7/16/2019 Calculo de Radielaces Miraflores-munaypata

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CALCULO DE RADIELACE MIRAFLORES- MUNAYPATA

I. 

INTRODUCCIONHoy en día los sistemas de Radiocomunicaciones nos rodean por todas partes. Ennuestra ciudad esto se puede observar en edificios y gran parte en las laderas por lageografía de nuestro suelo.

Se denomina radio enlace a cualquier interconexión entre los terminales detelecomunicaciones efectuados por ondas electromagnéticas Un radioenlace consta deun equipo transmisor y uno receptor en ambos lados más los accesorios necesarios.

Una de las principales dificultades a la hora de implementar un enlace de RF es saber en

qué lugar y distancia deben estar ubicadas las antenas para que puedan comunicarse enforma satisfactoria

II.  OBJETIVO GENERALRealizar una comunicación mediante ondas electromagnéticas en el rango de lasmicroondas entre las zonas de MIRAFLORES - MUNAYPATA

III.  OBJETIVOS ESPECIFICOS

  Ubicar en la zona de Miraflores el punto adecuado para la Tx/Rx, que está

ubicado cerca del monumento Busch.  Ubicar en la zona de Munaypata el punto adecuado para la Tx/Rx, qu estáubicado en la azotea del Hospital Juan XXIII

  Analizar el diagrama esquemático y tomar los datos necesarios.

  Calcular la línea de vista.

  Escoger y tomar datos del equipo a utilizar.

  Realizar los cálculos necesarios.

  Analizar y comparar los resultados.

  Determinar si nuestro enlace es factible o no.

IV.  MARCO TEORICO

Una red por microondas es un tipo de red inalámbrica que utiliza microondas comomedio de transmisión. 

Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango defrecuencias 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 elrango de 1 m a 1 mm. Otras definiciones, por ejemplo las de los estándares IEC 60050 yIEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes deonda de entre 30 centímetros a 1 milímetro.

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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 super alta) 3 – 30 GHz y EHF (extremely-high

 frequency - frecuencia extremadamente alta) 30 – 300 GHz. Otras bandas deradiofrecuencia 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 ordende milímetros se denominan ondas milimétricas. 

RADIO ENLACE

Se conoce como radioenlace a cualquier interconexión entre terminales detelecomunicación efectuada por ondas electromagnéticas, específicamente por aquellasque entran en el rango de las señales de radio.

Los radio enlaces, establecen un concepto de comunicación del tipo dúplex, de donde sedeben transmitir dos  portadoras moduladas: una para la Transmisión y otra para la

recepción. Al par de frecuencias asignadas para la transmisión y recepción de lasseñales, se lo denomina radio canal.

Una onda portadora es una forma de onda, generalmente sinusoidal, que es modulada por una señal que se quiere transmitir. Ésta onda portadora es de una frecuencia muchomás alta que la de la señal moduladora (la señal que contiene la información atransmitir).Al modular una señal se desplaza su contenido espectral en frecuencia, ocupando uncierto ancho de banda alrededor de la frecuencia de la onda portadora. Esto permitemultiplexor en frecuencia varias señales simplemente utilizando diferentes ondas

 portadoras y conseguir así un uso más eficiente del espectro de frecuencias.

En otras palabras, la modulación de onda codifica a la señal en una señal deradiofrecuencia, a la que se llama portadora.

Clasificación

Según sean sus terminales se dividen en:

Radioenlace de servicio fijo: sistemas de comunicaciones entre puntos fijos situadossobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de información, concaracterísticas de calidad y disponibilidad determinadas. Típicamente estos enlaces seexplotan entre los 800 MHz y 42 GHz.Radioenlace de servicio móvil: como el nombre lo indica, son aquellas en la que las

terminales son móviles.

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Los enlaces se hacen básicamente entre puntos visibles, es decir, puntos altos de latopografía.Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para un correctofuncionamiento es necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libreadecuada para la propagación en toda época del año, tomando en cuenta las variacionesde las condiciones atmosféricas de la región.Para poder calcular las alturas libres debe conocerse la topografía del terreno, así comola altura y ubicación de los obstáculos que puedan existir en el trayecto.

Conceptos de Diseño: Los radio enlaces de microondas se realizan sólo si existe unalínea de vista del receptor y viceversa, proveen conectividad de una manera sencilla y

 práctica entre dos o más sitios. La línea de visión implica que la antena en un extremodel radio enlace debe poder "ver" la antena del otro extremo. En el diseño de un radioenlace de microondas involucra los siguientes pasos básicos que son:

  Elección del sitio de instalación.

