enlaces.pdf
Post on 22-Oct-2015
12 Views
Preview:
TRANSCRIPT
ENLACES
PRESUPUESTO DEL ENLACE
Un presupuesto de enlace completo es simplemente la sumatoria de todas las contribuciones
(en decibelios) a través de las tres partes principales del camino de transmisión. Todos los
valores positivos son ganancia y todos los negativos son pérdidas. Observando la figura 2-37:
Figura 2-33: Presupuesto del enlace
Fuente: Desarrollado por Sebastián Buettrich
Las 3 partes principales mencionadas son:
1. El lado del transmisor con la potencia de transmisión efectiva.
2. La parte de la propagación con las pérdidas por propagación.
3. El lado del receptor con la sensibilidad del receptor efectiva.
La fórmula para calcular el nivel de recepción es:
����� �� = �� − � � + ����� + ����� (2.1)
Donde:
(+) PTx=Potencia de transmisión
(-)PTot = Pérdidas totales =∑ �é������= Pérdidas espacio libre + Pérdidas por el cable receptor
+ Pérdidas por el cable del transmisor
(+) GainR= Ganancia del receptor
(+) GainT= Ganancia del transmisor
La sensibilidad del receptor indicada en la figura 2-32 muestra el mínimo valor de potencia que
necesita para poder decodificar/extraer “bits lógicos” y alcanzar una cierta tasa de bit.
Cuanto más baja sea la sensibilidad, mejor será la recepción.
Margen de Desvanecimiento (MD) y Relación Señal a Ruido (SNR)
El margen de desvanecimiento determina el rendimiento de un radio enlace y es el resultado
de la diferencia entre la potencia nominal del receptor y la sensibilidad del mismo.
(2.2)
MD = Margen de Desvanecimiento, en dB.
Prx = Potencia de Recepción, en dBm.
Pu = Sensibilidad del Receptor
En un radio enlace es necesario tomar muy en cuenta tanto las características específicas del
trayecto, en el cual estará trabajando el enlace, así como también aspectos de confiabilidad en
la propagación. Es por esta razón que en la Fórmula (2.3) que es la formula de Bamett-Vigant,
se presenta el cálculo del Margen de Desvanecimiento considerando los aspectos
mencionados anteriormente.
(2.3)
FM = Margen de Desvanecimiento, en dB
d = Distancia, en Km
A = Factor de rugosidad del terreno
B = Factor climático
f = Frecuencia, en GHz
R = Confiabilidad, en modo decimal
1-R = Objetivo de confiabilidad para una trayectoria de 400 Km.
1 − � = 0,00001 × !""(2.4)
A y B son factores que toman en cuenta la climatología y el tipo de terreno, es por esta razón
que existen distintos valores que tanto A y B pueden ir tomando, valores que pueden ser vistos
en la Tabla 2-9:
Tabla 2-9: Factores A y B en el margen de desvanecimiento
Fuente: feher, kamilo. “digital comunicationsmicrowaveaplications”
Se debe considerar que para que exista un correcto funcionamiento del radioenlace debe
cumplirse que:
MD ≥FM
Disponibilidad y Confiabilidad del Sistema (R)
Es el porcentaje de tiempo en el cual un radio enlace no se ve interrumpido por efectos de
desvanecimiento, su cálculo depende directamente, tal como se muestra en la Fórmula (2.5),
de la Probabilidad de la tasa de bits errados BER (P), cuyo cálculo se muestra en la Fórmula
(2.6).
(2.5)
(2.6)
Ahora se calculara la Potencia recibida (Prˈ) pero se incluye el Margen de Confiabilidad.
(2.7)
Para realizar el cálculo de la confiabilidad:
#$ = (1 − �) × 365���� × 24ℎ-���(2.8)
PÉRDIDAS EN EL ENLACE
En todo enlace siempre existen pérdidas que pueden o no afectar significativamente a la
transmisión y recepción. No existe enlace sin pérdidas pero el objetivo del diseñador es poder
reducir estas pérdidas para evitar que afecten al sistema.
PÉRDIDAS EN EL ESPACIO LIBRE
Pérdidas en el espacio libre, se trata de las pérdidas de propagación que sufre la señal
radioeléctrica en condiciones de espacio libre: sin ningún obstáculo en el camino, es decir,
visión directa entre las antenas. En esta magnitud no suelen incluirse otras pérdidas
adicionales debidas a lluvia, absorción atmosférica, etc. Estas pérdidas están relacionadas
directamente con la distancia del radio enlace y la frecuencia de funcionamiento mediante la
siguiente expresión:
Lbas (dB) = 92,44 + 20 log10 f (GHz) + 20 log10 d (km.) (2.9)
(Fórmula de Friis)
La tabla 2-10 muestra la relación entre distancia (en millas y kilómetros) y perdidas en el
espacio libre a diferentes frecuencias: 900 MHz, 2.4 GHz y 5.8 GHz.
Tabla 2-10: Pérdidas Típicas en Espacio Libre a Diferentes Frecuencias
Fuente: Monitor, Creating the virtual Oilfield.pdf
PÉRDIDAS ADICIONALES
Existen también pérdidas adicionales de propagación donde se incluyen todas aquellas
pérdidas adicionales que sufren las señales radioeléctricas durante su propagación y que no
pueden atribuirse al término de pérdidas básicas en espacio libre. Los valores típicos de
pérdidas varían entre 1 dB/m hasta < 0.1 dB/m.
De este modo, se tienen pérdidas por absorción atmosférica e hidrometeoros (lluvia, nieve,
niebla), fenómenos de difracción (obstrucción parcial o total del haz radioeléctrico),
reflexiones, etc. [39]
Las pérdidas pueden ser también debidas a la atenuación que genera el cable, pero un cable
con menor cantidad de pérdidas implica un costo adicional, en la tabla 2-8 se observa las
pérdidas en dB que generan varios tipos de cables por cada 100 m. Los conectores de los
cables generan también pérdidas, ≈0.25 dB por conector, este valor varía de acuerdo a la
frecuencia y al tipo de conector.
