desvanecimientos

• Desajustes de ángulos

• Lluvias

•

Gases y vapores

• Difracción por zonas de Fresnel (atenuación por obstáculo);

• Desvanecimiento por múltiple trayectoria (formación de ductos);

• Cables, conectores, etc.

Aplicaciones

El uso principal de este tipo de transmisión se da en las telecomunicaciones de largasdistancias, se presenta como alternativa del cable coaxial o la fibra óptica.

Este sistema necesita menor número de repetidores o amplificadores que el cable coaxial peronecesita que las antenas estén alineadas.

Los principales usos de las microondas terrestres son para la transmisión de televisión y voz.

Los enlaces de microondas se suelen utilizar para enlazar edificios diferentes, donde lainstalación de cable conllevaría problemas o seria más costosa. Sin embargo, dado que losequipos de microondas terrestres suelen utilizar frecuencias con licencia, las organizaciones ogobiernos que conceden las licencias imponen limitaciones económicas y financierasadicionales.

Las principales aplicaciones de un sistema de microondas terrestre son las siguientes:

• Telefonía básica (canales telefónicos)

• Datos

• Telegrafo/Telex/Facsímile

• Canales de Televisión.

• Video

• Telefonía Celular (entre troncales)

• transmisión de televisión y voz.

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Aunque las microondas son lógicamente superiores, ni las distancias, ni la capacidad delmedio, ni la velocidad, la convierten en un sistema muy utilizado.

Pero a pesar de todo, las microondas terrestres siguen conformando un medio decomunicación muy efectivo para redes metropolitanas para interconectar bancos, mercados,tiendas departa-mentales y radio bases celulares.

Ventajas de los radioenlaces de microondas comparadas con los sistemas de líneas

metálicas

· Volumen de inversión generalmente más reducido.

· Instalación más rápida y sencilla.

· Conservación generalmente más económica y de actuación rápida.

· Puede superarse las irregularidades del terreno.

· La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de

transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo.

· Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las torres.

Desventaja de los radio enlaces de microondas comparados con los sistemas de línea

metálica

• Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces.

• Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer de

energía y acondicionamiento para los equipos y servicios de conservación. Se han hecho

ensayos para utilizar generadores autónomos y baterías de células solares.

• La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los sistemas por 

cable

• Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviacionesdel haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un

importante problema en diseño.

Estructura general de un radio enlace por microondas

Un radioenlace esta constituido por equipos terminales y repetidores intermedios. La función de

los repetidores es salvar la falta de visibilidad impuesta por la curvatura terrestre y conseguir 

así enlaces superiores al horizonte óptico. La distancia entre repetidores se llama vano.

Los repetidores pueden ser:

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· Activos

· Pasivos

En los repetidores pasivos o reflectores.

· No hay ganancia

· Se limitan a cambiar la dirección del haz radielectrónico.

Planes de frecuencia – Ancho de banda en un radio enlace por microondas 

En una estación terminal se requieran dos frecuencias por radiocanal.

· Frecuencia de emisión

· Frecuencia de recepción

Es una estación repetidora que tiene como mínimo una antena por cada dirección, es

absolutamente necesario que las frecuencias de emisión y recepción estén suficientemente

separadas, debido a:

1. La gran diferencia entre los niveles de las señales emitida y recibida, que puede ser de

60 a 90 dB.

2. La necesidad de evitar los acoples entre ambos sentidos de transmisión.

3. La directividad insuficiente de las antenas sobre todas las ondas métricas.

Por consiguiente en ondas métricas (30-300 Mhz) y decimétricas (300 Mhz - 3 Ghz), conviene

utilizar cuatro frecuencias (plan de 4 frecuencias).

En ondas centimétricas, la directividad es mayor y puede emplearse un plan de 2 frecuencias.

Plan de 4 Frecuencias

Plan de 2 Frecuencias

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Propagación de microondas

El diseño del enlace esta principalmente orientado a predecir los periodos de interrupción quesufrirá el radio enlace y asegurarse que estos no excedan los objetivos de calidad, la mayoríade estas interrupciones ocurren como resultado de efectos atmosféricos, por esto es necesarioque el diseñador de radio-enlaces tenga un buen conocimiento de la propagación de lasmicroondas.

Formas de propagación.

Las ondas Hertzianas se propagan en dos formas:

En el espacio libre (por ejemplo, propagación irradiada alrededor de la tierra):

Las ondas causadas por la caída de una piedra en la superficie de un estanque se propagan

como círculos concéntricos. La onda de radio emitida por la antena isotrópica (es decir,

radiante de manera uniforme en todas las direcciones del espacio) puede ser representada por 

una sucesión de esferas concéntricas. Imagínese una burbuja que se infla muy rápidamente, a

la velocidad de la luz, muy cerca de 300,000 km por segundo. Al cabo de un segundo la esfera

tiene 600,000 km de diámetro. Si el medio de propagación no es isotrópico y homogéneo, el

frente de la onda no será una esfera.