  Verificar la línea de vista entre Tx y Rx.

  Relevamiento del perfil del terreno y cálculo de la altura del mástil para laantena.

  Cálculo completo del radio enlace, estudio de la trayectoria del mismo y losefectos a los que se encuentra expuesto.

  Análisis y cálculos de las zonas de Fresnel.

  Prueba posterior a la instalación del radio enlace, y su posterior puesta enservicio con tráfico real.

V.  MARCO PRÁCTICOPosteriormente elegidos los equipos, realizamos el diagrama esquemático y realizamoslos cálculos necesarios teniendo los siguientes datos:

Datos

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  d1=2.77km

  d2=4.31km

  dt=6.96km

  h0=3570 m.s.n.m.

  h1=3635 m.s.n.m.  h2=3328 m.s.n.m.

  Pn=150mW

  f= 11.5 Gh

  Gtx+GRx=80dB

  Longitud de cable= 70m

  Ac=12.40dB/100m

  Acr=12.40dB/70m = 0.18dB/m

  Asis = 0.18+40 = 40.18dB

  Umbral = 50 dBm

Pérdidas en el espacio libre.

La mayor parte de la potencia de la señal de radio se perderá en el aire. Aún en el vacío,una onda de radio pierde energía (de acuerdo con los principios de Huygens) que seirradia en direcciones diferentes a la que puede capturar la antena receptora.

La onda de radio pierde potencia incluso en una línea

recta, porque se esparce libre una mayor región en elespacio a medida que se aleja del Tx.

La pérdida en el espacio libre Lo mide esta dispersión dela potencia en un espacio libre sin obstáculos.

Calculo de Lo(atenuación del espacio libre)

Para determinar la potencia recibida, atenuada, en unradioenlace se considera las antenas Tx y Rx y el espacio

que las separa. Nótese que esto no tiene nada que ver con el aire, laniebla, la lluvia o cualquier otra cosa que puedeadicionar pérdidas La Pérdida en el Espacio libre (FSL),mide la potencia que se pierde en el mismo sin ningunaclase de obstáculo. La señal de radio se debilita en al airedebido a la expansión dentro de una superficie esférica.

La Pérdida en el Espacio libre es proporcional al cuadrado de la distancia y también proporcional al cuadrado de la frecuencia. Aplicando decibeles, resulta la siguienteecuación:

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 f  d  Lo log*20log*2044.92

 

 Lo=130.16 dB

Calculo de la Zona de Fresnel.

Teniendo como punto de partida el principio de Huygens, podemos calcular la primerazona de Fresnel, el espacio alrededor del eje que contribuye a la transferencia de

 potencia desde la fuente hacia el receptor.

Basados en esto, podemos investigar cuál debería ser la máxima penetración de unobstáculo (por ejemplo, un edificio, una colina o la propia curvatura de la tierra) en estazona para contener las pérdidas.

Zona de fresnel.

Lo ideal es que la primera zona de Fresnel no esté obstruida, pero normalmente essuficiente despejar el 60% del radio de la primera zona de Fresnel para tener unenlace satisfactorio. En aplicaciones críticas, habrá que hacer el cálculo también

 para condiciones anómalas de propagación, en la cuales las ondas de radio se curvanhacia arriba y por lo tanto se requiere altura adicional en las torres. Para grandesdistancias hay que tomar en cuenta también la curvatura terrestre que introduce una

altura adicional que deberán despejar las antenas.

La siguiente fórmula calcula la zona de Fresnel:

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0r  =6.82 m

Calculo de Altura de Torres Δh (diferencias de distancias entre la torre y la linea devista)

6exp378.6

 _  _ 3

2

**2

** 21

21

1

1

 

  

 

 R

tierradeCurvatura K 

h K  R

d d hh

d 

d hh

o

 

Vista del Horizonte Óptico y el Horizonte de Radio.

Calculo de R .

