radio enlace
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PROYECTO DE RADIO ENLACETRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DEL VALLE
FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
PROYECTO
COMUNICACIÓN DIGITAL AVANZADA
TITULO DEL TALLER: ENLACE PUNTO A PUNTO ENTRE RIO SECO (EL ALTO) Y LA
POBLACION DE PUCARANI (DEPARTAMENTO DE LA PAZ) CON RADIO MOBILE
DOCENTE: ING. JOSE NUÑEZ DE ARCO
ESTUDIANTES: LUIS RADA VIDANGOS
EDERSON CALET RAFAEL ESCOBAR
GESTIÓN: 1/2015
INDICE
CAPITULO I.....................................................................................................................................5
1. INTRODUCCION...........................................................................................................................5
1.1. PRESENTACION............................................................................................................5
1.2. ANTECEDENTES............................................................................................................5
1.3. OBJETIVOS.....................................................................................................................6
1.3.1. OBJETIVO GENERAL....................................................................................................6
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS..........................................................................................6
CAPITULO II....................................................................................................................................7
2. MARCO TEORICO..........................................................................................................7
2.1. Propagación.....................................................................................................................7
2.1.1. Propagación en superficie..............................................................................................8
2.1.2. Propagación troposférica................................................................................................8
2.1.3. Propagación Ionosférica.................................................................................................8
2.1.4. Propagación por visión directa......................................................................................9
2.1.5. Propagación por el espacio............................................................................................9
2.2. Microondas.....................................................................................................................10
2.3. Enlace Punto a Punto...................................................................................................12
2.4. Tipos de Antenas...........................................................................................................13
CAPITULO III.................................................................................................................................15
3. MARCO PRÁCTICO.....................................................................................................15
3.1. Calculos..........................................................................................................................15
3.1.1. Antena seleccionada.....................................................................................................15
3.2. Línea de Vista................................................................................................................15
3.3. Margen de Desvanecimiento.......................................................................................17
3.4. Simulación......................................................................................................................20
CAPITULO IV.................................................................................................................................27
4. CONCLUSIONES..........................................................................................................27
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CAPITULO I
1. INTRODUCCION
1.1. PRESENTACION
El siguiente trabajo es una conexión punto a punto entre los puntos los cuales se
encuentran situados en el departamento de La Paz el primer punto se encuentra
es una población llamada Pucarani, el segundo punto se encuentra en la ciudad de
El Alto.
El enlace será simulado con el programa Radio Mobile el cual es la versión 11.04.3
Este programa brinda diferentes facilidades para la simulación de radio-enlaces ya
que posee mapas que brinda la NASA.
Para el diseñador de enlaces de radio, es muy importante conocer cómo trabajan
los sistemas de radio, porque las características de los equipos afectan
dramáticamente el rendimiento total de la red. Los estándares de rendimiento de
un radio enlace son derivadas de los estándares basados en la ITUT, que definen
los límites para los enlaces o circuitos punto a punto.
Un enlace consiste de tres partes fundamentales: el transmisor, el receptor y el
medio que para este el caso de enlaces de microondas es el espacio libre. El
Transmisor es el responsable de modular una señal digital a la frecuencia utilizada
para transmitir, el espacio libre representa un camino abierto entre el transmisor y
el receptor, y el receptor es el encargado de capturar la señal transmitida y llevarla
de nuevo a señal digital.
1.2. ANTECEDENTES
Básicamente un enlace vía Microondas consiste en tres componentes
fundamentales: el transmisor, el receptor y el espacio libre. El Transmisor es el
responsable de modular una señal digital a la frecuencia utilizada para transmitir,
el espacio libre representa un camino abierto entre el transmisor y el receptor, y
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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 vía radio 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.
La distancia cubierta por enlaces microondas puede ser incrementada mediante el
uso de repetidores, las cuales amplifican y re direccionan la señal.
