Post on 31-Jul-2015
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Medios no
guiados
Medios no Guiados
Es el tipo de comunicación sin cable, transporta ondas
electromagnéticas sin conductor físico.
Las señales se irradian por el aire (también por el agua), están
disponibles para cualquier dispositivo capaz de recibir.
Emisión
Recepción
Propagación
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Medios no Guiados
Las ondas electromagnéticas se pueden transmitir eficazmentemediante una antena, su forma y dimensión está relacionada con lafrecuencia a transmitir.
El ancho de banda máximo que puede transmitir es proporcional a lafrecuencia de la portadora
En radiodifusión AM seutilizan antenas de decenas demetros de altura, típicamentede ¼ de longitud de onda(unos 75 m), a la frecuencia de1 Mhz. Su ancho de banda esde 5 KHz.
En radiodifusión FM seutilizan frecuencias 100 vecesmayores, estas antenas sondel orden de un metro. Suancho de banda es de 15 KHz.
El alcance de la transmisiónes menor que AM. 3/65
Asignación de frecuencias
La comunicación por radio se divide en 8 rangos (bandas) reguladas
por el MTC.
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
3 KH 30 KH 300 KH 3 MH 30 MH 300 MH 3 GH 30 GH 300 GH
Superficie Troposférica Ionosférica EspacioLínea de vista
Ondas de radio Microondas
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Transmisión por radio
Espectro electromagnético
Mayor frecuencia, mayor ancho de banda disponible y menor
alcance
Baja frecuencia, las ondas son guiadas por la superficie terrestre y
reflejadas por capas ionosféricas
Alta frecuencias, las ondas de radio se comportan como la luz, por lo
que se requiere línea visual entre el transmisor y el receptor
Va de 30 Hz hasta 300 THz. La longitud de onda va de kilométricas
hasta ondas fentométricas.
λ
cf
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Factores que determinan el alcance
Potencia de salida del TX (de 0.1 y 4 W)
Sensibilidad del RX (nivel de señal que llega al receptor)
A mayor frecuencia mayor atenuación
Ganancia de las antenas. A mayor frecuencia, una antena
tendrá mayor ganancia para el mismo tamaño.
Pérdidas en el sistema de comunicación: espacio, cable de
alimentación a las antenas (longitud del cable)
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Características de las Antenas
Ganancia de la antena: es el cociente entre lapotencia emitida por la antena en su dirección demáxima emisión respecto a una antena isotrópica.Se expresa en dBi
Diagrama de radiación o patrón de radiación deuna antena, es una gráfica de la intensidad decampo emitido en función del ángulo a partir de ladirección de máxima emisión.
Ancho del haz es el ángulo entre los dos puntos en los que la
potencia se ha reducido a la mitad (3dB)
Polarización: Corresponde a la dirección del campo eléctrico emitido
por una antena. Puede ser: Vertical, Horizontal. y Elíptica
La desadaptación de polarización puede introducir una pérdida de hasta
20 dB9/65
Diagrama de radiación
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Tipos de propagación
Propagación de las ondas de radio: Línea de
vista
• También llamada visión directa, se transmite señales de alta
frecuencia de antena a antena (línea recta).
• Las antenas deben ser directivas, enfrentadas entre si, altas y juntas
entre si, para que no le afecte la curvatura de la tierra. Es compleja
porque las transmisiones de radio no se pueden enfocar
completamente.
• Las ondas van en todas direcciones (arriba, abajo, reflejadas en la
superficie o en la atmósfera). Las ondas reflejadas que llegan al
receptor (antena) más tarde pueden componer la señal.
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Onda directa
Línea de vista Ionosfera
Troposfera
Propagación de las ondas de radio: Espacio
Utiliza satélites como transmisores (en lugar de la refracción
atmosférica).
La señal radiada se recibe en el satélite y luego se retransmite al
receptor. Es una nueva transmisión de línea directa que tiene
intermediario. La distancia del satélite a la tierra equivale a una
antena de súper alta ganancia e incrementa la distancia que puede
cubrir la señal.
Espacial Ionosfera
Troposfera
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Tipos de Propagación
Propagación de señales específicas
La comunicación por radio está
en función de la frecuencia de la
señal.
