Estudio de propagación de ondas

INTRODUCCION
El curso de Microondas y Fibra Óptica es de especial relevancia para el estudiante, ya que
representa la base fundamental del conocimiento acerca de la transmisión de información
por medio de señales radioeléctricas (inalámbricas), basado en la aplicación de los
conocimientos fundamentales de la materia de Teoría Electromagnética. Dicha materia nos
sirve de base a las asignaturas del ciclo superior como son Comunicaciones Inalámbricas,
Comunicaciones Digitales, Antenas y Comunicación Vía Satélite, entre otras. La asignatura
al perfil del egresado al permitirle analizar el comportamiento de las ondas
electromagnéticas que viajan a través de la superficie terrestre y por el espacio, a fin de
contar con los elementos necesarios para evaluar la eficiencia de las antenas (radiadores
electromagnéticos), además, proporciona los métodos de estudio para realizar el análisis y
la síntesis de las antenas básicas así como conocer los principios de funcionamiento de las
antenas y los principales parámetros que describen sus características, las cuales son
empleadas en sistemas de comunicación inalámbricos para transportar información de un
punto a otro. El curso lleva una secuencia específica de adquisición de conocimientos, en
donde los temas deben desarrollarse ascendentemente, empezando con el concepto de
espectro radioeléctrico y los parámetros que distinguen una onda radioeléctrica, la
definición de una antena y la descripción de las fuentes de radiación; posteriormente se
analizaron los diagramas de radiación electromagnética para su aplicación a los campos de
radiación de una antena, analizando los parámetros relacionados con este fenómeno. A
continuación, se analizará la propagación de las ondas electromagnéticas emitidas por las
antenas en el entorno terrestre y se evaluarán los fenómenos de reflexión y difracción en la
superficie terrestre y en las capas atmosféricas, así como los fenómenos de
desvanecimiento que se presentan en la propagación de las ondas, con lo que se pretende
comprender el fenómeno de radiación electromagnética, los modelos de propagación de las
ondas electromagnéticas en los distintos medios en los que tienen lugar las ondas
radioeléctricas, así como los conceptos principales para el diseño y la caracterización de
diversos tipos de antenas y enlaces de microondas.
1
1. ESTUDIO DE PROPAGACION
En un enlace inalámbrico, las ondas que se utilizan para la transmisión de información y
que además se propagan a través de un medio físico y de igual manera en el espacio libre,
se ven afectadas por múltiples factores que pueden llegar a provocar la perdida de
información o en el peor de los casos la perdida total de un enlace de microondas. Es por
ello que se realiza lo que llamamos Estudio de Propagación, que no es mas que la suma de
las ganancias y pérdidas que a lo largo de su trayectoria va sufriendo la señal transmitida.
Para el calculo de todos estos factores existen formulas ya establecidas, que nos permitirán
establecer los parámetros de nuestros equipos para que la transmisión de información sea
eficiente y que las características de operación de estos, nos permitan tener la seguridad y
fiabilidad en un enlace inalámbrico.
Varios son los factores que afectan la transmisión de las señales. Su intensidad se reduce
cuando pasan por la lluvia o cualquier otro tipo de agente líquido que el aire contenga,
como por ejemplo nubes, nieve, o escarcha. Cuanta más alta sea la frecuencia mayor será la
atenuación o pérdida de señal que se produzca. Por esa razón las comunicaciones por arriba
de los 10 GHz sobre largas distancias son muy difíciles.
Cuando no existe zona de silencio, o skip, a una cierta distancia de la antena, llegan
simultáneamente ondas superficiales y ondas espaciales. Dichas ondas, que han recorrido
caminos distintos, llegan en fases que pueden ser coincidentes, diferentes, o francamente
opuestas. Como las capas reflectoras de la alta atmósfera, comparables a una masa de
nubes, está constantemente cambiando de altura y de constitución, las diferencias de fases
se hacen siempre variables. Por esa razón existen zonas donde el desvanecimiento es
fluctuante, llegando a veces a anularse la propagación cuando las ondas llegan con la
misma intensidad pero en oposición de fase. A grandes distancias, donde las ondas
superficiales no llegan debido a la gran absorción de su energía por parte de la corteza
terrestre, los desvanecimientos pueden provenir también por el desfase de las ondas, pero
esta vez producido por la reflexión en diferentes capas de la alta atmósfera, en definitiva,
porque las ondas recorrieron caminos de diferente longitud.