La señal de microonda transmitida es distorsionada y atenuada mientras viaja
desde el transmisor hasta el receptor; estas atenuaciones y distorsiones son
causadas por la pérdida de potencia causada por la distancia, reflexión y
refracción debido a obstáculos y superficies reflectoras, y a pérdidas atmosféricas.
El diseño de enlaces entonces tiene como objetivo la interconexión de dos puntos
siguiendo una ruta planificada por el diseñador teniendo en cuenta los obstáculos
del terreno, y teniendo en cuenta ciertas especificaciones de los objetivos para
hacerlo más eficiente.
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar una red de enlace de microondas para la región de Bolivia entre los
puntos de Pucarani (Departamento de La Paz) y ciudad de El Alto
(Departamento de La Paz) en Radio Mobile.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
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Localizar las coordenadas de Pucarani y El Alto.
Investigar parámetros de antenas.
Utilizar Google Earth para calcular las zonas donde estarán las torres.
Simular con Radio Mobile.
CAPITULO II
2. MARCO TEORICO
2.1. Propagación
Se llama propagación al conjunto de fenómenos físicos que conducen a las ondas
del transmisor al receptor. Esta propagación puede realizarse siguiendo diferentes
fundamentos físicos, cada uno más adecuado para un rango de frecuencias de la
onda a transmitir.
La transmisión de ondas de radio utiliza cinco tipos de propagación distintos:
Superficial
Troposférica
Ionosférica
Línea de vista
Espacio
La tecnología de radio considera que la tierra está rodeada por dos capas de
atmósfera: la troposfera y la ionosfera. La troposfera es la poción de la atmósfera
que se extiende hasta aproximadamente 45 km desde la superficie de la tierra (en
terminología de radio, la troposfera incluye una capa de máxima altitud
denominada estratosfera) y contiene aquello en lo que nosotros generalmente
pensamos como el aire. Las nubes, el viento, las variaciones de temperatura y el
clima en general ocurren en la troposfera, al igual que los viajes en avión.
La ionosfera es la capa de la atmósfera por encima de la troposfera pero por
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debajo del espacio. Esta mas allá de lo que nosotros denominamos atmósfera y
contiene partículas libres cargadas eléctricamente (de aquí el nombre).
2.1.1. Propagación en superficie.
En la propagación en superficie, las ondas de radio viajan a través de la porción
más baja de la atmósfera, abrazando a la tierra. A las frecuencias más bajas, las
señales emanan en todas las direcciones desde la antena de transmisión y sigue
la curvatura de la tierra. La distancia depende de la cantidad de potencia en la
señal: cuanto mayor es la potencia mayor es la distancia. La propagación en
superficie también puede tener lugar en el agua del mar.
2.1.2. Propagación troposférica.
La propagación troposférica puede actuar de dos formas. O bien se puede dirigir la
señal en línea recta de antena a antena (visión directa) ó se puede radiar con un
cierto ángulo hasta los niveles superiores de la troposfera donde se refleja hacia la
superficie de la tierra. El primer método necesita que la situación del receptor y el
transmisor esté dentro de distancias de visión, limitadas por la curvatura de la
tierra en relación a la altura de las antenas. El segundo método permite cubrir
distancias mayores.
2.1.3. Propagación Ionosférica.
En la Propagación Ionosférica, las ondas de radio de más alta frecuencia se radian
hacia la ionosfera donde se reflejan de nuevo hacia la tierra. La densidad entre la
troposfera y la ionosfera hace que cada onda de radio se acelere y cambie de
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dirección, curvándose de nuevo hacia la tierra. Este tipo de transmisión permite
cubrir grandes distancias con menor potencia de salida.
2.1.4. Propagación por visión directa.
En la Propagación por visión directa, se trasmite señales de muy alta frecuencia
directamente de antena a antena, siguiendo una línea recta. Las antenas deben
ser direccionales, estando enfrentadas entre sí, y/o bien están suficientemente
altas ó suficientemente juntas para no verse afectadas por la curvatura de la tierra.