A cada capa de la atmósfera le
corresponde un frecuencia de
trabajo, es más eficiente si se
transmite y envía señales con
tecnología adaptada a la capa.
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
3 KH 30 KH 300 KH 3 MH 30 MH 300 MH 3 GH 30 GH 300 GH
Superficie Troposférica Ionosférica EspacioLínea de vista
Ondas de radio MicroondasVLF, very low frequency, se propaga con ondas de superficie (aire o
agua). No sufren atenuación por la transmisión, pero son sensibles a
los ruidos atmosféricos (calor, electricidad) presente en bajas
latitudes. Se usan en radio navegación de largo alcance y
comunicación submarina.
LF, low frequency, se propagan en ondas de superficie. Se usan
para radio navegación de largo alcance, radio balizas localizadores de
navegación. La atenuación es mayor en el día (se incrementa la
absorción de las ondas por los obstáculos naturales)
Propagación de señales específicas
MF, middle frequency, se propagan en latroposfera, son absorbidas por la ionosfera. Elángulo de reflexión limita la distancia que cubre (sinentrar en la ionosfera). La absorción es mayor dedía, la mayoría de las transmisiones se hacen conantenas con línea de vista para tener mayor controly evitar absorción. Se usa para radios AM, radiomarítimo, buscadores audiodireccionales yfrecuencias de emergencia
HF, high frequency, usa propagación ionosférica,las señales se desplazan a la ionosfera (diferentedensidad las refleja a la tierra). Se usa para radioaficionados (ham-radio), banda ciudadana,emisiones internacionales, comunicacionesmilitares, comunicación larga distancia paraaviones, barcos, telefonía, telegrafía y fax
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Propagación de señales específicas
VHF, very high frequency, se propaga por línea de vista. Se usa para TV (VHF)
radio FM, AM de los aviones, ayuda de navegación de aviones.
UHF, ultra high frequency, se propaga por línea de vista. Se usa para TV (UHF),
teléfonos móviles, radio celular, buscadores, enlaces de microondas (empieza en 1
GHz (UHF) y continua en las bandas SHF y EHF).
SHF, super high frequency, se transmite usando línea de vista principalmente y parte
de propagación espacial. Se usa para microondas terrestres, satélite, radar.
EHF, extremely high frequency, usa propagación espacial. Sus usos son
mayormente científicos, radar, satélite, comunicaciones experimentales.
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Antena Jicamarca
UHF/VHF
VHF
UHF
Microondas
Microondas terrestres
No siguen la curvatura de la tierra, requieren
equipos de línea de vista.
La distancia a cubrir depende de la altura de la
antena (antenas más altas, mayor distancia).
La altura hace que la señal viaje más lejos sin
interferencia (curvatura de la tierra y obstáculos de
superficie). Las antenas se ponen en torres en
colinas o edificios altos.
Las señales se propagan en una dirección concreta.
Para una comunicación bidireccional se usan 2
antenas (telefonía), una para transmitir (recibir) en
una dirección (A→B) y la otra en el otro sentido
(B→A). Cada frecuencia requiere transmisor y
receptor (permite usar 1 única antena con cada lado)
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Repetidores
Son equipos que reciben la señal, para luego reenviar a otro punto ,
se denominan retransmisores, en otra dirección.
La distancia entre repetidores varía en función de la frecuencia y su
ubicación. El repetidor puede radiar a la misma frecuencia de la
señal original o a otra frecuencia. Los microondas terrestres con
repetidores se usan exhaustivamente para telefonía.
Tierra
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Antenas parabólicas
Parabólica, geometría de una parábola, cada línea paralela a lalínea de simetría (línea de vista) refleja la curva en ángulos queinciden en un punto común (foco).
El plato funciona como un embudo, captura un rango amplio deondas y las dirige al punto común. Se recupera más señal que conreceptor de punto único. Las transmisiones se radian a través deun cornete que apunta al disco, las señales golpean al plato, sereflejan en sentido contrario, hacia el foco.
Línea de simetríaFoco
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Satélite
Comunicación vía satélite
El principio es el mismo que en las microondas
terrestres, el satélite actúa como una súper antena
alta y como repetidor.