R  ( )  

d 

d d r 

210

** 

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Calculo de potencia entre Tx y Rx

GG RX Tx RX TX T L L Lo L

 

T  L =70.34 dB

 Lt  Pn

 P o

310*1log*10

 

o P = 80.60 dBm

 

ht1 (m) ht2 (m) h (m)0 0 -34.5350 50 -13.5270 70 6.4873 73 9.4875 75 11.48

100 100 36.48

Para finalizar compramos los resultados obtenidos y determinamos si nuestracomunicación es factible o no

h > 0r  Para que exista línea de vista

ht1 (m) ht2 (m) h (m)0 0 -34.5350 50 -13.5270 70 6.4873 73 9.48

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75 75 11.48100 100 36.48

h = 9.48m Línea de vista satisfactoria

o P > Ur Para que sea FACTIBLE la comunicación

EL LADO DE TRANSMISIÓN.

Potencia de Transmisión (Tx).

La potencia de transmisión es la potencia de salida del radio. El límite superior dependede las regulaciones vigentes en cada país, dependiendo de la frecuencia de operación y

 puede cambiar al variar el marco regulatorio. En general, los radios con mayor potenciade salida son más costosos. La potencia de transmisión del radio, normalmente se

encuentra en las especificaciones técnicas del vendedor. Tenga en cuenta que lasespecificaciones técnicas le darán valores ideales, los valores reales pueden variar confactores como la temperatura y la tensión de alimentación.

Pérdida en el cable.

Las pérdidas en la señal de radio se pueden producir en los cables que conectan eltransmisor y el receptor a las antenas. Las pérdidas dependen del tipo de cable y lafrecuencia de operación y normalmente se miden en dB/m o dB/pies.

Independientemente de lo bueno que sea el cable, siempre tendrá pérdidas. Por eso,recuerde que el cable de la antena debe ser lo más corto posible.

La pérdida típica en los cables está entre 0,1 dB/m y 1 dB/m. En general, mientras másgrueso y más rígido sea el cable menor atenuación presentará. Para darle una idea decuán grande puede ser la pérdida en un cable, considere que está usando un cable RG58que tiene una pérdida de 1 dB/m, para conectar un transmisor con una antena.

Usando 3 m de cable RG58 es suficiente para perder el 50% de la potencia (3 dB). Las pérdidas en los cables dependen mucho de la frecuencia. Por eso al calcular la pérdida

en el cable, asegúrese de usar los valores correctos para el rango de frecuencia usada.Control de la hoja de datos del distribuidor y si fuera posible, verifique las pérdidastomando sus propias mediciones. Como regla general, puede tener el doble de pérdidaen el cable [dB] para 5,4 GHz comparado con 2,4 GHz.

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Tabla de pérdidas de cables.

Pérdidas en los conectores.

Estime por lo menos 0,25 dB de pérdida para cada conector en su cableado. Estosvalores son para conectores bien hechos mientras que los conectores mal soldados

 pueden implicar pérdidas mayores.

Vea la hoja de datos para las pérdidas en su rango de frecuencia y el tipo de conector que usará. Si se usan cables largos, la suma de las pérdidas en los conectores estáincluida en una parte de la ecuación de “Pérdidas en los cables”.

Pero para estar seguro, siempre considere un promedio de pérdidas de 0,3 a 0,5 dB por conector como regla general. Además, Ios protectores contra descargas eléctricas que seusan entre las antenas y el radio debe ser presupuestado hasta con 1 dB de pérdida,dependiendo del tipo. Revise los valores suministrados por el fabricante (los de buenacalidad sólo introducen 0,2 dB).

Ganancia de antena.

La ganancia de una antena típica varía entre 2 dBi (antena integrada simple) y 8 dBi(omnidireccional estándar) hasta 21 – 30 dBi (parabólica).

Tenga en cuenta que hay muchos factores que disminuyen la ganancia real de unaantena. Las pérdidas pueden ocurrir por muchas razones, principalmente relacionadascon una incorrecta instalación (pérdidas en la inclinación, en la polarización, objetosmetálicos adyacentes).

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Esto significa que sólo puede esperar una ganancia completa de antena, si está instaladaen forma óptima.

Pérdidas de propagación.

Las pérdidas de propagación están relacionadas con la atenuación que ocurre en la señalcuando esta sale de la antena de transmisión hasta que llega a la antena receptora.

LADO RECEPTOR 

Los cálculos son casi idénticos que los del lado transmisor.

Amplificadores desde el receptor.

Los cálculos y los principios son los mismos que el transmisor. Nuevamente, laamplificación no es un método recomendable a menos que otras opciones hayan sidoconsideradas y aun así sea necesario, por ejemplo., para compensar pérdidas en el cable.