La propagación por visión directa es compleja porque las transmisiones de radio
no se pueden enfocar completamente. Las ondas emanan hacia arriba y hacia
abajo así como hacia delante y pueden reflejar sobre la superficie de la tierra o
partes de la atmósfera. Las ondas reflejadas que llegan a la antena receptora más
tarde que la porción directa de la transmisión puede corromper la señal recibida.
2.1.5. Propagación por el espacio.
La Propagación por el espacio utiliza como retransmisor satélites en lugar de la
refracción atmosférica. Una señal radiada es recibida por un satélite situado en
órbita, que la reenvía devuelta a la tierra para el receptor adecuado. La transmisión
vía satélite es básicamente una transmisión de visión directa como un
intermediario. La distancia al satélite de la tierra es equivalente a una antena de
súper alta ganancia e incremente enormemente la distancia que puede ser
cubierta por una señal.
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2.2. Microondas
Son ondas electromagnéticas definidas en un rango de frecuencias determinado;
generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone un período de
oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda en el rango
de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050
y IEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir,
longitudes de onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro.
El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia,
concretamente en las de UHF (ultra-high frequency- frecuencia ultra alta) 0,3–3
GHz, SHF (super-high frequency - frecuencia súper alta) 3–30 GHz
y EHF (extremely-high frequency - frecuencia extremadamente alta) 30–300 GHz
Otras bandas de radiofrecuencia incluyen ondas de menor frecuencia y mayor
longitud de onda que las microondas. Las microondas de mayor frecuencia y
menor longitud de onda —en el orden de milímetros— se denominan ondas
milimétricas.
La existencia de ondas electromagnéticas, de las cuales las microondas forman
parte del espectro de alta frecuencia, fueron predichas por Maxwell en 1864 a
partir de sus famosas Ecuaciones de Maxwell. En 1888, Heinrich Rudolf Hertz fue
el primero en demostrar la existencia de ondas electromagnéticas mediante la
construcción de un aparato para generar y detectar ondas de radiofrecuencia.
Las microondas pueden ser generadas de varias maneras, generalmente divididas
en dos categorías: dispositivos de estado sólido y dispositivos basados en tubos
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de vacío. Los dispositivos de estado sólido para microondas están basados en
semiconductores de silicio o arseniuro de galio, e incluyen transistores de efecto
campo (FET), transistores de unión bipolar(BJT), diodos Gunn y diodos IMPATT.
Se han desarrollado versiones especializadas de transistores estándar para altas
velocidades que se usan comúnmente en aplicaciones de microondas.
Una de las aplicaciones más conocidas de las microondas es el horno de
microondas, que usa un magnetrón para producir ondas a una frecuencia de
aproximadamente 2,45 GHz Estas ondas hacen vibrar o rotar las moléculas de
agua, lo cual genera calor. Debido a que la mayor parte de los alimentos contienen
un importante porcentaje de agua, pueden ser fácilmente cocinados de esta
manera.
En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas
pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras
longitudes de onda mayores. También hay más ancho de banda en el espectro de
microondas que en el resto del espectro de radio. Usualmente, las microondas son
usadas en programas informativos de televisión para transmitir una señal desde
una localización remota a una estación de televisión mediante una camioneta
especialmente equipada. Protocolos 802.11g y b también usan microondas en la
banda ISM, aunque la especificación 802.11a usa una banda ISM en el rango de
los 5 GHz La televisión por cable y el acceso a Internet vía cable coaxial usan
algunas de las más bajas frecuencias de microondas. Algunas redes de telefonía
celular también usan bajas frecuencias de microondas.
En la industria armamentística, se han desarrollado prototipos de armas que
utilicen la tecnología de microondas para la incapacitación momentánea o
permanente de diferentes enemigos en un radio limitado.
