Ensayo Actividad 3
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El documento describe los componentes y características de un radioenlace de microondas entre dos puntos ubicados a 86,69 km de distancia. Explica que se utilizarán antenas parabólicas con una ganancia de 43,2 dB y un ancho de banda de 500 MHz en la frecuencia central de 4,55 GHz para transmitir hasta 800 canales telefónicos. También realiza cálculos para determinar la ubicación óptima de un repetidor intermedio.
Ensayo Actividad 3
- 1. UNIVERSIDAD FERMIN TORO FACULTAD DE INGENIERIA INTEGRANTES: DARIO YSAACURA C.I.: 17.782.690 CARLOS ANDRADE C.I.: 22200575 LUIS RODRIGUEZ C.I.: 20891417 PROF.: HEDDY GIMENEZ MATERIA: RADIOENLACE
- 2. RADIOENLACE Sistema de comunicaciones que trabajan en la banda de frecuencias ultraelevadas (uhf- 300mhz a 3ghz ) , y utilizan un haz radioelectrico como si fuera un rayo de luz para establecer un enlace punto a punto entre dos estaciones transreceptoras. ESQUEMA BÁSICO DE UN RADIOENLACE Las señales de voz, video o datos se transmiten, por lo general, a través de medios guiados. Pero, cuando las distancias son grandes, o cablear es caro, o por razones de movilidad, se utiliza la transmisión por ondas de radio → radioenlace. Es una interconexión entre terminales fijos o móviles efectuada por ondas de radio TIPOS DE RADIOENLACES Existen dos tipos: Radioenlaces Por Microondas: Satelital: Uno de los terminales está en un satélite. El satélite es un repetidor emplazado en el espacio. Terrestres: Todos los terminales están en Tierra. Generalmente los radioenlaces se explotan entre 2 y 50 GHz, por eso se llaman radioenlaces
- 3. por microondas. En estas frecuencias, es posible obtener radiaciones altamente direccionales, apropiadas para enlaces punto a punto. El modo de propagación de las microondas es por onda espacial, llamada también propagación con línea de vista. ANTECEDENTES Heinrich Hertz en 1887, fue capaz de producir las primeras ondas de radio las microondas analógicas fueron las primeras que se instalaron y tenían la finalidad de trasmitir canales telefónicos y de televisión. MICROONDAS Frecuencia mayor a 1 ghz y cuya longitud de onda es de unos cuantos centímetros Emplea sistemas de transmisión de punto a punto Las antenas operan en el modo línea de vista espaciadas entre 40 y 50 km Usa tecnología half dúplex
- 4. ENLACES DE DATOS VIA MICROONDAS Básicamente un enlace vía microondas consiste en tres componentes fundamentales: El transmisor. El receptor.
- 5. El canal aéreo RADIOENLACES DE MICROONDAS POR SATELITES CARACTERISTICAS Utiliza intervalos de frecuencia, cada vez más altos, del orden de los ghz. Cada enlace está separado, por una distancia que normalmente oscila alrededor de los 50 km. Es necesario que las antenas se vean ópticamente.
- 6. Cuanta más alta es la frecuencia de trabajo, mayor es la cantidad de canales que pueden ser obtenidos mediante los procedimientos de multiplicación. MICROONDAS DIGITALES Permiten la regeneración de los pulsos que por el sistema de comunicaciones son transmitidos. La regeneración de la señal da mayor tolerancia la ruido y a las interferencias. LAS ANTENAS DE MICROONDAS Las antenas usadas en la transmisión de señales de microondas están compuestas por dos partes principales el reflector y el alimentador y pueden ser clasificadas en: Omnidireccionales: es cuando irradian energía en todas las direcciones con igual intensidad Direccionales: son cuando la energía transmitida es concentrada en un delgado haz dirigido hacia la antena receptora. VENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS Instalación más rápida y sencilla. Conservación generalmente más económica y de actuación rápida. Puede superarse las irregularidades del terreno. Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las torres. DESVENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS Restricción a tramos con visibilidad directa para los enlaces. Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras
- 7. Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseño. PRINCIPALES APLICACIONES Datos Telegrafo/telex/facsímile Canales de televisión. Video Telefonía celular VENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS COMPARADOS CON LOS SISTEMAS DE LINEA METALICA Volumen de inversión generalmente mas reducido. Instalación más rápida y sencilla. Conservación generalmente más económica y de actuación rápida. Puede superarse las irregularidades del terreno. La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo. Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las torres. DESVENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS COMPARADOS CON LOS SISTEMAS DE LINEA METALICA Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces. Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que disponer de energía y acondicionamiento para los equipos y servicios de conservación. Se han hecho ensayos para utilizar generadores autónomos y baterías de células solares. La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los sistemas por cable Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante problema en diseño.