Tabla 2-11: Pérdidas debidas al tipo de cable
Fuente: Calculo de Radio Enlace, Sebastián Buettrich
ZONA DE FRESNEL
Las ondas electromagnéticas al propagarse entre dos puntos determinados, configuran un
elipsoide cuya sección transversal aumenta a medida que el frente de ondas se aleja de los
extremos. Este fenómeno es variable con la frecuencia y da lugar a la formación de las
denominadas zonas de Fresnel.
Para el diseño del radio enlace se debe procurar que los posibles obstáculos del trayecto entre
los dos puntos no obstaculicen a la zona de Fresnel, pues si esto pasa se producirán
atenuaciones por difracción o sombra, las cuales si son elevadas pueden llevar a la inviabilidad
del enlace debido a cambio de dirección de las ondas.
Figura 2-34: La Zona de Fresnel
Fuente: http://www.uaz.edu.mx/cippublicaciones/eninvie/Corr1_CITEDI.pdf
En la figura 2-34 se observa que la distancia total entre antenas es d, d1 es la distancia entre
antena TX con el obstáculo, d2 es la distancia entre antena RX y obstáculo por tanto
dt=d1+d2
La obstrucción máxima permisible para considerar que no hay obstrucción es el 40% de la
primera zona de Fresnel. La obstrucción máxima recomendada es el 20%. Para el caso de
radiocomunicaciones depende del valor de K (curvatura de la tierra) considerando que para un
K=4/3 la primera zona de fresnel debe estar despejada al 100% mientras que para un estudio
con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel. 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.[23]
La siguiente fórmula calcula la primera zona de Fresnel:
(2.10) 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]
Si el obstáculo está situado en el medio (d1 = d2), la fórmula se simplifica [24]:
(2.11)
Tomando el 60%:
(2.12)
ANTENA
Una antena es un dispositivo cuya misión es difundir y/o recoger ondas radioeléctricas. Las
antenas convierten las señales eléctricas en ondas electromagnéticas y viceversa.
Existen antenas de distintos tipos, pero todas ellas cumplen la misma misión: servir de emisor-
receptor de una señal de radio. Cuando la comunicación fluye en ambas direcciones, se
denomina bidireccional. Si dicha comunicación no se efectúa simultáneamente, sino
alternativamente, se denomina comunicación semiduplex.
CARACTERISTICAS
GANANCIA
La característica más importante de una antena es la ganancia. Esto viene a ser la potencia de
amplificación de la señal. La ganancia representa la relación entre la intensidad de campo que
produce una antena en un punto determinado, y la intensidad de campo que produce una
antena omnidireccional (llamada isotrópica), en el mismo punto y en las mismas condiciones.
Cuanto mayor es la ganancia, mejor es la antena.
La unidad que sirve para medir esta ganancia es el decibelio (dB). Esta unidad se calcula como
el logaritmo de una relación de valores. Para calcular la ganancia de una antena, se toma como
referencia la antena isotrópica, el valor de dicha ganancia se representa en dBi.
RELACION SEÑAL A RUIDO
Siempre que se emite o se recibe una señal de radio, lleva acoplada una señal de ruido.
Obviamente, cuanto menor sea la relación de ruido con respecto a la señal, más óptima se
considerará la señal "valida". Incluso en las transmisiones digitales, se tienen que usar
métodos de modulación que reduzcan el ruido y amplifiquen la señal de radio.
El resultado de dividir el valor de la señal de datos, por la señal de ruido es lo que se conoce
como relación señal/ruido. Cuanto mayor es, mejor es la comunicación.
POTENCIA TRANSMITIDA
Se utiliza la unidad dBm (decibelios relativos al nivel de referencia de 1 mili vatio). 1 mW es
igual a 0 dBm y cada vez que se doblan los mili vatios, se suma 3 a los decibelios. La radiación
máxima emitida por una antena (que puede terminar muy por encima de los vatios de
entrada), que admite la FCC en los EEUU es de 1 vatio (equivalente a 30 dBm). En Europa, el
límite es de 250 mW (24 dBm).
PATRON DE RADIACION
El patrón de radiación es un gráfico o diagrama polar sobre el que se representa la fuerza de
los campos electromagnéticos emitidos por una antena. Este patrón varía en función del
modelo de antena. Las antenas direccionales representan un mayor alcance que las
omnidireccionales.
Existen 2 modelos de gráficos que representan este patrón: En elevación y Azimut. Muchos
modelos de antenas incluyen entre sus características este gráfico. Normalmente también se
incluye un dato más, que es la apertura del haz, que representa la separación angular entre los
dos puntos del lóbulo principal del patrón de radiación. Se suele representar sobre un plano
horizontal.
POLARIZACION
Este dato indica la orientación de los campos electromagnéticos que emite o recibe una
antena. Pueden ser los siguientes:
• Vertical: Cuando el campo eléctrico generado por la antena es vertical con respecto al
horizonte terrestre (de arriba a abajo).
• Horizontal: Cuando el campo eléctrico generado por la antena es paralelo al horizonte
terrestre.
• Circular: Cuando el campo eléctrico generado por la antena gira de vertical a
horizontal y viceversa, generando movimientos en forma de círculo en todas las
direcciones. Este giro puede ser en el sentido de las agujas del reloj o al contrario.
• Elíptica: Cuando el campo eléctrico se mueve igual que en caso anterior, pero con
desigual fuerza en cada dirección. Rara vez se provoca esta polarización de principio,
más bien suele ser una degeneración de la anterior.
TIPOS DE ANTENAS
• Antenas omnidireccionales
Se les llama también antenas de fuste vertical. Se utilizan principalmente para emitir la señal
en todas las direcciones. En realidad la señal que emite es en forma de óvalo, y sólo emite en
plano (no hacia arriba ni hacia abajo). Son baratas, fáciles de instalar y duraderas. Su ganancia
está en torno a los 15 dBi.