Las señales por satélite viajan en línea recta, las
limitaciones por curvatura son reducidas. Los satélites
retransmisores hacen que las señales microondas se
transmitan a través de continentes, océanos.
Los satélites proporcionan comunicación desde
cualquier ubicación (remota o no), estás son de alta
calidad sin infraestructura de tierra. Los satélites son
caros, pero se pueden alquilar tiempo o frecuencia a
precios asequibles.
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Geosincrónicos (geoestacionarios)
Los satélites necesitan línea de vista, el satélite que se mueve a
diferente velocidad a la rotación de la tierra sirve para lapsos cortos.
Para comunicaciones constantes el satélite debe moverse a la
misma velocidad de rotación de la tierra, da la apariencia de estar
fijo un punto del espacio.
Tierra
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Geosincrónicos (geoestacionarios)
La velocidad orbital depende de la distancia desde la tierra,
hay una órbita que es geosincrónica, esta es en el plano
ecuatorial.
Como mínimo se requieren 3 satélites para cubrir toda la
tierra.
120 °
Enlace
descendente
Enlace
ascendente
Vista desde
el polo norte
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Bandas de frecuencia
Están en el orden de los GHz, cada satélite transmisor y
receptor tienen bandas distintas.
BandaEnlace descendente
(GHz)
Enlace ascendente
(GHz)
C 3.7 – 4.2 5.925 – 6.425
Ku 11.7 – 12.2 14 -14.5
Ka 17.7 – 21 27.5 - 31
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Telefonía celular
Telefonía celular
Para comunicación entre 2 móviles ó entre 1 móvil y 1 fijo.
El proveedor debe ser capaz de ubicar y seguir al móvil,
asignándole un “canal de llamada” y transfiriendo la señal de un
canal a otro a medida que el móvil se mueve (fuera o dentro del
rango de un canal)
Cada área de servicio se divide en células (regiones pequeñas que
contienen 1 antena y que esta controlada por 1 pequeña central), la central
de la célula esta controlada por una central de telefonía móvil, que coordina
las comunicaciones entre las células y la central telefónica, conecta las
llamadas y graba la información sobre detalles de las llamadas para
facturación.
El tamaño de la célula no es fijo, puede ser mayor o menor, depende de
los usuarios del área. Radio típico está entre los 2 y 20 Km.
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Telefonía celular
Las áreas de mayordensidad de usuariosnecesitan más células(más pequeñas) parasatisfacer la demanda quelas áreas de menordensidad.
El tamaño de las célulasse optimiza para prevenirinterferencias.
La potencia detransmisión es baja paraprevenir que la señalinterfiera en las otrascélulas.
Central celular
Célula
Central de
comunicación de
telefonía móvil
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Bandas celulares
Tradicionalmente se inició analógica, para disminuir el ruido usa
modulación FM entre los móviles y la central de la célula.
Tiene 2 bandas: 824 y 849 MHz, (moviles), y 869 y 894 MHz (lleva
comunicación iniciada desde el teléfono fijos). Las frecuencias
portadoras se reparten c/30 KHz por lo que cada banda soporta 833
portadoras.
416 ch 416 ch
824 MHz 849 MHz 869 MHz 894 MHz
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Transmisión y recepción
Tx, luego que el usuario disca y envía el númerotelefónico (7 a 10 dígitos), el teléfono barre la bandabuscando un “canal de inicio” con señal potente yenvía los datos (número telefónico) a la central de lacélula más cercana que usa el canal.
Esta central retransmite los datos a la central decomunicación de telefonía móvil que a su vez lo envíaa la central telefónica (o célula del móvil llamado).
Si la llamada es contestada, se devuelven losresultados a la central de comunicación que asigna uncanal de comunicación (de voz) sin usar y la conexiónse establece, el móvil se acondicionadaautomáticamente al nuevo canal y se inicia la tx.
Rx, si un teléfono fijo llama a uno móvil, la centraltelefónica envía el número a la central de comunicaciónde telefonía móvil, este localiza el móvil preguntando acada célula (paging) hasta encontrarlo, entonces letransmite una señal de llamada, al responder se leasigna un canal de voz.