- 8. ESTRUCTURA GENERAL DE UN RADIOENLACE POR MOCROONDAS EQUIPOS Un radioenlace esta constituido por equipos terminales y repetidores intermedios. La función de los repetidores es salvar la falta de visibilidad impuesta por la curvatura terrestre y conseguir así enlaces superiores al horizonte óptico. La distancia entre repetidores se llama vano. Los repetidores pueden ser: Activos Pasivos En los repetidores pasivos o reflectores. No hay ganancia. Se limitan a cambiar la dirección del haz radioelectrónico. PLANES DE FRECUENCIA - ANCHO DE BANDA EN UN RADIOENLACE POR MICROONDAS En una estación terminal se requieran dos frecuencias por radiocanal. Frecuencia de emisión. Frecuencia de recepción. Es una estación repetidora que tiene como mínimo una antena por cada dirección, es absolutamente necesario que las frecuencias de emisión y recepción estén suficientemente separadas, debido a: La gran diferencia entre los niveles de las señales emitida y recibida, que puede ser de 60 a 90 dB. La necesidad de evitar los acoples entre ambos sentidos de transmisión. La directividad insuficiente de las antenas sobre todas las ondas métricas. Por consiguiente en ondas métricas (30-300 Mhz) y decimétricas (300 Mhz - 3 Ghz), conviene utilizar cuatro frecuencias (plan de 4 frecuencias). En ondas centimétricas, la directividad es mayor y puede emplearse un plan de 2 frecuencias. Ubicación geográfica De Pedraza a Sabaneta: 86,69Km.
- 9. Selección de equipos de transmisión y recepción (antenas, en la banda asignada). Ganancia de las antenas: Seleccionaremos antenas parabólicas. Podemos seleccionarlas mediante catalogo, como por ejemplo, una antena parabólica estándar Andrew PAR10-59A, que es utilizada en el rango de 4.250 a 4.850 GHz, tiene un diámetro de 3 m, una ganancia en el centro de la banda de 43.2 dB y una relación frente a espalda de 62 dB. En caso que no contemos con estas especificaciones, podemos calcular en forma aproximada la ganancia de la antena en función de su diámetro, utilizando la siguiente relación: G(dB) =10logη + 20logD (m) + 20logf (MHz) − 39.6 donde: η es la eficiencia de la antena D es la sección transversal f es la frecuencia central de la banda. Espectro de asignación de frecuencia de canales.
- 10. Frecuencia central: Según la recomendación 383-1 del CCIR, para 1800 canales telefónicos, la frecuencia central recomendada en la banda de los 4 GHz es de 4,550 GHz. Seleccionamos un sistema de 800 canales máximo por portadora, ya que disponemos de 1 canal de RF, que dan un total de 1x800 = 800 canales. Ancho de banda: Nuevamente según la recomendación 383-1 del CCIR, para 800 canales telefónicos, se recomienda un ancho de banda de 500 MHz. Levantamiento topográfico. Cálculos de potencia de recepción y selección de vanos.