La tecnología de microondas también es utilizada por los radares, para detectar el
rango, velocidad, información meteorológica y otras características de objetos
remotos; o en el máser, un dispositivo semejante a un láser pero que trabaja con
frecuencias de microondas.
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Las cámaras de RF ejemplifican el gran cambio que recientemente ha surgido en
este tipo de tecnologías. Desempeñan un papel importante en el ámbito de radar,
detección de objetos y la extracción de identidad mediante el uso del principio de
imágenes microondas de alta resolución, que consiste, esencialmente, en un
transmisor de impulsos para iluminar la tarjeta, un auto-adaptador aleatorio de fase
seguido por un receptor de microondas que produce un holograma a través del
cual se lee la información de la fase e intensidad de la tarjeta de radiación.
2.3. Enlace Punto a Punto
Las redes punto a punto son aquellas que responden a un tipo de arquitectura de
red en las que cada canal de datos se usa para comunicar únicamente dos nodos,
en contraposición a las redes multipunto, en las cuales cada canal de datos se
puede usar para comunicarse con diversos nodos.
En una red punto a punto, los dispositivos en red actúan como socios iguales, o
pares entre sí. Como pares, cada dispositivo puede tomar el rol de esclavo o la
función de maestro. En un momento, el dispositivo A, por ejemplo, puede hacer
una petición de un mensaje/dato del dispositivo B, y este es el que le responde
enviando el mensaje/dato al dispositivo A. El dispositivo A funciona como esclavo,
mientras que B funciona como maestro. Un momento después los dispositivos A y
B pueden revertir los roles: B, como esclavo, hace una solicitud a A, y A, como
maestro, responde a la solicitud de B. A y B permanecen en una relación reciproca
o par entre ellos.
Las redes punto a punto son relativamente fáciles de instalar y operar. A medida
que las redes crecen, las relaciones punto a punto se vuelven más difíciles de
coordinar y operar. Su eficiencia decrece rápidamente a medida que la cantidad de
dispositivos en la red aumenta.
Los enlaces que interconectan los nodos de una red punto a punto se pueden
clasificar en tres tipos según el sentido de las comunicaciones que transportan:
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Simplex.- La transacción sólo se efectúa en un solo sentido.
Half-dúplex.- La transacción se realiza en ambos sentidos, pero de forma
alternativa, es decir solo uno puede transmitir en un momento dado, no pudiendo
transmitir los dos al mismo tiempo.
Full-Dúplex.- La transacción se puede llevar a cabo en ambos sentidos
simultáneamente.
Cuando la velocidad de los enlaces Semi-dúplex y Dúplex es la misma en ambos
sentidos, se dice que es un enlace simétrico, en caso contrario se dice que es un
enlace asimétrico
Sus características son:
Se utiliza en redes locales LAN
Los algoritmos de encaminamiento suelen ser complejos, y el control de
errores se realiza en los nodos intermedios además de los extremos.
Las estaciones reciben sólo los mensajes que entregan los nodos de la red.
Estos previamente identifican a la estación receptora a partir de la dirección de
destino del mensaje.
La conexión entre los nodos se puede realizar con uno o varios sistemas de
transmisión de diferente velocidad, trabajando en paralelo.
Los retardos se deben al tránsito de los mensajes a través de los nodos
intermedios.
La conexión extremo a extremo se realiza a través de los nodos intermedios,
por lo que depende de su fiabilidad.
La seguridad es inherente a la propia estructura en malla de la red en la que
cada nodo se conecta a dos o más nodos.
Los costos del cableado dependen del número de enlaces entre las estaciones.
Cada nodo tiene por lo menos dos interfaces.
2.4. Tipos de Antenas
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Es un tipo de antena que se caracteriza por llevar un reflector parabólico. Su
nombre proviene de la similitud a la parábola generada al cortar un cono recto con
un plano paralelo a la directriz.