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Radioenlaces
Onda Electromagnética
λ = C/Fλ = 300 / f (Mhz) en metros
λ = 11811 / f (Mhz) en pulgadas
Ejemplo
F = 10Khz λ = 30 Km.
F = 100Mhz λ = 3 m.
Frecuencia = N ciclos/ s
radiación efectiva antenas ½, ¼
¿Cuál es la importancia de la λ o f en un sistema de comunicaciones?
1. La forma de propagación (onda ionosférica, directa, superficial)
MF
2. La longitud de la antena (onda milimétrica, onda corta, onda larga)
F = 1000Mhz
λ = 30 cm.
F = 100Mhz
λ = 3 m.
F = 1Mhz
λ = 300 m.
EH
Onda Electromagnética
3. La penetración en edificios (ondas cortas tienen mejor penetración)
Señal fuera
de los edificios
Señal dentro de los edificios
-20 dB 800Mz
-30 dB en 450Mhz
4. La atenuación en el espacio libre (altas frecuencias mayor acentuación)
L = 32.4 + 20 log f (Mz.) + 20 log d (Km.)
d = 10 Km., f1 = 100 Mhz. y f2=1000Mhz
5. El ruido captado por la antena (mayor ruido externo a bajas frecuencias
HF
N
Características técnicas de un radio
Transceptor
Lf = 32.4 + 20log d (Km.) + 20log f (Mhz.)
Sr = Ptx - Lp + Ga - Lf - Pe - Md
Para d = 10 Km. , Ptx = 100W , F= 900 Mhz., se tiene:
Sr = 50 dBm - 3dB + 10dB - (32.4 +20 + 60) dB - 20 - 10
Sr= -85 dBm
* se observa que el área de cobertura con adecuada penetración es 10 Km. aprox.
Evolución de los modelos de Propagación
Cálculos de Radioenlaces: Aproximación al espacio libre
Tx Receptor
Ptx 100W 50dBmN= -90 dBm
Ga = 10dB
Lf = PERDIDAS DE PROPAGACION
Lp = 3dB
PENETRACION
Pe=20 dB
Sr
Elementos en un radioenlace
Tx/Rx
Torres
Antenas
Cable
coaxial
Equipos de Tx / Rx
Medio de Transmision
Tx/Rx
Cables coaxiales
Características
1. Impedancia
2. Pérdidas
3. Aislamiento
4. Potencia
ConductorBlindaje
Espuma
Características de los cables coaxiales
Relación de onda estacionaria en
instalaciones de radio
VSWR vs. Porcentaje de potencia reflejada
radio
Generador
-116 dBm
Ruido interno
Medidor de
SINAD
Desensitazión
TX RX
Ptx = 100wPtx = 100w
Sensibilidad del Receptor
Capacidad del receptor de recibir señales débiles con cierto grado de calidad,
-116 dBm a 12 dB de SINAD (relación a ruido que toma en cuanto la
distorsión del receptor, se mide en el laboratorio)
Modelo de enlace punto a punto
Pasos para implementar un radioenlace:
1. Ubicación de las estaciones usando cartas geográficas
2. Elaborar un perfil de enlace.
3. Verificar la línea de vista en función de:
• Altura de la torre.
• Frecuencia.
4. Cálculos de Radioenlace.
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Tx/RxTx/Rx
Modelo de enlace punto a punto
Modelo de enlace punto - multipunto
Banda de frecuencia: rango de operación de la antena, rango en el cual la
relación de onda estacionaria es menor de 1.5. No se
puede intercambiar con la antena de recepción.
820
Mhz
860
Mhz
Directividad: Esta relacionada con la dirección de irradiación máxima de la
energía, y tiene valor igual a la ganancia de la antena.
0
db
10 db
Antenas
Ancho de haz: Es el ángulo comprendido entre los puntos de media potencia
del patrón de irradiación de la antena.
0 db10 db
7 db
7 db
Ancho de haz = 60°
Tild: Inclinación del patrón de radiación en dirección vertical.