Los factores que afectan la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas en
un enlace terrestre son:
•
•
•
•
•
•
•
Perdidas en el Espacio Libre
Perdidas por Lluvia
Perdidas por Vegetación
Perdidas en las Líneas de Transmisión
Perdidas Misceláneas
Perdidas por Reflexión
Perdidas por Difracción
2
1.1 ETAPA TRANSMISORA
A continuación se muestra un diagrama general de Sistema de Comunicación Genérico, en
donde se especifican las diferentes pérdidas que sufre la señal a largo de su trayectoria
desde la antena transmisora Tx hasta la receptora Rx:
Ltt = Perdidas en las Terminales del Transmisor
Gt = Ganancia de la Antena Transmisora
Lb = Perdidas por Espacio Libre
Gr = Ganancia de la Antera Receptora
Lt = Perdidas en la Línea de Transmisión
Fig. 1 Sistema de Comunicación Genérico
A continuación, se enumeraran cada uno de los parámetros que definen las ganancias y
pérdidas de la señal en un enlace de microondas.
1.1.1 TRANSMISOR
Un transmisor es un equipo que emite una señal, código o mensaje a través de un
medio. El transmisor de radio es un caso particular de transmisor, en el cual el
soporte fisico de la comunicación son ondas electromagnéticas. El transmisor
tiene como función codificar señales ópticas, mecánicas o eléctricas, amplificarlas,
y emitirlas como ondas electromagnéticas a través de una antena. La codificación
elegida se llama modulación. Ejemplos de modulación son: la amplitud modulada
o la Modulación de frecuencia. Un transmisor de radio toma la información que va
a comunicarse y la convierte en una señal electrónica compatible con el medio de
comunicaciones. Este proceso suele incluir la generación de una portadora, la
modulación y la amplificación. La señal se lleva después por conductor simple,
cable coaxial o guía de onda, a una antena que la difunde por el espacio libre. En
este capítulo se analizan los circuitos más comunes en transmisores de radio.
Estos equipos incluyen amplificadores, multiplicadores de frecuencia, redes de
acoplamiento de impedancias y circuitos de procesamiento de voz. El transmisor
es la unidad electrónica que toma la señal de información que se envía, y la
convierte en una señal de RF que puede transmitirse a través de grandes
3
distancias. Todo transmisor tiene tres funciones básicas. Primera, debe generar
una señal de la frecuencia correcta en un punto deseado del espectro. Segunda,
debe proporcionar cierta forma de modulación para que la señal de información
modifique la señal de la portadora. Tercera, debe efectuar la amplificación de
potencia suficiente para asegurar que el nivel de la señal sea lo bastante alto para
que recorra eficazmente la distancia deseada.
Potencia del Transmisor PT (dBm).
La potencia de transmisor es usualmente especificada en la salida del modulo del
transmisor se expresa en dBm. Esta potencia es configurable en la mayoría de los equipos
de microondas. Su valor viene dado en las hojas de especificaciones de los equipos. La
mayoría de las veces es configurable vía software.
Caso práctico. Para el caso práctico de nuestro enlace de microondas el equipo de
microondas que se va a utilizar es el modelo Liaisson 58 que nos ofrece una potencia de
transmisión máxima de 27dBm. A continuación se muestra una imagen del equipo
seleccionado así como sus especificaciones técnicas:
4
5
1.1.2 PERDIDAS EN LAS TERMINALES DEL TRANSMISOR Ltt (DB)
Son las perdidas que se tienen en los circuitos utilizados para el acoplamiento del
transmisor y la antena. Se obtiene mediante la siguiente expresión:
LTT = LDFT + (α t )( Lt )
αt L
(dB): Perdida en duplexores, circuladores y filtros del trasmisor = K = 1.5 dB.
: (dB/m): Atenuación del alimentador de antena por unidad de longitud.
Lt (m): Longitud de la línea de transmisión que alimenta a la antena.
DFT
6
(α t )( Lt )
Como a la atenuación del alimentador de la antena es despreciable, el factor
Será tomado como el equivalente a la atenuación que sufre la señal en las líneas de
transmisión.
Caso práctico. El modelo de cable a utilizar es el EWP43, que tiene una atenuación de
2.983 dB cada 100 m., a una frecuencia de 5GHz, por lo que:
cada 100m. → 2.983dB
cada 20m. → 0.596dB Los cálculos para los diferentes sitios que cuentan con una
longitud de la línea de transmisión de 20m. son:
5.GHz → 2.983dB ∴ cada 100m.
Por lo tanto, para el sitio que cuenta con una longitud de la línea de transmisión de 40 m. el
cálculo es:
cada 100m. → 2.983dB
cada 40m. → 1.193dB 5.8GHz → 2.983dB ∴ cada 100m.
