MICROONDASTRABAJO COLABORATIVOFASE 1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIASMARZO 2015

CONTENIDO

PORTADA

INTRODUCCION

OBJETIVOS

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIAS

INTRODUCCION

Los radio enlaces son interconexin entre terminales fijos y mviles efectuado por ondas de radio. Generalmente los radioenlaces se explotan entre 2 y 50 GHzSe asume que el trayecto que sigue una onda de radio se encuentra lleno de obstculos, como accidentes geogrficos o construcciones, adems de estar afectado por la curvatura de la tierra. Para determinar un enlace radio elctrico de estos sistemas se realiza el clculo del enlace. Para esto es muy importante conocer las caractersticas climticas de la zona, especificaciones de los equipos, etc. Tambien se analizan otros factores como Prdida en el espacio libre, Zonas de Fresnel, Lnea de vista, Multitrayectoria entre otras..

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar el planteamiento propuesto en la gua de actividades del trabajo colaborativo 1. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar y definir los principales parmetros, elementos y equipos que caracterizan y componen un radioenlace. Manejar e interpretar las recomendaciones internacionales sobre diseo y anlisis de radioenlaces Realizar clculos de balance de potencia y disponibilidad. Plantear una situacin polmica a solucionar por medio de enlaces de radio frecuencia. Definir como mnimo el enlace de cinco redes de radio frecuencia en el enlace a plantear. Configurar los enlaces de radio de tal forma que se obtenga una red global que interconecte de forma eficiente los puntos requeridos. Realizar los clculos de los diferentes parmetros a medir en el enlace de las redes.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

Diseo y anlisis de radioenlaces

La base principal sobre la que se van a fundamentar todos los clculos efectuados para evaluar las prdidas que afectan a un radioenlace, es el perfil levantado entre los dos extremos del mismo, es decir, entre el transmisor y el receptor. En esta prctica se pretende que el alumno aprenda a calcular un perfil entre dos puntos cualquiera siendo conocida la posicin de stos en un sistema de coordenadas. La representacin de los perfiles del terreno se efecta llevando las cotas de los puntos sobre una lnea de base o curva de altura cero parablica, que representa la curvatura de la Tierra ficticia con radio KR0. La ordenada de esta curva, para la abscisa genrica x, se denomina flecha y equivale a la protuberancia de la Tierra. Llamndola ahora f(x), se tiene:

Donde f(x) est en m y d-x en Km. K es el factor de correccin del radio terrestre para tener en cuenta el efecto de refraccin atmosfrica. En Espaa se suele tomar K=4/3 si se va a trabajar con el archivo N42W008, y para Colombia (N10W075) se debe ajustar este factor. En la figura 1 se ha representado un perfil atendiendo a estos parmetros.

La altura z(x), sobre la horizontal de un punto genrico del terreno P a una distancia x del transmisor, es igual a su cota geogrfica c(x) ms la flecha f(x): z(x)=c(x)+f(x) Tradicionalmente, los perfiles se representan a partir de datos obtenidos manualmente de mapas topogrficos. Estos representan el terreno de una zona geogrfica a una escala determinada, en forma de retcula tridimensional, con coordenadas UTM: X, Y y la cota Z. Tenemos que si hr y ht son alturas de los mstiles soporte de las antenas, como en los extremos la flecha es cero, se tiene:

Z (0) = c (0)+ht (Ec. 1)Z (d) = c (d)+hr (Ec.2)

Llamando y(x) a la ordenada de la recta TR que representa al rayo, el despeje en un punto arbitrario de abscisa x, es:h(x) = z(x)-y(x) (Ec.3)Como la flecha es funcin de k, al variar este parmetro cuando lo haga el gradiente de la retroactividad, tambien variara la flecha y, por lo tanto, en le misma cuanta, el despeje. Si se llama h y f a estas variaciones, se tiene:

h(x) = f(x)=0.07849. x. (d-x) (Ec.4)

Si k2< k1, f es positivo y el despeje se reduce en el valor de h(x).Tradicionalmente, los perfiles se representan a partir de datos obtenidos manualmente de mapas topogrficos. Es muy frecuente la utilizacin de mapas de escala 1:50.000. Se van obteniendo distancia-cota por interseccin entre la lnea que une las ubicaciones del transistor y receptor y las curvas de nivel del terreno, que para la escala anterior, tienen una equidistancia de 20 m.Para solventar estos problemas, se han desarrollado procedimientos de digitalizacin de mapas topogrficos que permiten la obtencin por ordenador de perfiles radioelctricos y posteriores clculo, tanto de las prdidas de propagacin, como de contornos equisetal, con una precisin adecuada a las necesidades de radiocomunicaciones.