En líneas (propagación guiada, en un cable coaxial o en una guía de onda):

En espacio libre, cuanto más se aleje de la antena, la intensidad del campo electromagnético

irradiado es más débil. Esta variación es regular en un medio homogéneo, en el vacío, por 

ejemplo. En un medio no homogéneo, como por ejemplo, en la superficie de la Tierra,

numerosos fenómenos contradicen esta norma: es frecuente que la onda recibida interfiere

directamente con un reflejó de esta onda sobre el suelo, un obstáculo o sobre una capa de la

ionosfera.

Para una buena recepción, es necesario que el campo eléctrico de la onda captada tenga un

nivel suficiente. El valor mínimo de este nivel depende de la sensibilidad del receptor, de la

ganancia de la antena y la comodidad de escucha deseada. En el caso de las transmisiones

numéricas la comodidad de escucha es sustituida por el nivel de fiabilidad requerido para la

transmisión. La intensidad del campo eléctrico se mide en voltio/metro.

Propagación de las ondas de radio: difusión, reflexión y refracción.

Una onda de radio se distingue de una radiación luminosa por su frecuencia: algunas decenas

de kiloherz o gigahertz para la primera, algunos centenares de térahertz para el segundo.

Obviamente la influencia de la frecuencia de la onda es determinante para su propagación pero

la mayoría de los fenómenos de la óptica geométrica (por ejemplo, la reflexión) se aplican

también en la propagación de las ondas hertzianas.

En la práctica es frecuente que dos o varios fenómenos se apliquen simultáneamente altrayecto de una onda: reflexión y difusión, difusión y refracción. Estos fenómenos aplicados a

las ondas radioeléctricas permiten a menudo establecer conexiones entre puntos que no están

en vista directa.

Una onda electromagnética se define con tres parámetros:

a. La frecuencia: nos define el número de ondas que se transmiten en un segundo.

b. La velocidad: que como decíamos es siempre la misma ya que es independiente de la

frecuencia. Esta velocidad es igual a la velocidad de la luz (300.000 kilómetros por segundo).

c. La longitud de onda: que es el resultado de dividir la velocidad de propagación (la velocidad

de la luz) por la frecuencia. El resultado viene expresado en metros.

La siguiente tabla muestra la clasificación de las ondas electromagnéticas a tenor de los tres

parámetros antes enunciados:

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Longitud de onda Frecuencia

Siglas

Valores Denominación Valores Denominación

100km => 10km ondas miriamétricas 3 khz => 30 khz frecuencias muy bajas V.L.F.

10 km => 1 km ondas kilométricas 30 khz => 300 khz Frecuencias bajas L.F.

1000 m => 100 m ondas hectométricas300 Khz => 3000

KhzFrecuencias medias M.F.

100 m => 10 m ondas decamétricas 3 Mhz => 30 Mhz Frecuencias altas H.F.

10 m => 1 m ondas métricas30 Mhz => 300

MhzFrecuencias muy

elevadasV.H.F.

100 cm => 10 cm Ondas decimétricas300 Mhz => 3000

MhzFrecuencias ultra-

elevadasU.H.F

10 cm => 1 cm Ondas centimétricas3000 Mhz =>30000 Mhz

Frecuencias super-elevadas S.H.F.

Ondas aéreas

Son aquellas que parten de la antena del emisor y llegan hasta la antena del receptor a través

del propio aire pero sin llegar a la ionosfera. Según su trayectoria pueden ser: Ondas directas,

reflejadas y otras influenciadas por ciertos efectos como son por refracción troposférica o por 

difracción.

 Onda directa

Tocar terreno ni ionosfera. La atenuación es mínima, siendo únicamente la que se produce por 

el espacio abierto o agentes meteorológicos (lluvia, nieve, etc.) Es la típica de frecuencias

superiores a 30MHz (V-U-SHF).

Un claro ejemplo lo tenemos en los emisores de radiodifusión FM y TV, en los que para

conseguir máximas distancias es imprescindible tener la antena emisora lo más alta posible (o

ubicaciones de repetidores o reemisores en cotas altas del terreno). Otro ejemplo lo tenemos

en los radioenlaces de microondas (SHF o frecuencias >3GHz) en los que es imprescindible

que haya visión directa para establecerse la comunicación.