Figura 2-35: Antena Omnidireccional
Fuente: “Teoría de Antenas”, http://www.radiocomunicaciones.net/teoria-antenas.html
• Antenas direccionales
Las antenas direccionales (o Yagui), tienen forma de tubo. En su interior tienen unas barras de
metal que cruzan el interior de ese tubo. La señal que emiten es direccional y proporciona una
ganancia que oscila entre los 15 y los 30 dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el
que se quiere enlaza. Como todas las antenas exteriores hay que protegerla ante posibles
descargas eléctricas.
Figura 2-36: Antena Direccional
Fuente: “Teoría de Antenas”, http://www.radiocomunicaciones.net/teoria-antenas.html
• Antenas de Sector
Al igual que las antenas omnidireccionales, su uso es para conexiones punto a multipunto. La
ganancia de estas antenas es aproximadamente 22 dBi, y permiten orientarlas hacia la
dirección que más interesa (incluso hacia arriba y hacia abajo).
• Antenas de Panel
Se utilizan para conexiones punto a punto enfocadas. Son como pequeñas cajas planas y
tienen una ganancia de hasta 24 dBi.
• Antenas Yagui
La señal que emiten es direccional y proporciona una ganancia que oscila entre los 15 y los 21
dBi. Hay que enfocarla directamente al lugar con el que se quiere enlazar.
• Antenas Parabólicas
Las antenas parabólicas son las más potentes que se pueden adquirir (hasta 27 dBi), por lo que
son las más indicadas para cubrir largas distancias entre emisor y receptor.
• Antenas Dipolo
La ganancia de esas antenas oscila entre los 2 y los 7 dBis. [25]
SOFTWARE DE CÁLCULO DEL ENLACE
Considerando parámetros promedio de potencia, ganancia y sensibilidad de equipos
disponibles, se realizo el cálculo del enlace entre la estación base ubicada en la Escuela
Forestal y las cámaras.
El cálculo del enlace se lo realizó con la ayuda del programa Radio Mobile.
RADIO MOBILE
Radio Mobile es un software de libre distribución para el cálculo de radio enlaces de larga
distancia en terreno irregular. Para ello utiliza perfiles geográficos combinados con la
información de los equipos (potencia, sensibilidad del receptor, características de las antenas,
pérdidas, etc.) que quieren simularse.
Este software implementa con buenas prestaciones el modelo Longley-Riceo ITM Irregular
TerrainModel, modelo de predicción troposférica para transmisión radio sobre terreno
irregular en enlaces de largo-medio alcance. Además de tener múltiples utilidades de apoyo al
diseño y simulación de los enlaces y las redes de telecomunicaciones. Los parámetros a
introducir para realizar las simulaciones permiten reflejar de forma fiel los equipos reales que
se piensa utilizar en la instalación para la que estarían destinados.
Radio Mobile utiliza para la evaluación de los enlaces, el perfil geográfico de las zonas de
trabajo. La obtención de estos mapas puede realizarse directamente desde una opción del
software que permite descargarlos de Internet. Hay tres tipos de mapas disponibles: los SRTM,
los GTOPO30 y los DTED.
Al igual que el modelo de propagación en el que se basa, permite trabajar con frecuencias
entre los 20 MHz y 40 GHz y longitudes de trayecto de entre 1 y 2000 km. [33]
VARIABLES DE ENTRADA DEL MODELO ITM.
Las variables de entrada del modelo de Longley-Rice se indican en la tabla 3-7. En ésta se
indican los valores permitidos o los límites para los cuales el modelo ha sido diseñado.
Tabla 3-7: Parámetros modelo ITM
Fuente: Diseño e implementación radioenlaces y estaciones repetidoras Wi-Fi para conectividad de escuelas
rurales en zona sur de chile, Hugo Durney W.1, César Castro G.1, Roger Ortiz S
- Frecuencia: La frecuencia portadora de la señal transmitida, frecuentemente un valor
definido puede cubrir un amplio ancho de banda.
Para el proyecto, la frecuencia está definida en la banda 3.6 GHz, con canales de 5 MHz
aproximadamente. No se introdujo un rango de frecuencias, para evitar la búsqueda
recursiva de la frecuencia a usarse en los equipos.
- Distancia: La distancia circular entre dos terminales.
Esta distancia entre la Estación Base y la Estación Suscriptora más alejada es
aproximadamente 2 a 3 Km.
- Altura de antenas: Corresponde a la altura del centro de radiación por sobre la
elevación del terreno, se define en cada terminal.
Para la estación base, se tomo en cuenta una altura de 17,5 metros, aprovechando una
torre que se encuentra en la Escuela forestal.
Para cada estación subscriptora, se tomara una altura de 6 a 7 metros sobre el nivel
del suelo para la implementación de la antena, esto debido a la elección de una altura
promedio para un poste.
- Polarización: La polarización de las antenas puede ser vertical u horizontal. El modelo
asume que ambas antenas usan la misma polarización.
La polarización en el sistema será vertical para la antena transmisora y para la antena
receptora.
- Variable de terreno irregular Δh: Las irregularidades del terreno que se encuentra
entre dos terminales se tratan como una función aleatoria de la distancia entre los
terminales. Para caracterizar esta función, el modelo ITM1 utiliza un único valor de Δh
para representar de forma simplificada la altura promedio de las irregularidades en el
terreno. Algunos valores sugeridos se indican en la tabla 3-8.
Tabla 3-8: Variable de terreno regular
Fuente: Diseño e implementación radioenlaces y estaciones repetidoras Wi-Fi para conectividad de escuelas
rurales en zona sur de chile, Hugo Durney W.1, César Castro G.1, Roger Ortiz S.2 1
Para el sistema de vigilancia se uso el valor de 90, debido a la forma del terreno que se trata de
una colina.
- Constantes eléctricas del terreno: La permitividad relativa (constante dieléctrica) y la
conductividad de la tierra. Valores sugeridos se indican en la tabla 3-9.
Tabla 3-9: Constantes de permitividad y conductividad según el tipo de suelo
Fuente: Diseño e implementación radioenlaces y estaciones repetidoras Wi-Fi para conectividad de escuelas
rurales en zona sur de chile, Hugo Durney W.1, César Castro G.1, Roger Ortiz S.2
Para el diseño los valores que se usaran para la permitividad relativa y la
conductividad se tomaron de acuerdo al tipo de suelo que se selecciono que para
nuestra área de vigilancia (tierra promedio).