Se selecciona el punto A con Hertz Mapper.

Altura de la antena 15m

Se selecciona punto B Hertz Mapper.

ESTACIONES UBICADAS

Seleccione una de las estaciones y elija la opcin Profile. Lleve la lnea que aparece de modo que una ambas estaciones. Entonces pulse con el ratn y aparecer el perfil de elevacin entre ambas estaciones. En este perfil ya se tiene en cuenta un factor de correccin K=4/3 como corresponde a Espaa (N42W008.).

Inicialmente parta de la mnima longitud de mstil ht=hr=1m, y realice varios clculos del radio de la primera zona de Fresnel y el despejamiento (vari la altura de las antenas para obtener varias mediciones de la zona de Fresnel para el mismo enlace, por lo menos 5 mediciones de la zona de Fresnel con diferentes datos y valores de los parmetros de configuracin del Herz Mapper o RadioMobile).

Se procede a tomar las 5 mediciones variando la altura de las antenas. Altura de la antena 15 m. Altura de la antena 1m Altura de la antena 2 m. Altura de la antena 3m. Altura de la antena 6 m. Altura de la antena 8 m.

AZIMUTH EN GRADOSINCLINACION EN GRADOS

ESTACION A5300160

ASTACION B23300160

DISTANCIAS ENTRE ANTENAS32202METROS

PRINCIPALES PARMETROS, ELEMENTOS Y EQUIPOS QUE CARACTERIZAN Y COMPONEN UN RADIOENLACE

Elementos de un RadioenlaceLado de TransmisinPotencia de Transmisin, prdidas en el cable, ganancia de antenaLado de PropagacinFSL, zona de FresnelLado ReceptorGanancia de antena, prdidas en el cable, sensibilidad del receptor.

Elementos de un Radioenlace

POTENCIA VERSUS DISTANCIA

Ecuacin de Radioenlace:+ Potencia del Transmisor [dBm]-Perdidas en el Cable TX [dB]+ Ganancia de Antena TX [dBi]-Perdidas en la trayectoria en el espacio libre [dB]+ Ganancia de Antena RX [dBi]-Perdidas en el Cable RX [dB]= Margen Sensibilidad del receptor [dBm]Potencia de Transmisin (Tx)Potencia de salida del radio (la tarjeta inalmbrica, estacin base)El lmite superior depende de limites regulatorios por lo tanto de los pases/regiones y la utilidad en el tiempo

Prdidas en el Cable Perdidas debido a la atenuacin El cable de la antena debe ser lo ms corto posible Dependientes de la Frecuencia Controlar la hoja de datos y verificar Los valores tpicos de perdidas varan entre 1 dB/m hasta < 0.1 dB/m Menores perdidas => cable ms costoso

Prdidas en el Cable

Prdidas en los Conectores Perdidas en los conectores (0.25 dB por conector) Dependiendo de la frecuencia y tipo de conector Perdidas en protectores contra descarga elctrica. (1 dB)Amplificadores Su uso es opcional, compensa perdidas en los cables Puede cambiar caractersticas en la frecuencia y adicionar ruido Considere los lmites legales Una eleccin inteligente de las antenas y una alta sensibilidad en el receptor son mejores que la fuerza bruta de amplificacin. El amplificador aumenta tanto el nivel de la seal como el del ruido.