Sensibilidad del receptor.

La sensibilidad de un receptor es un parámetro que merece especial atención ya queidentifica el valor mínimo de potencia que necesita para poder decodificar/extraer “bits

lógicos” y alcanzar una cierta tasa de bits.

Cuanto mas baja sea la sensibilidad, mejor será la recepción del radio. Un valor típico es-82 dBm en un enlace de 11 Mbps y -94 dBm para uno de 1 Mbps.

Margen y Relación S/N.

 No es suficiente que la señal que llega al receptor sea mayor que la sensibilidad delmismo, sino que además se requiere que haya cierto margen para garantizar elfuncionamiento adecuado. La relación entre el ruido y la señal se mide por la tasa deseñal a ruido (S/N).

Un requerimiento típico de la SNR es 16 dB para una conexión de 11 Mbps y 4 dB parala velocidad más baja de 1 Mbps. En situaciones donde hay muy poco ruido el enlaceestá limitado primeramente por la sensibilidad del receptor. En áreas urbanas donde haymuchos radioenlaces operando, es común encontrar altos niveles de ruido (tan altoscomo -92 dBm). En esos escenarios, se requiere un margen mayor:

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VI.  HOJAS TECNICASPosteriormente escogemos el equipo que usaremos:En este caso vamos a utilizar un trasmisor y una antena para trasmisión en microondasde OMB y un cable EW127A

Especificaciones técnicas:

Transmisor digital de radio enlace 5 w. en las frecuencias de 1,5 a 2,5 Ghz.

Excelente transmisor homologado de radioenlace en un reducido tamaño, 5 watios,cambio de frecuencia digital. Podemos fabricarlo en frecuencias de 1,5 a 2,5 Ghz, enotras frecuencias consultar.

Frequency Range: 1500~2500 MHz -20MHz sub-bandType of Modulation FM Class F3VCO Tuning 25 MHzFrequency Stability ± 2,5ppm (Bettr 0n request)Synthesizer Step 25KHz

Power Output 1 or 5 WattsSpurious Emission < -80 dB or better Harmonic Emission < -65 dB (-80 dB on request)Stereo Separation > 55 dB @ 1 KHzDistorsion < 0.2% (TYP 00.8 %) @ 1KHz)Base Band 30 Hz - 60 KHz within 0.15 dBUnweighted S/N Ratio > 72 dB rms at 30 Hz ~ 20 KHzEnphasis 50 or 75 μS - selectableRF Connectors N-F 50 ohmInput Base Band Imp. 2 KohmInput Mono Impedence 600 Ohm

Cooling Forced air OP. Temperature Range 0 ÷ +45°CMaximum Umidity 90%AC Supply 100 ÷ 240 Volt; 47 ÷ 63 HzDimension 1 Units Rack 19" 44 cm DepthWeight 6.8 Kg

Fabricante: Suono Telecom

Receptor digital de radio enlace en las frecuencias de 1,5 a 2,5 Ghz. Altasensibilidad.

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Excelente receptor homologado de radio enlace, alta sensibilidad de recepción en unreducido tamaño, cambio de frecuencia digital. Podemos fabricarlo en frecuencias de1,5 a 2,5 Ghz, en otras frecuencias consultar.

Frequency Range: 1500~2500 MHz -20MHz sub-band

Type of Modulation FM Class F3VCO Tuning 25 MHzFrequency Stability ± 2,5ppm (Bettr on request)Synthesizer Step 25KHzImage rejetion 60 dBSpurious Emission < -80 dB or better Harmonic Emission < -65 dB (-80 dB on request)Stereo Separation > 55 dB @ 1 KHzDistorsion < 0.2% (TYP 00.8 %) @ 1KHz)Base Band 30 Hz - 60 KHz within 0.15 dBUnweighted S/N Ratio > 72 dB rms at 30 Hz ~ 20 KHz

Enphasis 50 or 75 μS - selectableRF Connectors N-F 50 ohmInput Base Band Imp. 2 KohmInput Mono Impedence 600 OhmCooling Forced air OP. Temperature Range 0 ÷ +45°CMaximum Umidity 90%AC Supply 100 ÷ 240 Volt; 47 ÷ 63 HzDimension 1 Units Rack 19" 44 cm DepthWeight 6.2 Kg

Fabricante: Suono Telecom

Impedancia de una Antena.