- Refractividad de la superficie Ns: Las constantes atmosféricas y en particular la
refractividad atmosférica, deben ser tratadas como funciones aleatorias de posición y
tiempo. En la mayoría de los casos esta función aleatoria puede ser caracterizada por
un valor único Ns que representa el valor normal de la refractividad cercana al nivel de
1 ITM: IRREGULAR TERRAIN MODEL
la tierra o superficie. Usualmente se mide en N unidades (partes por millón), valores
sugeridos se indican en la tabla 3-10.
Tabla 3-10: Ns en funcion del clima
Fuente: Diseño e implementación radioenlaces y estaciones repetidoras Wi-Fi para conectividad de escuelas
rurales en zona sur de chile, Hugo Durney W.1, César Castro G.1, Roger Ortiz S.2 1
- Clima: Se describe cualitativamente por un conjunto discreto de etiquetas. Los climas
reconocidos actualmente se indican en la tabla 3-10. En conjunto con Ns, el clima se
utiliza para caracterizar la atmósfera y su variabilidad en el tiempo.[34]
El Parque Nacional Tunari tiene un clima templado por tanto el valor de la
refractividad de la superficie en Ns se toma a partir del tipo de clima que se presenta
en la zona. En nuestro caso 301 N-unidades.
CÁLCULOS SIMULADOS CON RADIOMOBILE
El software de Radio Mobile debe ser configurado de acuerdo a los parámetros requeridos
para el sistema. Ingresando los parámetros especificados con anterioridad se tiene:
Figura 3-9: Captura de pantalla Radio Mobile. Propiedades de la red
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
El nombre de la red que se ingreso es WMX para llamar así a la red propuesta, las frecuencias
máxima y mínima que se requieren se estableció en un solo valor 3600 (MHz) este valor puede
variar de acuerdo al canal que se desee utilizar, la polarización que se selecciona será la
vertical, y los valores de refractividad, conductividad del suelo y permitividad relativa al suelo,
fueron obtenidos de las tablas 3-9 y 3-10.
El clima como ya se dijo se selecciona de entre las opciones, el clima continental templado.
En la pestaña Topología se selecciona el tipo de topología que se usara que como ya se explico
es Punto Multipunto, por tanto, se selecciona la opción que más se acerca a nuestra
topología: Red de datos, topología estrella (Master/Esclavo).
Al seleccionar la opción Miembros aparece una lista de todas las unidades que serán parte de
la red, por tanto se seleccionan todos los miembros del sistema, el BSR que es la estación
base, y las 5 cámaras instaladas a CPEs.
En la pestaña Sistemas se introducen parámetros propios del sistema como pérdidas, potencia,
ganancias.
En la figura 3-10 se observa la pantalla del software y los parámetros del sistema:
- Umbral de receptor: establecido en -103 dBm como valor aproximado para los
equipos.
- Perdida de la línea: 0.5 dB
- Potencia de transmisión: se estableció inicialmente en 12 dB, esta potencia podrá ser
modificada con el fin de establecer o mejorar el enlace.
- Laaltura de la antena: se establece en 6m. como valor mínimo para las torres o postes
en los que se ubicaran los equipos.
- La ganancia de la antena es de 9dBi por el valor teórico de ganancia para una antena
omnidireccional.
Figura 3-10:Captura de pantalla Radio Mobile “Sistemas”
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
Se observa en la figura 3-10 que se ingreso en el software los parámetros establecidos en la
pestaña Sistemas. Realizando la simulación del enlace se verifica si el enlace es óptimo o no,
para así realizar las modificaciones necesarias ya sea variaciones de alturas, potencias,
ganancias o en la posición de las antenas.
Figura 3-11:Captura del enlace BSR-cámara 1
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
La figura 3-11 muestra el enlace para la cámara 1 que se encuentra dentro del rango aceptable
para el enlace, el nivel de recepción es -82.2 dBm mayor a -103 dBm y las perdidas no afectan
al enlace, pero si se observa el enlace BSR- cámara 3 de la figura 3-12 se observa que la señal
se atenúa o pierde potencia en una determinada área (línea roja). Esto nos da una pauta para
poder incrementar nuestra potencia de transmisión o modificar la posición de la cámara 3.
Figura 3-12:Captura del enlace BSR-cámara 3
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
Entonces, si se modifica la potencia de transmisión a 16 dBm se tienen los siguientes
resultados:
Figura 3-13:Captura del enlace BSR-cámara 1 variando PTx
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
Figura 3-14:Captura del enlace BSR-cámara 3 variando PTx
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
Se observa que la perdida de señal en el enlace con la BSR-cámara 3 ha desaparecido y el
enlace posee valores permitidos que permiten el establecimiento de un enlace adecuado
entre BSR-cámara.
Figura 3-15:Captura del enlace BSR-cámara 3 con variación de frecuencia.
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
En la figura 3-15 se observa que si se modificaría el valor de la frecuencia a 3650 MHz, se
observa que el enlace aun seria optimo y no habría grandes pérdidas de señal. Por tanto,
variando el canal de transmisión no se afecta drásticamente al sistema, pero la variación de la
potencia de transmisión si genera mejoras o disminución en la efectividad de la señal.
Las posiciones de cada una de las cámaras respecto al BSR visto en un mapa son:
Figura 3-16: Vista amplia de las posiciones del Bsr y las cam1-5
Fuente: Creación propia
A continuación se muestran los resultados de cada uno de los enlaces BSR-CAMARAS.
• Cámara 1
Figura 3-17: Enlace de Radio BSR-cam1
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
Los valores más importantes que se observan en la figura 3-17 obtenidos para este enlace son
los siguientes:
- Distancia entre las 2 unidades: 1.13Km
- Nivel de recepción: -78.2 dBm
Si se obtiene todos los detalles del enlace se tiene:
Figura 3-18: Detalles del enlace BSR-cámara 1
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
La altura de instalación para la antena de la cam1 se tomara como 6 m considerando que se
instalaran las cámaras en postes de esa altura.