A
°
Antenas
Ganancia: Es la relación entre la máxima potencia radiada con la antena
comparada con la potencia radiada por una antena dipolo o
isotrópica. La ganancia de una antena dipolo es 2.15 dBi.
G = 10dB/0dB = 10dBi G = 10dB/2.15dB = 7.85dBd
Antena dipolo
Antena isotrópica
Antena
evaluada
Polarización: Es la orientación del vector de campo eléctrico. Las antenas de
comunicaciones móviles son de polarización vertical. Las
antenas yagi pueden trabajar tanto en polarización horizontal
como en vertical.
Antenas
1. Comprobación Técnica
1. Medición de Potencia directa
2. Medición de Potencia Reflejada
3. Comprobacion de adecuado VSWR < 1.5
Instalación de estación
2. Comprobación Tecnica
1.Angulo en Azimut
Este ángulo se mide desde el norte geográfico en sentido de las
agujas del reloj.
Norte
Coordenadas
Latitud, longitud
Coordenadas
Latitud, longitud
Instalación de estación
2. Angulo en Elevación
El ángulo de elevación nos indicará la inclinación que le debemos dar a la
antena con respecto al plano horizontal.
d
= arctg (h2-h1 / d)
h2h1
Instalación de estación
R1 = ½ ( x D )
Donde:
R = Radio de la primera zona de Fresnel
= Longitud de onda
D = Distancia entre estaciones
Tx/Rx Tx/Rx
R
Punto 1Punto 2
Radio a la mitad del trayecto
Zona de Fresnel
Guiados vs. No guiados
Comparación de medios
Enlaces inalámbricos frente a redes tradicionales tienen algunas ventajas.
Movilidad. Información en tiempo real en cualquier lugar de la organización oempresa para todo usuario de la red. Tener información en tiempo realsignifica mayor productividad y posibilidades de servicio.
Facilidad de instalación. Evita obras para tirar cable por muros y techos.
Flexibilidad. Permite llegar donde el cable no puede.
Reducción de costes. Permite entornos dinámico, que pueden variar en eltiempo, el coste inicial más alto de la red sin cable es significativamente másbajo en el tiempo, porque tiene más tiempo de vida y menor gasto deinstalación.
Escalabilidad. Se puede cambiar de topología de red en forma sencillo y enredes pequeñas y grandes. A mayor velocidad de transmisión, menor área decobertura de la señal y viceversa.
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Comparación de medios
Costo, de materiales e instalación.
Velocidad, número máximo de bits/segundo que puede transmitir(fiable); varía con la frecuencia (más altas tx más bits) con el tamañofísico del medio, equipo de transporte y condiciones del conductor
Atenuación, saber que parte de la señal va a ser absorbida o disipadapor el medio (resistencia del cable extrae energía y disipa como calor)
Interferencia electromagnética, sensibilidad a la energíaelectromagnética externa que interfiere la señal: visual (efecto nieve)o audio (estática)
Seguridad, protección contra intrusos, algunos medios no blindadosson interceptables (par trenzado, radio) fácilmente, otros son másseguros (fibra)
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Consideraciones de diseño
•Ancho de banda disponible vs. necesario
–Determina la capacidad de transmisión
•Impacto de impedimentos del medio
–Atenuación y propagación multipasos
•Limitan la distancia máxima
•SNR
–Sensitividad a interferencia – coordinación de frecuencias con
otros servicios
•Restricciones legales o reglamentarias
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Rendimiento de medios de transmisión
Medio Costo Velocidad Atenuación EM Seguridad
UTP Bajo 1 – 100 Mbps Alto Alto Bajo
STP Moderado 1- 150 Mbps Alto Moderado Bajo
Coaxial Moderado 1 Mbps – 1 Gbps Moderado Moderado Bajo
Fibra Alto10 Mbps – 16
GbpsBajo Bajo Alto
Radio Moderado 1 – 10 Mbps Bajo – alto Alto Bajo
Microondas Alto 1 Mbps – 10 Gbps Varía Alto Moderado
Satélite Alto 1 Mbps – 10 Gbps Varía Alto Moderado
Celular Alto 9.6 – 19.2 Kbps Bajo Moderado Bajo
Proyección de la evolución de los transistores
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