Antena del lado transmisor Ganancia de Antena en rangos desde 2 dBi (antena integrada simple) 8 dBi (omni direccional estndar ) 21 30 dBi (parablica) Verifique que realmente tiene la ganancia nominal Perdidas en la inclinacin, en la polarizacin, etc.Prdidas en el espacio libre Proporcional al cuadrado de la distancia Proporcional al cuadrado de la frecuencia del radio.FSL (dB) = 20log10 (d) + 20log10 (f) 187.5d = distancia [m]f = frecuencia [Hz]Suponemos una antena isotrpica

Aproximacin lineal de FSL

Propagacin en el espacio libre: Zona de Fresnel

La siguiente formula calcula la primera zona de Fresnel:r=17,32* ((d1*d2)/ (d*f))d1= distancia al obstculo desde el transmisor [km]d2 = distancia al obstculo desde el receptor [km]d = distancia entre transmisor y receptor [km]f= frecuencia [Ghz]r= radio [m]Obstculo situado en el medio (d1=d2), la formula se simplifica:r=17,32* (d /4f)El radio que contiene el 60% del total de la potencia:r (60 percent)=10,4*(d /4f )Zona de Fresnel (Lnea de vista)

Radio [m] para la primera zona de Fresnel

Lado Receptor. Prdidas en Antenas, Cables y AmplificadoresLos clculos son iguales que los del lado de transmisin.Sensibilidad del receptor Muestra el mnimo valor de potencia que necesita para poder decodificar/extraer bits lgicos y alcanzar una cierta tasa de bit Cuanto ms baja sea la sensibilidad, mejor ser la recepcin del radio Una diferencia de 10 dB aqu es tan importante como 10 dB de ganancia en una antena

Margen y SNR (tasa de seal a ruido)Margen = Seal recibida en el receptor sensibilidad No es suficiente que la seal sea > que el ruido Es necesario un cierto margen entre la seal y el ruido (SNR) Requerimiento tpico de SNR es: 16 dB para 11 Mbps 4 dB para 1 Mbps.Trminos y Conceptos Presupuesto de enlace / Presupuesto de potencia / Ganancia del Sistema Un clculo de seal/potencia de las partes del sistema Margen de operatividad del sistema Seal recibida sensibilidad EIRP (Efectiva Isotropic Radiated Power) = PIRE (Potencia Irradiada Isotrpica Efectiva) Mxima Potencia Irradiada 100 mW en Europa 1 4 W en otros pasesPIRE (dBm) = Potencia Transmisor (dBm) Perdidas en cables y conectores (dB)+ Ganancia deAntena (dBi).

Clculo con dB Decibel es adimensional (como el porcentaje) dB= 10*log(P(W)/(1W)) dBm= 10*log(P/0.001)= 10*log(P(W)/1(mW)) dBi = dB relativo a una antena isotrpica ideal (Fuente de un punto) Las unidades de decibeles pueden ser sumadas y restadas y el resultado ser adimensional.La Regla de Oro: Duplicar la potencia es igual a sumar 3 dB Reducir la potencia a la mitad es igual que restar 3 dB.El presupuesto de enlace completoDos ejemplos reales a discutirLa cuestin clave es:Qu margen necesita para que un enlace funcione bien?+ Potencia del Transmisor [dBm]-Perdidas en el Cable TX [dB]+ Ganancia de Antena TX [dBi]-Perdidas en la trayectoria en el espacio libre [dB]+ Ganancia de Antena RX [dBi]-Perdidas en el Cable RX [dB]= Margen Sensibilidad del receptor [dBm].

Ejemplo 1

Ejemplo 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.Para dar solucin a la gua de actividades, hemos conformado un grupo de trabajo entre los estudiantes Hermes Orlando Santacruz, Omar Lasso Ortega, Mario Hernn Arciniegas, quienes pertenecemos al CEAD de Pasto (N). Se plantea la necesidad de enlazar tres puntos mediante radiofrecuencia:Un punto ubicado en la sede del CEAD Pasto, un punto ubicado en el Municipio de La unin Nario que dista en lnea recta del primer punto 47,5 km en lnea recta, y un punto ubicado en el Municipio de San Pablo Nario que dista del primero, 59,7 km en lnea recta.Podemos ubicar geogrficamente los puntos mencionados mediante el siguiente fragmento de mapa poltico del Departamento de Nario.