La altura de la antena del BSR se estableció en 17.5 m ya que la torre que se encuentra en el
Escuela Forestal es de aproximadamente 20 m.
Con dichos datos se concluye que el enlace es óptimo ya que el valor de las pérdidas no afecta
al enlace, el valor del nivel de recepción (-78.2 dBm) es mayor que -103 dBm que es la
sensibilidad del receptor por lo que el enlace es efectivo y lo comprobamos con la siguiente
grafica:
Figura 3-19: Rango de señal permisible respecto al Umbral del receptor BSR-cam1
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
En la figura 3-19 se puede observar que toda la línea esta con verde, esto quiere decir que no
existe interrupción entre el TRX y RX, y la señal se encuentra por encima del umbral de
receptor que es uno de los principales parámetros usados para determinar el margen de fading
(desvanecimiento) en el enlace.
Figura 3-20: Perfil alturas BSR-cam1
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
En la figura 3-20 observamos el grafico de altura de antenas entre el enlace BSR-cam1. Según
el grafico, BSR está a una altura de 2800.2 m.s.n.m. y a una altura respecto al piso de 17.5m.
CPE (cam1) está a una altura de 2907,9 m.s.n.m., y la antena respecto al piso se encuentra a 6
metros, que es el tamaño promedio de un poste.
Se muestra en la grafica también, con color amarillo, la primera zona de Fresnel que esta a una
altura de 2871.8 y K que es una constante para mostrar la curvatura de la tierra es 4/3 o 1.333.
Figura 3-21: Distribución de la señal a lo largo del enlace BSR-cam1
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
En la figura 3-21 se muestra la distribución de la señal en el enlace, la señal promedio, además
del margen de éxito de enlace que en este caso es de 24.81 dB. El color verde en la grafica
indica la efectividad de la señal.
• Cámara 2
Figura 3-22: Enlace de Radio BSR-cam2
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
Los valores más importantes que se observan en la figura 3-22 obtenidos para este enlace son
los siguientes:
- Distancia entre las 2 unidades: 1.38 km
- Nivel de recepción: -80.0 dBm
Los detalles del enlace son:
Figura 3-23: Detalles del enlace BSR-cámara 2
Fuente: Creación propia
La altura de instalación para la antena de la cam2 se tomara como 6 m considerando que se
instalaran las cámaras en postes de esa altura.
Con dichos datos se concluye que el enlace es óptimo ya que el valor de las pérdidas no afecta
al enlace, el valor del nivel de recepción es (-80.0 dBm) mayor que -103 dBm que es la
sensibilidad del receptor por lo que el enlace es efectivo y se comprueba con la siguiente
grafica:
Figura 3-24: Rango de señal permisible respecto al Umbral del receptor BSR-cam1
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
En la figura 3-24 se puede observar que toda la línea esta con verde, esto quiere decir que no
existe interrupción entre el TRX y RX, y la señal se encuentra por encima del umbral de
receptor que es uno de los principales parámetros usados para determinar el margen de fading
(desvanecimiento) en el enlace.
Figura 3-25: Perfil alturas BSR-cámara 2
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
La figura 3-25 es el grafico de altura de antenas entre el enlace BSR-cam2. Según el grafico:
• BSR
Altura sobre el nivel del mar: 2800.2 m.
Altura de la torre: 17.5m.
• CPE (cam2)
Altura sobre el nivel del mar: 2914,5 m.
Altura del poste: 6 m.
Se muestra en la grafica, con color amarillo, la primera zona de Fresnel que esta a una altura
de 2852.3 y K que es una constante para mostrar la curvatura de la tierra es 4/3 o 1.333.
Figura 3-26: Distribución de la señal a lo largo del enlace BSR-cam1
Fuente: Creación propia
En la figura 3-26 se muestra la distribución de la señal en el enlace, la señal promedio, además
del margen de éxito de enlace que en este caso es de 23.04 dB. El color verde en la grafica
indica la efectividad de la señal.
• Cámara 3
Figura 3-27: Enlace de Radio BSR-cam3
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
Si se eleva la antena se puede ver que se mejora la señal, reduciendo el área amarilla de la
figura 3-28 como se observa:
Figura 3-28: Enlace de Radio BSR-cam3 elevando la antena a 7m.
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
La altura de la antena se modifico a 7 metros para mejorar la señal.
Los valores más importantes que se observan en la figura 3-29 obtenidos para este enlace son
los siguientes:
- Distancia entre las 2 unidades: 1.65Km
- Nivel de recepción: -81.6 dBm
Obteniendo todos los detalles del enlace se tiene:
Figura 3-29: Detalles del enlace BSR-cámara 3
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
La altura de instalación para la antena de la cam3 se toma como 7 m considerando que se
instalaran las cámaras en postes de esa altura.
Con todos estos datos, finalmente el enlace es óptimo ya que el valor de las pérdidas no afecta
al enlace, el valor del nivel de recepción (-81.6 dBm) es mayor que -103 dBm que es la
sensibilidad del receptor por lo que el enlace es efectivo y se comprueba con la siguiente
grafica:
Figura 3-30: Rango de señal permisible respecto al Umbral del receptor BSR-cam3
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
En la figura 3-30 se puede observar que la línea esta en verde y en amarillo lo que indica que sí
existen perdidas y atenuaciones pero que no son dañinas para el enlace, ya que si se
presentaría ese caso, la línea seria de color rojo. Se observa que la señal se encuentra en el
umbral o por encima del umbral de receptor que es uno de los principales parámetros usados
para determinar el margen de fading (desvanecimiento) en el enlace.
Figura 3-31: Perfil alturas BSR-cámara 3
Fuente: Creación propia
En la figura 3-31 se observa el grafico de altura de antenas entre el enlace BSR-cam2. Según el
grafico:
• BSR
Altura sobre el nivel del mar: 2800.2 m.
Altura de la torre: 17.5m.
• CPE (cam2)
Altura sobre el nivel del mar: 2904.2 m.
Altura del poste: 7 m.