- 11. Para sistemas telefónicos, para más de 960 canales telefónicos, se utilizan vanos generalmente entre 50 y 60 Kms, para mayor capacidad (1800 a 2700 canales) la longitud es normalmente menor a 45 Kms. También se puede hacer una estimación inicial de acuerdo a la banda de frecuencia utilizada, según la norma de Noboru Mino, presentada en la tabla 1. Banda de frecuencia Longitud del vano 2 GHz 70 Km±20% 4 – 6 GHz 50 Km±20% 11 GHz 30 Km o menos Sobre el perfil del terreno presentado debemos realizar la corrección del perfil correspondiente al radio equivalente de la tierra; en nuestro caso usamos k = 4/3, que corresponde a las condiciones normales de nuestro clima tropical. Para hacerlo aplicamos la ecuación, que establece que 103,5 3 4 74,12 7,86 74,12 2.1 k dd h Cálculos de puntos de reflexión. El cálculo del punto de reflexión lo tratamos como un proceso iterativo. Mediante la inspección del perfil del terreno, seleccionamos un punto que nos servirá como inicialización del método; mientras más cercana sea esta estimación a la ubicación real del punto de reflexión, menor será el número de iteraciones necesarias. Para ello utilizaremos el Software Radio Mobile para realizar dichos cálculos: La distancia entre Pedraza_Barinas y Sabaneta-Barinas es 86,7 km (53,9 miles) Azimut norte verdadero = 30,58°, Azimut Norte Magnético = 40,14°, Angulo de elevación = -0,4381°
- 12. Variación de altitud de 5,0 m El modo de propagación es dispersión, horizonte doble, 2,4F1 a 43,2km La frecuencia promedio es 4550,000 MHz Espacio Libre = 144,3 dB, Obstrucción = 60,0 dB ITM, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 1,0 dB, Estadísticas = 0,4 dB La pérdida de propagación total es 205,7 dB Ganancia del sistema de Pedraza_Barinas a Sabaneta-Barinas es de 186,0 dB Ganancia del sistema de Sabaneta-Barinas a Pedraza_Barinas es de 186,0 dB Peor recepción es 19,7 dB bajo el señal requerida a encontrar 50,000% de tiempo, 70,000% de situaciones
- 13. Cálculos de parámetros de calidad del enlace: Ambos Puntos tomados para el diseño se encuentran separados entre sí por una distancia de 86,7 Km. dB d Lbf 4 log20 m f 075.0 10*4 10*310*3 9 88 dBLbf 24,23 10*75 7,864 log20 3 Donde: Lbf : pérdida básica de transmisión en el espacio libre (dB) d : distancia : Longitud de onda d y se expresan en las mismas unidades.
- 14. Podemos adoptar las siguientes características estándares de los dispositivos; en caso de contar con las especificaciones del fabricante, se puede obtener un resultado más ajustado a la práctica: Ruido de intermodulación del transceptor: 25 pW Ruido de intermodulación en feeder: 30 pW Ruido de intermodulación por modem: 40 pW Ruido plano por modem: 40 pW Ruido plano de un transceptor: 20 pW Ruido plano de un conmutador: 5 pW Ruido plano total Si asumimos que el ruido producido por los transmisores, receptores y el transceptor es equivalente al producido por tres transceptores, y que el ruido producido por los moduladores, demoduladores y el modem es equivalente al que producen tres modems, tenemos que: RPT = 2x (20pW) + 2x (40pW) + 1x (5pW) RPT =125 pW. Ruido de intermodulación total RIT = 2x (25pW) + 2x (40pW) + 1x (30pW) RIT = 160 pW. Potencia de ruido total RT = 125 + 160 RT = 285 pW. Potencia de ruido total en presencia de desvanecimiento
- 15. RTF = 285 + 53.99 RTF = 478.99 pW. a) Relación señal a ruido. S/N = PR −10log(n)−10 log(kTb)+ 20log(Δfe )− 20log f BB +10 log Pfs +10log Pfp Tenemos que: 10log (n) = -8dB 10log (kTb) = 10log(1.38x10-23x300x3.1x106) = -139 dBm (a temperatura ambiente) Δfe = 200 kHz fBB = 8024 kHz 10log (Pfs) = 2,5 dB. 10log (Pfp) = 4 dB. Sabemos que PR = Pt + Gt + Gr - Lp - Lf - Lb . PRA−B = 37 + 2x(43.2)−144.2 −15 − 2.4 (dB)= −38.2 dBm . En general tendremos que S/N (dB) = PR (dBm) +105.43. S/N (dB) = −38.2+105.43=67.23 dBm b) Ruido psofometrico sin desvanecimiento. La potencia de ruido psofométrico está dada por pw189.2341010pwPn 10 23,6790 10 N/S90 c) Ruido psofometrico con desvanecimiento. La degradación del sistema prevista en la figura no estará presente en nuestro sistema.