A continuación se muestra la tabla de los cálculos de las perdidas en las terminales del
transmisor para cada uno de los sitios remotos a comunicar:
SITIO
PERDIDA EN
DUPLEXORES,
CIRCULADORES
Y FILTROS DEL
TRASMISOR (dB)
LONGITUD DE
LA LINEA DE
TRANSMISION
(m)
ATENUACION
EN LAS LÍNEAS
DE
TRANSMISION
(dB)
JALATENGO
SUCHIXTEPEC
1.5
1.5
20
40
0.596
1.193
PERDIDA
TOTAL EN
LAS
TERMINALES
DEL
TRANSMISOR
(dB)
2.096
2.693
1.1.3 RESISTENCIA DE RADIACION DE LA ANTENA
No toda la potencia suministrada a la antena se irradia. Parte de ella se convierte en calor y
se disipa. La resistencia de radiación es una resistencia de la antena en ca y es igual a la
relación de la potencia radiada por la antena al cuadrado de la corriente en su punto de
alimentación. Matemáticamente, la resistencia de radiación es:
Rr =
P
I2
Donde:
7
Rr= Resistencia de radiación (ohms)
P = Potencia radiada por la antena (Watts)
I2 = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)
8
1.1.4 GANANCIA DE LA ANTENA TRANSMISORA Gt (DB)
Las antenas que se utilizan en los radioenlaces son normalmente reflectores de bocina o
antenas parabólicas alimentadas en el foco. Para enlaces superiores a los 2 GHz, las antenas
no suelen tener un diámetro mayor a 3 metros. En el diseño de radioenlaces tienen
importancia especialmente tres parámetros, Ganancia, Anchura del Haz y Diagrama de
Radiación. Podemos definir a la ganancia de una antena como el cociente entre la densidad
de potencia radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena
isotrópica, a igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena. Este parámetro se
encuentra en las hojas de especificaciones de la antena a utilizar.
Caso práctico. Debido a que la antena utilizada es la marcada con el modelo PXL8-44,
dentro de la hoja de especificaciones de la misma, se hace ver que la ganancia de esta
antena es de 39.2 dB. A continuación se muestran las especificaciones técnicas de la
Antena seleccionada:
La ganancia se obtiene en este caso por medio de la siguiente fórmula:
Gt ( dB) = 20.4 + 10 Logk + 20 LogD( m) + 20 Logf (GHz )
D: es el diámetro de la antena
K: Rendimiento de la antena
f=: frecuencia de operación
La ganancia ya está establecida en la hoja de especificaciones de la antena: G= 33.5 dBi
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1.2 PERDIDAS EN EL MEDIO DE PROPAGACION
1.2.1 PERDIDAS EN EL ESPACIO LIBRE FLS (dB)
El estudio de propagación se hace con el propósito de determinar que la potencia de
recepción sea mayor que el umbral de recepción. En un enlace de microondas, debido a que
el medio de propagación de la información es el aire, la señal transmitida sufre perdidas o
atenuaciones a lo largo de su trayectoria. Las perdidas en el espacio libre dependen de la
distancia y la frecuencia, están determinadas por el parámetro FLS, el cual se calcula
mediante la siguiente fórmula:
FLS = 32.45 + 20 log F + 20 log D
En donde:
F = Frecuencia del enlace en MHz.
D = Distancia del enlace en Km.
Caso práctico. A continuación se muestra una tabla con los respectivos valores de las
perdidas en el espacio libre para cada uno de los sitios remotos a comunicar:
ENLACE
FRECUENCIA DE
TRABAJO (MHz)
JALATENGOSUCHIXTEPEC
5000
DISTANCIA
ENTRE SITIOS
(Km)
11
PERDIDAS EN
EL ESPACIO
LIBRE (dB)
127.25
1.2.2 PERDIDAS POR DIFRACCION LD(dB)
La difracción es el fenómeno que ocurre cuando una onda electromagnética incide sobre un
obstáculo, la tierra y sus irregularidades pueden impedir la visibilidad entre las antenas
transmisora y receptora en ciertas ocasiones. Las perdidas por difracción se calculan
primero con el despejamiento normalizado:
h
f ⋅d
v= 2
= 2,58 ⋅10 −3
⋅h
R1
d1 d 2
Y después se hace la perdida por difracción:
LD (v) = 6,9 + 20 log v − 0,1) 2 + 1 + v − 0,1
[
]
10
1.2.3 ATENUACION POR ABSORCION ATMOSFERICA Y LLUVIA
LLL (dB)
Los vapores de agua y de oxígeno no condensados poseen líneas de absorción en la banda
de frecuencias de microondas y de ondas milimétricas. Por ello existen frecuencias donde
se produce una gran atenuación separada por ventanas de transmisión donde la atenuación
es mucho menor. La siguiente figura muestra la atenuación en dB/km producida por los
vapores de oxígeno y de agua a 20 ºC sobre el nivel del mar. El contenido en moléculas de
agua es del 1%, el cual es típico en climas templados. A frecuencias por encima de 300
GHz se observa que la atenuación por oxígeno es despreciable en comparación con la del
vapor de agua.