SOLUCIN DEL PROBLEMA.El primer obstculo encontrado, es que los puntos a enlazar no tienen lnea de vista, por ello es necesario instalar antenas repetidoras en la cima de tres montaas representativas del sector, las cuales en la realidad sabemos que son utilizadas por las empresas de telecomunicaciones para instalar sus repetidores, con lo que podemos estar seguros que son puntos ptimos que nos garantizan lneas de vista.A continuacin se dan a conocer las coordenadas de los puntos a enlazar y de las repetidoras.PUNTO 1Nombre: Cead Pasto.Ubicacin: 1 12 57,8 N 77 17 0,2 oAltura [msnm]: 2544,3

PUNTO 2Nombre: Cerro Morasurco.Ubicacin: 1 16 11 N 77 14 25,8 oAltura [msnm]: 3509,4

PUNTO 3Nombre: Cerro Chimayoy.Ubicacin: 1 33 14 N 77 03 51,6 oAltura [msnm]: 3080,3

PUNTO 4Nombre: Cerro El Plpito.Ubicacin: 1 38 36,6 N 76 59 28,5 oAltura [msnm]: 2705,1

PUNTO 5Nombre: San Pablo N.Ubicacin: 1 40 14 N 77 00 33,7 oAltura [msnm]: 1737,2

PUNTO 6Nombre: La Unin N.Ubicacin: 1 36 18,2 N 77 07 55,5 oAltura [msnm]: 1722Para el enlace de estos puntos se configuran cinco redes de la siguiente forma:

RED 1Nombre: Cead Pasto Morasurco.Distancia: 7,6 Km

RED 2Nombre: Morasurco - Chimayoy. Distancia: 37,1 Km

RED 3Nombre: Chimayoy La Unin.Distancia: 9,4 KmRED 4Nombre: Chimayoy El Plpito.Distancia: 12,8 Km

RED 5Nombre: El Plpito San Pablo.Distancia: 3,6 Km

Se plantea el enlace entre las redes mediante antenas yagi bidireccionales de 25 dbm de ganancia, ubicadas a alturas promedio de 60 m.Para la comprobacin del enlace se procede a montar una simulacin en el software RADIO MOVILE que es una herramienta muy til y fcil de utilizar.

Visualizacin del radio enlace a travs del software, en la cual se observan las 5 redes con enlaces ptimos, se puede apreciar la lnea de vista entre los diferentes puntos

A continuacin se muestra la simulacin de cada uno de los puntos donde se puede observar los diferentes datos obtenidos, que ms adelante sern analizados con mayor profundidad.

ENLACE UNAD CEAD PASTO CON EL CERRO MORASURCO

ENLACE CERRO MORASURCO CON EL CERRO DE CHIMAYOY

ENLACE CERRO MORASURCO Y CERRO EL PULPITO

ENLACE CERRO EL PULPITO CON RESIDENCIA DE OMAR LASSO EN SAN PABLO NARIO

ENLACE CERRO CHIMAYOY CON EL MUNICIPO DE LA UNION NARIO, RESIDENCIA DE MARIO HERNAN ARCINIEGAS

SIMULACIN DEL ENLACE MIGRADO A GOOGLE EARTH

CALCULOS DE ALGUNOS FACTORES DE PRDIDA DE LAS REDES

Red Cead Pasto Morasurco.

Perdidas en el espacio libre:

Peor fresnel F1:

Red Morasurco Chimayoy.

Perdidas en el espacio libre:

Peor fresnel F1:

Red Chimayoy La Unin

Perdidas en el espacio libre:

Peor fresnel F1:

Red Chimayoy el plpito

Perdidas en el espacio libre:

Peor fresnel F1:

Red El Plpito San Pablo

Perdidas en el espacio libre:

Peor fresnel F1:

CONCLUSIONES

En el desarrollo de este trabajo se realiz en establecer todos los clculos efectuados para evaluar las prdidas que afectan a un radioenlace, el cual consista en un perfil levantado entre el transmisor y el receptor. Donde se estableci la ubicacin de cada uno y la distancia entre ellos. Fue muy importante identificar y definir los principales parmetros, elementos y equipos que caracterizan y componen un radioenlace. Esto nos permiti entender esta temtica y desarrollo del trabajo colaborativo.

BIBLIOGRAFIAS

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