Las antenas parabólicas pueden ser usadas como antenas transmisoras o como
antenas receptoras. En las antenas parabólicas transmisoras el reflector
parabólico refleja la onda electromagnética generada por un dispositivo radiante
que se encuentra ubicado en el foco del reflector parabólico, y los frentes de ondas
que genera salen de este reflector en forma más coherente que otro tipo de
antenas, mientras que en las antenas receptoras el reflector parabólico concentra
la onda incidente en su foco donde también se encuentra un detector.
Normalmente estas antenas en redes de microondas operan en forma full dúplex,
es decir, trasmiten y reciben simultáneamente.
Las antenas parabólicas suelen ser utilizadas a frecuencias altas y tienen una
ganancia elevada.
Los tipos de antenas parabólicas son los siguientes.
Atendiendo a la superficie reflectora, pueden diferenciarse varios tipos de antenas
parabólicas, los más extendidos son los siguientes:
La antena parabólica de foco centrado o primario, que se caracteriza por
tener el reflector parabólico centrado respecto al foco.
La antena parabólica de foco desplazado u offset, que se caracteriza por
tener el reflector parabólico desplazado respecto al foco. Son más eficientes
que las parabólicas de foco centrado, porque el alimentador no
hace sombra sobre la superficie reflectora.
La antena parabólica Cassegrain, que se caracteriza por llevar un segundo
reflector cerca de su foco, el cual refleja la onda radiada desde el dispositivo
radiante hacia el reflector en las antenas transmisoras, o refleja la onda
recibida desde el reflector hacia el dispositivo detector en las antenas
receptoras.
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CAPITULO III
3. MARCO PRÁCTICO
3.1. Calculos
3.1.1. Antena seleccionada
3.2. Línea de Vista
Definición de la posición de cada estación latitud y longitud
Estación Latitud S Longitud OEl Alto(La Paz) 16°29'24.27"S 68°12'34.42"O
Pucarani(La Paz) 16°24'21.74"S 68°28'40.52"O
Distancia =30.18 KmEl anterior es dato obtenido de gracias a google earth. Generación del perfil del terreno entre las dos estaciones.
Determinación del valor de coeficiente de curvatura .En Bolivia K=4/3
Cálculo de la curvatura C de la Tierra
Calculo del radio de la primera zona del elipsoide de Fresnel F1, para control de difracción.
El radio F1 en cualquier punto del elipsoide de la primera zona de Fresnel se calcula con la siguiente fórmula:
F1(m)=17,32∗√ r1 (Km ) r2(Km)r (Km ) f (GHz )
F1 = radio de la primera zona de Fresnel. En m.r1, r = distancia de las antenas al obstáculo. En km.r = distancia entre antenas. En km.f frecuencia operación del sistema En GH
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F1(m)=17,32∗√ 0.67Km30.18Km∗7.12GHz
=3.05x10-5
Mediante Radio Mobile se obtiene la distancia del primer y único obstáculo. r1= que es 0.67 KmSegún el datasheet se tiene la frecuencia de trabajo f=7.12GHz
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Determinación de la altura de antenas, hasta que se obtenga línea de vista y solo se tiene en cuenta la atenuación del espacio libre.
Estación Latitud S Longitud O Inclinacion Elevación
El Alto(La Paz) 16°29'24.27"S 68°12'34.42"O
22° 4054
Pucarani(La Paz) 16°24'21.74"S 68°28'40.52"O
0° 3893
3.3. Margen de Desvanecimiento
Selección de la frecuencia de trabajo, del Plan nacional de frecuencias y de los requerimientos.
Frecuencia Minima= 6.425 GHzFrecuencia Maxima= 7.125GHz
Definición de posición de cada estación, latitud y longitud
Estación Latitud S Longitud O
El Alto(La Paz) 16°29'24.27"S 68°12'34.42"OPucarani(La Paz) 16°24'21.74"S 68°28'40.52"O
Selección de guía de onda o cable coaxial. El cable coaxial se aplica hasta 3 GHz y la guía de ondas a partir de esta frecuencia.