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Onda reflejada

Llega al receptor después de reflejarse en la tierra (o mar). Sufre gran atenuación por la

propia naturaleza del terreno y depende mucho de éste. En ocasiones favorece el

establecimiento de la comunicación a largas distancias.

Refracción Troposférica

Cuando una capa de aire frío se encuentra entre dos capas de aire caliente, puede ocurrir 

que la onda de refracte, esto es, que modifique su trayectoria.

Difracción (filo de la navaja)

Cuando entre el emisor y el receptor se encuentra una montaña o cordillera, puede ocurrir que

las ondas modifiquen su trayectoria debido a la naturaleza del terreno ( temperatura, humedad,

etc) consiguiéndose incluso, niveles de ganancia, en lugar de atenuaciones.

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Ondas de radio u ondas hertzianas.

Las ondas de radio u ondas Hertzianas son ondas electromagnéticas. Como una onda de radio

es una vibración, al cabo de un período, la onda habrá recorrido una distancia llamada longitud

de onda. La longitud de onda es una característica esencial en el estudio de la propagación;

para una frecuencia dada depende de la velocidad de propagación de la onda.

El ámbito de las frecuencias de las ondas de radio se extiende de algunas decenas dekiloherzios hasta los límites de los infrarrojos.

Zona de Fresnel

Cada frente de ondas progresando de una fuente transmisora a un punto receptor,consiste de un número infinito de fuentes secundarias. Luego entonces, incluso enel caso simple de energía transmitiéndose de un punto a otro en el espacio libre,hay un número infinito de trayectorias a considerar; cada una de ellas originándosede una fuente secundaria en el frente de onda progresivo. Algunas de estastrayectorias se muestran.

Las zonas pares (N= 2,4,6, etc) tienen una contribución sustractiva de potencia pues el rayodirecto y el difractado se suman en contrafase y las zonas impares tienen una contribución

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aditiva. La potencia de recepción es la suma de todas las contribuciones; las amplitudes deestas contribuciones disminuyen en la medida que se incrementa el orden N. Las zonas deFresnel aportan una intensidad de campo proporcional a la superficie de la zona y a un factor de oblicuidad. A causa de este factor el aporte de cada zona disminuye con el orden de lazona. En conjunto el aporte combinado desde la zona 2 en adelante es solo la mitad del aportede la primer zona.

 Teniendo como punto de partida el principio de Huygens, podemos calcular la

primera zona deFresnel, el espacio alrededor del eje que contribuye a la transferencia de potenciadesde la fuente hacia el receptor.

Se debe de mantener despejado, al menos, el 80% de la primera zona de Fresnel. Fijémonosen el siguiente dibujo:

En color gris se representa a la primera zona de fresnel. Es decir para conseguir comunicarnosa una distancia D con una señal portadora de frecuencia f , debemos conseguir que la altura r de la primera zona de Fresnel (o al menos el 80% de r) esté libre de obstáculos.

O visto desde otro escenario, imáginemos que estamos en el desierto en ausencia de cualquier tipo de edificio, árbol u obstaculo entre emisor y receptor. El fabricante nos dice que el alcancemáximo de un dispositivo son X metros. ¿Cual es la distancia respecto al suelo a la quehemos de colocar las antenas para conseguir no entorpecer al menos el 80% de laprimera zona de fresnel y conseguir el máximo alcance?

Pues si aplicamos la fórmula de ahí arriba (D en Km, r en metros, f en Ghz) nos sale que si unfabricante nos dice que la distancia máxima de su dispositivo que trabaja por ejemplo a 2.4Ghz

(una frecuencia común en los teléfonos inhalambricos) es de:

300 metros, implica que las antenas tienen que estar como mínimo a 2.45 metros de alturarespecto al suelo.

1.6 kilómetros, implica que las antenas tienen que estar por lo menos a 5.65 metros de alturarespecto al suelo.

8 kilómetros, implica que las antenas tienen que estar por lo menos a 12.64 metros de alturarespecto al suelo.

16 kilómetros, implica que las antenas tienen que estar por lo menos a 17.88 metros de

altura respecto al suelo.

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Potencia de Transmisión (Tx)

La potencia de transmisión es la potencia de salida del radio. El límite superior depende de lasRegulaciones vigentes en cada país, dependiendo de la frecuencia de operación y puedecambiar al variar el marco regulatorio. En general, los radios con mayor potencia de salida sonmás costosos.

Ganancia de antena

La ganancia de una antena varía de acuerdo al tamaño de la antena, téngase en cuenta quehay muchos factores que disminuyen la ganancia real de una antena como la pérdida en elespacio libre, pérdidas en cables y en conectores, etc.

Pérdidas en el Cable y ConectoresPérdidas debido a la atenuación