Se muestra en la grafica también, con color amarillo, la primera zona de Fresnel que está a una
altura de 2836.6 m. Y K que es una constante para mostrar la curvatura de la tierra es 4/3 o
1.333.
Figura 3-32: Distribución de la señal a lo largo del enlace BSR-cam3
Fuente: Creación propia
En la figura 3-32 se muestra la distribución de la señal en el enlace, la señal promedio, además
del margen de éxito de enlace que es de 21.43 dB. El color verde en la grafica indica la
efectividad de la señal.
• Cámara 4
Figura 3-33: Enlace de Radio BSR-cam4
Fuente: Creación propia
Los valores más importantes que se observan en la figura 3-33 obtenidos para este enlace son
los siguientes:
- Distancia entre las 2 unidades: 1.79 Km
- Nivel de recepción: -82.6 dBm
Obteniendo todos los detalles del enlace se tiene:
Figura 3-34: Detalles del enlace BSR-cámara 4
Fuente: Creación propia
La altura de instalación para la antena de la cam4 se toma como 6 m considerando que se
instalan las cámaras en postes de esa altura.
Con todos estos datos se concluye que el enlace es óptimo ya que el valor de las pérdidas no
afecta al enlace, el valor del nivel de recepción (-82.6 dBm) es mayor que -103 dBm que es la
sensibilidad del receptor por lo que el enlace es efectivo y lo comprobamos con la siguiente
grafica:
Figura 3-35: Rango de señal permisible respecto al Umbral del receptor BSR-cam4
Fuente: Creación propia
En la figura 3-35 se puede observar que toda la línea esta con verde, esto quiere decir que no
existe interrupción entre el TRX y RX, y la señal se encuentra por encima del umbral de
receptor que es uno de los principales parámetros usados para determinar el margen de fading
(desvanecimiento) en el enlace.
Figura 3-36: Perfil alturas BSR-cámara 4
Fuente: Creación propia
En la figura 3-36 se observa el grafico de altura de antenas entre el enlace BSR-cam2. Según el
grafico:
• BSR
Altura sobre el nivel del mar: 2800.2 m.
Altura de la torre: 17.5m.
• CPE (cam2)
Altura sobre el nivel del mar: 2887.4 m.
Altura del poste: 6 m.
Se muestra en la grafica también, con color amarillo, la primera zona de Fresnel que esta a una
altura de 2879.9 m. y K que es una constante para mostrar la curvatura de la tierra es 4/3 o
1.333.
Figura 3-37: Distribución de la señal a lo largo del enlace BSR-cam4
Fuente: Creación propia
En la figura 3-37 se muestra la distribución de la señal en el enlace, la señal promedio, además
del margen de éxito de enlace que es de 20.37 dB. El color verde en la grafica indica la
efectividad de la señal.
• Cámara 5
Figura 3-38: Enlace de Radio BSR-cam5
Fuente: Creación propia
Si elevamos la antena se puede ver que se mejora la señal, reduciendo el área amarilla de la
figura que significa pérdidas o atenuaciones en la señal como se observa:
Figura 3-39: Enlace de Radio BSR-cam5 elevando la antena a 7m.
Fuente: Captura propia de Radio Mobile
La altura de la antena se modifica a 7 metros para mejorar la señal.
Los valores más importantes que se observan en la figura 3-39 obtenidos para este enlace son
los siguientes:
- Distancia entre las 2 unidades: 2.17 Km
- Nivel de recepción: -83.9 dBm
Obteniendo todos los detalles del enlace se tiene:
Figura 3-40: Detalles del enlace BSR-cámara 5
Fuente: Creación propia
La altura de instalación para la antena de la cam5 se tomara como 7 m considerando que se
instalaran las cámaras en postes de esa altura.
Con todos estos datos se concluye que el enlace es óptimo ya que el valor de las pérdidas no
afecta al enlace, el valor del nivel de recepción (-85.9 dBm) es mayor que -103 dBm que es la
sensibilidad del receptor por lo que el enlace es efectivo y lo comprobamos con la siguiente
grafica:
Figura 3-41: Rango de señal permisible respecto al Umbral del receptor BSR-cam3
Fuente: Creación propia
En la figura 3-41 se puede observar que toda la línea esta con verde, esto quiere decir que no
existe interrupción entre el TRX y RX, y la señal se encuentra por encima del umbral de
receptor que es uno de los principales parámetros usados para determinar el margen de fading
(desvanecimiento) en el enlace.
Figura 3-42: Perfil alturas BSR-cámara 5
Fuente: Creación propia
En la figura 3-42 se observa el grafico de altura de antenas entre el enlace BSR-cam2. Según el
grafico:
• BSR
Altura sobre el nivel del mar: 2800.2 m.
Altura de la torre: 17.5m.
• CPE (cam2)
Altura sobre el nivel del mar: 2862.3 m.
Altura del poste: 6 m.
En la figura 3-42 se muestra, con color amarillo, la primera zona de Fresnel que esta a una
altura de 2838.6 m. y K que es una constante para mostrar la curvatura de la tierra es 4/3 o
1.333.
Figura 3-43: Distribución de la señal a lo largo del enlace BSR-cam4
Fuente: Creación propia
En la figura anterior se muestra la distribución de la señal en nuestro enlace, la señal
promedio, además del margen de éxito de enlace que es de 18.37 dB. El color verde en la
grafica indica la efectividad de la señal.
En el software se tiene varias opciones para poder visualizar el área de cobertura de nuestro
sistema.
Figura 3-44: Radio de cobertura del BSR
Fuente: Creación propia
En la figura 3-44 se puede observar los niveles de recepción que se tiene en la red, tomando en
cuenta que los de color rojo son los mejores niveles de recepción, mientras que los azules son
prácticamente nulos, se realizo una grilla de anillos con distancias de 1000 metros cada uno,
para poder visualizar mejor el nivel de señal y poder relacionarlo con la distancia.