- 16. Desvanecimiento medio en una hora en función del número de vanos y F0.1 sin diversidad de espacio Numero de canales telefónicos #canales= TelefoniadeRFcanales475.3 800 3000 Factor de Calidad Recomendación UIT Pn=3*L*300=3*86.7*300=78030 pW=78.03 mW VANO_A_PS Pn = 3*0.935*300 = 841.5 pW VANO_B_PS Pn = 3*2.805*300 = 2524.5 pW VANO_C_PS Pn = 3*14.195*300 = 12775.5 pW REPETIDORA Pn = 3*64.195*300 = 57775.5 Pw Pntotal = 841.5+2524.5+12775.5+57775.5=73.907*10-6W
- 17. Luego Pn>Pntotal el enlace tiene calidad sin desvanecimiento Mapas donde se muestren los puntos geográficos a enlazar Población de Pedraza Estado Barinas Latitud: 8° 3'56.03"N Longitud: 70°19'56.28"O Nodo_A_PS Latitud:8°11'53.77"N Longitud:70°14'59.61"O Nodo_B_PS Latitud: 8°18'35.86"N Longitud: 70°10'56.61"O Nodo_C_PS
- 18. Latitud: 8°36'55.93"N Longitud: 70° 0'14.51"O Población de Sabaneta Estado Barinas Latitud: 8°44'13.52"N Longitud: 69°55'50.72"O Población de Sabaneta Estado Barinas al Nodo_A_PS La distancia entre Pedraza_Barinas y Nodo_A_PS es 17,3 km (10,8 miles) Azimut norte verdadero = 31,57°, Azimut Norte Magnético = 41,14°, Angulo de elevación = -0,1239° Variación de altitud de 5,0 m El modo de propagación es línea de vista, mínimo despeje 0,9F1 a 8,6km La frecuencia promedio es 4550,000 MHz Espacio Libre = 130,3 dB, Obstrucción = -5,1 dB TR, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 0,0 dB, Estadísticas = 4,0 dB La pérdida de propagación total es 129,3 dB Ganancia del sistema de Pedraza_Barinas a Nodo_A_PS es de 186,0 dB Ganancia del sistema de Nodo_A_PS a Pedraza_Barinas es de 186,0 dB Peor recepción es 56,7 dB sobre el señal requerida a encontrar 50,000% de tiempo, 70,000% de situaciones Población del Nodo_A_PS al Nodo_B_PS La distancia entre Nodo_A_PS y Nodo_B_PS es 14,5 km (9,0 miles)
- 19. Azimut norte verdadero = 30,88°, Azimut Norte Magnético = 40,52°, Angulo de elevación = -0,1121° Variación de altitud de 1,0 m El modo de propagación es línea de vista, mínimo despeje 1,1F1 a 7,2km La frecuencia promedio es 4550,000 MHz Espacio Libre = 128,8 dB, Obstrucción = -4,6 dB TR, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 0,0 dB, Estadísticas = 3,9 dB La pérdida de propagación total es 128,0 dB Ganancia del sistema de Nodo_A_PS a Nodo_B_PS es de 186,0 dB Ganancia del sistema de Nodo_B_PS a Nodo_A_PS es de 186,0 dB Peor recepción es 58,0 dB sobre el señal requerida a encontrar 50,000% de tiempo, 70,000% de situaciones. Población del Nodo_B_PS al Nodo_C_PS La distancia entre Nodo_B_PS y Nodo_C_PS es 39,2 km (24,4 miles) Azimut norte verdadero = 29,99°, Azimut Norte Magnético = 39,68°, Angulo de elevación = -0,2251° Variación de altitud de 10,0 m El modo de propagación es dispersión, única obstrucción, 0,1F1 a 19,5km La frecuencia promedio es 4550,000 MHz Espacio Libre = 137,4 dB, Obstrucción = 17,2 dB Mix, Urbano = 0,0 dB, Bosque =
- 20. 1,0 dB, Estadísticas = 2,5 dB La pérdida de propagación total es 158,2 dB Ganancia del sistema de Nodo_B_PS a Nodo_C_PS es de 186,0 dB Ganancia del sistema de Nodo_C_PS a Nodo_B_PS es de 186,0 dB Peor recepción es 27,8 dB sobre el señal requerida a encontrar 50,000% de tiempo, 70,000% de situaciones. Población del Nodo_C_PS a Sabaneta-Barinas La distancia entre Nodo_C_PS y Sabaneta-Barinas es 15,7 km (9,8 miles) Azimut norte verdadero = 30,79°, Azimut Norte Magnético = 40,62°, Angulo de elevación = -0,1202° Variación de altitud de 1,0 m El modo de propagación es línea de vista, mínimo despeje 1,0F1 a 7,9km La frecuencia promedio es 4550,000 MHz Espacio Libre = 129,5 dB, Obstrucción = -5,2 dB TR, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 0,0 dB, Estadísticas = 4,1 dB La pérdida de propagación total es 128,4 dB Ganancia del sistema de Nodo_C_PS a Sabaneta-Barinas es de 186,0 dB Ganancia del sistema de Sabaneta-Barinas a Nodo_C_PS es de 186,0 dB Peor recepción es 57,6 dB sobre el señal requerida a encontrar 50,000% de tiempo, 70,000% de situaciones.