TIPO DE CABLE PERDIDA [dB/100m]RG 58 80 -100
RG 213 50LMR 200 50LMR 400 22
AIRCOM PLUS 22LMR 60 14
FLEXLINE DE 1/2 " 12FLEXLINE DE 7/8 " 6,6
HELIAX DE 1/2 " 12HELIAX DE 7/8 " 7
Pérdidas en los conectores promedio 0.25 dB. Pérdidas en los protectores contra descarga eléctrica cerca de 1 dB. Selección de antenas dependiendo de los parámetros requeridos.En este caso el modelo de la antena es HSX10-64-D4M
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CALCULOS OBTENIDOSFRECUENCIA MINIMA: 6.425GHzFRECUENCIA MAXIMA: 7.125 GHzPOTENCIA DE TRANSMISION: 25.5 dBm 0.3548134 wattUMBRAL DE RECEPCION: -88.9 dBm 8.0353 uVPERDIDA DE LA LINEA: 3 dBGANANCIA DE LA ANTENA: 43.6 dBi 32.95 dBdALTURA DE LA ANTENA EN METROS: 0.6 m
Con estos datos podemos adquirir los siguientes resultados
PIRE (dBm) = Potencia del transmisor (dBm) –Pérdidas en el cable y conectores(dB) + ganancia de antena (dBi)
PIRE (dBm) =25.5-0.22-0.25+43.6 = 68.63
Margen = Señal recibida en el receptor –sensibilidadSegún la siguiente tabla.Datos Elementos ValoresDistancia 30.18KmFrec 7,12GHz
Salidas transmisor Cables conectoresAntena TxFSLAntena RxCables conectoresSensibilidad del receptorTOTAL
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Margen = -88.9
PRESUPUESTO DE ENLACE COMPLETOPotencia del transmisor [dBm] –Pérdida en el cable TX [dB] + ganancia de antena TX [dBi] –Pérdidas en la trayectoria en el espacio abierto [dB] + ganancia de antena RX [dBi] –Pérdidas en el cable del RX [dB] = Margen –Sensibilidad del receptor [dBm].
25.5-0.22+43.6-3+43.6-0.22 = 92.26
3.4. Simulación
Delimitar el área de trabajo en el cual diseñaremos nuestro enlace de microondas punto a punto.
Estación Latitud S Longitud O
El Alto(La Paz) 16°29'24.27"S 68°12'34.42"OPucarani(La Paz) 16°24'21.74"S 68°28'40.52"O
Se procede a buscarlo puntos en google earth
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Se muestra el perfil de elevación entre los dos puntos
Para obtener distancias se muestra en la siguiente grafica
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Introducimos las coordenadas del punto 1 Rio Seco
Introducimos las coordenadas del punto 2 Pucarani
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Introducción de los datos a la antena
Toma de pantalla del enlace
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Línea de vista del enlace
En la siguiente figura se ve la distribución estadística relativa al rendimiento del receptor.
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En la siguiente figura se ve el rango del enlace
Detalles del enlace
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Datos del enlace
Datos Transmisor y Receptor
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CAPITULO IV
4. CONCLUSIONES
El Proyecto de Interconexión de la estación representa una importante ampliación
de la cobertura de señal del Operador beneficiado, lo que significaría una nueva
oportunidad de obtener ingresos económicos.
La Red de Radio Enlaces se encuentra diseñada mediante un cuidadoso trabajo
de ingeniería que permite que la misma utilice la mínima cantidad de
componentes, materiales e insumos, además del mínimo Presupuesto de Potencia
posible sin pérdida en el rendimiento ni la calidad de señal.
El enlace presenta una buena línea de vista y no presento ningún inconveniente el
simular en el programa Radio Mobile.
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