ANÁLISIS TEÓRICO DEL RADIO ENLACE
El cálculo del balance de potencias es el procedimiento que se utiliza normalmente para
estimar de una manera rápida si un radio enlace funcionará correctamente. No obstante, se
debe tomar en cuenta que se trata de un cálculo teórico, y que por lo tanto está sujeto a
variaciones debidas a múltiples factores: apuntamiento de las antenas, reflexiones,
interferencias no deseadas, etc. Así pues, se puede utilizar durante la fase inicial de diseño del
radio enlace, pero en cualquier caso habrá que realizar las oportunas comprobaciones,
medidas y ajustes durante la posterior fase de instalación para asegurar el buen
funcionamiento del sistema.
SELECCIÓN DE LA ANTENA
En la prueba de enlace con el software de Radio Mobile se observo que ingresando una
potencia de transmisión de 16 dBm, el enlace es óptimo, las perdidas no afectan
significativamente a la señal y la sensibilidad del receptor se mantiene dentro del margen
correcto (no menor a -103 dBm).
Si la distancia entre los puntos fuera mayor, se entiende que se debe aumentar la potencia de
transmisión.
La ganancia de la antena se proporciona habitualmente en dB isotrópicos (dBi). La ganancia de
una antena típica varía entre 2 dBi (antena integrada simple), 14-30 dBi (antena direccional) y
9 dBi (omnidireccional estándar) hasta 21 – 30 dBi (parabólica). Se debe tener en cuenta que
hay muchos factores que disminuyen la ganancia real de una antena. Por tanto, tomando en
cuenta los valores mínimos de los rangos y el valor asignado en el software de Radio Mobile
para un enlace adecuado se tiene:
La ganancia para la antena transmisora omnidireccional es: G (dBi)= 9 dBi
La ganancia para las antenas direccionales que será la antena receptora es: G (dBi)=14dBi
Para el análisis del enlace en el software de RadioMobile se tomo el valor de 9dBi esto por ser
la de menor valor de ambas y con el fin de establecer el enlace requerido. A partir de este
valor se selecciona la antena que cumpla con dicho valor.
GRX=GTRX=9 dBi
La antena fue seleccionada de acuerdo a 3 parámetros importantes:
- La frecuencia
- El tipo de antena
- La polarización
La frecuencia que se utilizara en nuestra antena es de 3602500 KHz que se encuentra en la
banda de frecuencias de 3.6 GHz a 3.8 GHz que es la elegida para el diseño.
El tipo de antena que se selecciono es la omnidireccional para la antena transmisora y
receptora.
La polarización elegida es la vertical.
Se eligió la antena MT-402005/N 3.3-3.8GHz 9dBi OmniDirectionalAntenna,por cumplir con
las especificaciones técnicas del proyecto antes mencionadas.
Figura 3-45: MT-402005/N 3.3-3.8GHz 9dBi OmniDirectionalAntenna
Fuente: Antenna Data Sheet
Esta antena tiene especificaciones técnicas y físicas que se detallan en el Anexo A.4. Algunas
de estas características que contribuyeron a la elección de la misma son:
- Frecuencia: El ancho de banda en el que trabaja la antena elegida es de 3.3- 3.8GHz.
que engloba la frecuencia de 3602500 kHz necesarios para el proyecto.
- Ganancia: La ganancia que tiene la antena es de 10 dB que contiene los 9 dB
necesarios.
- Impedancia de entrada: La impedancia de entrada que tiene la antena es de 50 (ohm),
además el tipo de conexión que tiene es N-typetype RF.
- Potencia de entrada: 4 Watts
- Polarización: La polarización de la antena elegida es vertical.
Figura 3-46: Patrón de antena omni
Fuente: antennadatasheet Anexos
La antena omni-direccional tiene una cobertura de 360° de azimut como se observa en la
grafica de la izquierda donde es casi una circunferencia perfecta.
El patrón de elevación se mide tomando un corte vertical a través de la viga de la antena, la
grafica de la derecha muestra el patrón de elevación de la antena elegida.
Las dimensiones y demás especificaciones complementarias a la antena MT-402005/N se
encuentran en la hoja de datos ubicada en Anexos A.4. [35]
CÁLCULO DE RADIO ENLACE
Para el cálculo del nivel recepción de enlace se tienen que tomar en cuenta algunos datos
como ser:
• Para el lado de Transmisión
- Potencia de Transmisión
- Pérdidas en el cable
- Ganancia de antena
• Para el lado de Propagación
- FSL o perdidas en el espacio Libre
- Zona de Fresnel
• Lado Receptor
- Ganancia de antena
- Pérdidas en el cable
- Sensibilidad del receptor
Para el lado de transmisión se tienen los siguientes datos:
• La potencia de transmisión es 16 dBm que se probó en la simulación en RadioMobile
como la potencia en la que la señal ya es aceptable y sin demasiadas perdidas.
• La ganancia de las antenas es 9 dBi
• Perdidas en el cable
La pérdida del cable entre el BSR y su antena es de 0.5 a 0.7 dB por metro ya que se trata de N-
Type MACHO y las perdidas por conector es de 0.3 dB aproximadamente. El cálculo se lo
realizo para un cable de 1 metro.
0.6 dB + 0.3 dB + 0.3 dB =1. 2dB
Para el lado de propagación:
• Las pérdidas de espacio libre se las calcula usando la formula:
Lbas (dB) = 92,44 + 20 log10 f (GHz) + 20 log10 d (km.) (2.9)
(Fórmula de Friis)
Para enlace 1:
Distancia entre BSR y ProST (cam1):
D=1.13 km
Lbas (dB) = 92,44 + 20 log10 3.6 (GHz) + 20 log10 1.13 (km.)
Lbas=104,6dB
Para enlace 2:
Distancia entre BSR y ProST (cam2):
D=1,38 km
Lbas (dB) = 92,44 + 20 log10 3.6 (GHz) + 20 log10 1.38 (km.)
Lbas (dB)=106,34
Para enlace 3
Distancia entre BSR y ProST (cam3):
D=1,65 km
Lbas (dB) = 92,44 + 20 log10 3.6 (GHz) + 20 log10 1.65 (km.)