El valor de la impedancia de una antena es la resistencia que ésta presenta en su puntode conexión a la señal de corriente alterna que le llega del transmisor por la línea detransmisión. Esta impedancia debe ser igual a la impedancia de la línea de transmisión

 para que haya una máxima transferencia de energía.

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Directividad. 

De acuerdo a su posición y forma, una antena irradia la energía entregada por eltransmisor en una disposición específica. Esta disposición recibe el nombre de patrón deradiación o directividad. Según este parámetro, existen dos grupos de antenas:

  Las antenas omnidireccionales, que son las que irradian las ondas en forma casiuniforme en todas las direcciones.

  Las antenas direccionales, que concentran la energía en una sola dirección.

Este patrón de radiación se refiere teóricamente al espacio libre sin tener en cuenta losobstáculos que pueda encontrar la señal.

Directividad y Ganancia.

Ganancia.- Teniendo en cuenta el patrón de radiación, se dice que una antena tieneganancia no en el sentido que amplifica la señal recibida del transmisor, sino que la

concentra hacia una sola dirección, o que hace ver como si la señal fuera emitida conuna potencia mayor.

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Este es el caso de las antenas direccionales que dirigen sus ondas hacia un sólo sector,llegando la señal con más fuerza si fuera por una antena omnidireccional.

La ganancia de las antenas se mide en decibeles, que es la unidad de medida adoptada

 para este tipo de parámetros. A mayor cantidad de decibeles, mejor calidad de la antena.Para determinar la ganancia se establece la intensidad en un punto, irradiada por unaantena omnidireccional sin ganancia y la intensidad de la señal emitida por la antenadireccional. La relación de estas señales se utiliza para obtener los decibeles deganancia.

Polarización. 

La polarización de una antena se refiere a la dirección del campo eléctrico dentro de laonda electromagnética emitida por ésta. Las antenas verticales emiten un campoeléctrico vertical y se dice que están polarizadas verticalmente. Las antenas horizontales

tienen, por lo tanto, polarización horizontal.

PROTECCIÓN DE TORRES DE COMUNICACIÓN (sistema de aterramiento)Se ha visto que las torres metálicas de comunicaciones incrementan sustancialmente ladensidad de descargas en el lugar que son instaladas. La probabilidad se incrementaaproximadamente con el cuadra de la altura de la torre.por eso que es muy importantetener un sistema de puesta a tierra para cuidar los equipo ya que pueden sufrir unadescarga eléctrica atmosférica y dañar el equipo.

Las instalaciones de pararrayos consisten en un mástil metálico (aceroinoxidable, aluminio, cobre o acero) con un cabezal captador. El cabezal tiene muchasformas en función de su primer funcionamiento: puede ser en punta, multipuntas,semiesférico o esférico y debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio.

SEÑALIZACIÓN DE TORRESen telecomunicaciones nuestra tipos de señalización en el día son que la torre tiene quede color blanco-rojo-blanco según norma. La señalización en la noche se llama Baliza

que consiste en luces parpadeantes en la cima de la torre.

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Después de escoger los equipos de tx/rx, antenas, cables, la torres tiene que tener las

siguientes partes:

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VII.  CONCLUSIONESDespués de haber obtenido analizado y comparado los datos podemos afirmar quenuestra Comunicación MIRAFLORES-MUNAYPATA es FACTIBLE ya que cumplecon los objetivos primeramente trazados y los cálculos cumplen con las condiciones

 para que sea factible una comunicación por medio de microondas

Su principal desventaja se debe a su naturaleza del medio que, debido a ser una ondaelectromagnética, se ve afectaba por múltiples factores del medio que las rodea,requiriendo una serie de cálculos y prevenciones.Las microondas terrestres siguen conformando un medio de comunicación muy efectivo

 para redes metropolitanas para interconectar, por ejemplo, bancos, mercados, tiendasdepartamentales y radio bases celulares.

En los últimos años las frecuencias de microondas son utilizadas cada vez más entelecomunicaciones

VIII.  BIBLIOGRAFIA

Google earth

http://www.hol4g.com/webpdf/AND_184.PDF

http://www.omb.es/node/583

www.pasternack.com/default.aspx

www.omb.com/taxonomy/term/42

http://www.omb.es/sites/default/files/Brochures/6_es.pdf 

www.earthstations.es/2-rx-tx-antenna.html

Wayne Tomasi-Comunicaciones electrónicas