Lbas (dB)=107,91
Para enlace 4
Distancia entre BSR y ProST (cam4):
D=1.79 km
Lbas (dB) = 92,44 + 20 log10 3.6 (GHz) + 20 log10 1.79 (km.)
Lbas (dB)=108,62
Para enlace 5
Distancia entre BSR y ProST (cam5):
D=2.17 km
Lbas (dB) = 92,44 + 20 log10 3.6 (GHz) + 20 log10 2.17 (km.)
Lbas (dB)=110,29
Las pérdidas en el espacio libre calculadas para cada uno de los enlaces influirán en el cálculo
del nivel de recepción de señal en el enlace de ida como en el enlace de vuelta para cada uno
de los 5 enlaces.
Los datos fueron obtenidos gracias a los mapas 3D con las latitudes y longitudes para calcular
las correspondientes distancias.
• La primera zona de Fresnel es calculada con la formula (2.10):
Con K =4/3 la primera zona de fresnel debe estar despejada al 100%
Descripción Dist. Obst –TX [km]
Dist. Obst –RX [km]
Dist. total [km]
Radio de la 1ra Zona de Fresnel
BSR- Cam1 0.7 0.43 1.13 4.71 m
BSR- Cam2 0.67 0,71 1.38 5.34m
BSR-Cam 3 0.60 1.05 1.65 5.51 m
BSR-Cam4 1.56 0.23 1.79 4.2 m
BSR-Cam 5 1.5 0.67 2.17 6.23m
Tabla 3-11: Calculo de la 1ra zona de fresnel
Fuente: Creación propia
Para el lado del receptor se tienen los siguientes datos:
• La Ganancia de la antena 9 dBi
• Pérdidas en el cable
La antena es interna por lo que el cable entre la antena y el receptor no existe por lo que solo
se consideraran las pérdidas por conector como 0.3 dB aproximadamente.
• La Sensibilidad de receptor está dada como -103 dBm.
A partir de los datos obtenidos se realiza el cálculo de recepción de la señal:
Usando la formula:
����� �� = �� − � � + ����� + ����� (2.1)
Y los valores obtenidos anteriormente:
Perdidas en el espacio libre
Lbas (dB)
Enlace 1 104,6
Enlace 2 106,34
Enlace 3 107,91
Enlace 4 108,62
Enlace 5 110,29
Tabla 3-12: Perdidas en el espacio libre de todos los enlaces
Fuente: Elaboracion propia
Considerando que la potencia será la misma para el enlace de ida y para el enlace de vuelta y
las pérdidas son iguales para ambos enlaces, el cálculo es único.
Para el enlace de ida y vuelta BSR y ProST):
• Para enlace 1(Cam1-BSR):
16�./ − 104.6�./ − 0.3�. − 1.2 �. + 9�.� + 9�.� = −72.1�./
• Para enlace 2 (Cam2-BSR):
16�./ − 106.34�./ − 0.3�. − 1.2�. + 9�.� + 9�.� = −73.84�./
• Para enlace 3(Cam3-BSR):
16�./ − 107.91�./ − 0.3�. − 1.2�. + 9�.� + 9�.� = −75.41�./
• Para enlace 4(Cam4-BSR):
16�./ − 108.62�./ − 0.3�. − 1.2�. + 9�.� + 9�.� = −76.12�./
• Para el enlace 5(Cam5-BSR):
16�./ − 110.29�./ − 0.3�. − 1.2 �. + 9�.� + 9�.� = −77.79 �./
Se concluye que por los cálculos de nivel de recepción realizados se establece que el valor
minimo de recepción necesario para el diseño es de ≈-80 dBm para un enlace óptimo.
Es importante para nuestro enlace calcular el Margen de Desvanecimiento (FM) con la
formula (2.3) Bamett-Vigant para cada uno de los enlaces:
(2.3)
Sustituyendo:
1 − � = 0,00001 × !""(2.4)
Reemplazando:
F=3.6 GHz
Factor A=4! (terreno montañoso, muy rugoso)
Factor B= 4! (Areas continentales promedio)
Se tiene:
56 = 30 log : + 10 log(6 × 0.25 × 0.25 × 3.6) − 10;-< =0,00001 × :400> − 70 [�.]
A partir de este valor podemos calcular el Bit Error Rate (BER) a partir de la formula (2.6):
Reemplazando valores se tiene:
A = 6 × 10BC × 0,25 × 0,25 × 3,6 × :D × 10BEF 4"G
Distancia d [Km.]
Margen de desvanecimiento
FM [dB]
Bit Error Rate (BER)
BSR-cam1 1,13 8,39 2,8x10-8
BSR-cam2 1,38 10,12 3,5x10-8
BSR-cam3 1,65 11,67 4,12x10-8
BSR-cam4 1,79 12,38 4,47x10-8
BSR-cam5 2,17 14,05 5,43x10-8
Tabla 3-13: Calculo del Bit Error Rate
Fuente: Elaboracion propia
A partir de la tabla 3-13 y con el valor del BER se determina que, por ejemplo, en el enlace BSR-
cam1 por cada 100.000.000 bits enviados 2.8 llegan a su destino con algún error, este valor se
encuentra entre los márgenes aceptables para poder determianr que un enlace esta
adecuadamente establecido, es efectivo y con la menor pérdida de paquetes.
Después de todo este análisis de enlaces de manera teórica y con simulación (Radio Mobile) se
determina que:
- Tener un buen presupuesto de enlace es un requerimiento básico para el buen
funcionamiento del mismo
- Un presupuesto de enlace de una red inalámbrica es la cuenta de todas las ganancias y
pérdidas desde el radio transmisor hacia el receptor
- Si ambos extremos no son iguales, calcular en las dos direcciones
- Las pérdidas más grandes del enlace se producen en la propagación en espacio libre
debido a la atenuación geométrica de la señal
- La sensibilidad del receptor es un parámetro que indica el valor mínimo de potencia
que se necesita para alcanzar una cierta tasa de bit.
- El cálculo del BER permitirá conocer la perdida de paquetes existentes en el enlace y si
este valor se encuentra dentor de los márgenes aceptables para un enlace.
top related