En el caso del vapor de agua, se producen fuertes líneas de absorción para longitudes de
onda de 1,35 cm, 1,67 mm e inferiores. En el caso del oxígeno, las longitudes de onda de
los picos de absorción son 0,5 y 0,25 cm. La atenuación debida al efecto conjunto de los
vapores de agua y oxígeno es aditiva. Obsérvese que para 0,5 cm la atenuación debida
únicamente al oxígeno supera los 10 dB/km. En aquellas bandas donde los valores de
atenuación exceden los 10 dB/km el alcance de las comunicaciones se encuentra
enormemente limitado. Pero escogiendo adecuadamente las frecuencias de trabajo es
posible obtener niveles de atenuación muchos menores: por ejemplo, a 30 GHz la
atenuación es inferior a 0,1 dB/km. Para frecuencias por encima de 300 GHz, en cambio, la
atenuación mínima es todavía elevada (6 dB/km o más) e impone una gran restricción en el
caso de enlaces terrestres con visión directa. Sin embargo, determinadas aplicaciones
especializadas tales como comunicaciones secretas de corto alcance (entornos "indoor" a 60
GHz) o enlaces entre satélites (no afecta la atenuación atmosférica) se aprovechan del uso
de la banda de frecuencias milimétricas. Estas longitudes de onda cortas posibilitan el uso
de antenas de alta ganancia muy compactas que compensan parte de las pérdidas
introducidas.
Los principales elementos en la atmósfera que absorben la energía electromagnética son
VAPOR, AGUA Y OXIGENO. La resonancia del Oxigeno ocurre a 0.5 cm (60 GHz.). Y
la resonancia del vapor de agua ocurre a 1.3 cm (23 GHz).
11
Para frecuencia debajo de los 5GHz, el efecto es despreciable, hasta los 10 GHz la
atenuación por lluvia es insignificante. La absorción de vapor de agua y la atenuación por
lluvia son usualmente consideradas por arriba de los 10 GHz
Algunas de las características principales de este fenómeno de atenuación son:
•
•
•
•
•
•
•
•
Se produce porque la onda electromagnética cede energía al líquido de una
gota de lluvia. Esta absorción de energía por parte de la gota provoca su
calentamiento.
No es importante para agua en estado sólido (hielo o nieve) ya que las
moléculas están rígidamente unidas formando cristales que no resuenan
con la onda que las atraviesa.
Para f > 10 GHz es la principal causa de La
Aumenta con:
 La intensidad de la lluvia
 La frecuencia de la onda incidente
 La disminución del ángulo de elevación
Puede despreciarse para f < 6 GHz
A medida que la lluvia se incrementa la atenuación aumenta. A mayor
frecuencia, mayor la absorción del vapor de agua.
Los índices de lluvia son proporcionados por la UIT en términos de
diferentes zonas definido como INDICE DE LLUVIA.
La atenuación en el trayecto es la suma de la atenuación causado por los
gases atmosféricos (incluyendo el vapor de agua) y la atenuación por la
lluvia.
Se calcula mediante una estadística de atenuación media a largo plazo debida a
precipitaciones a lo largo del trayecto del enlace en una ubicación dada y a
frecuencias de hasta 30 GHz según la recomendación UIT-R P.618-4. La
intensidad de lluvia es la cantidad de precipitación caída por unidad de tiempo
(mm/h), se mide con un pluviómetro y podemos cuantificar la intensidad de las
precipitaciones caídas en un punto mediante cualquier recipiente de paredes
rectas, midiendo después el espesor de la lámina de agua recogida. La unidad de
medida es el mm.
Es obvio que el tamaño del recipiente de medida no influye en el espesor de la
lámina de agua recogida. La unidad litros/m 2 es equivalente al mm: Un litro de
agua repartido por una superficie de 1 m 2 origina una lámina de agua de 1 mm de
espesor.
12
La ecuación que nos proporciona el cálculo de este parámetro es:
LLL (dB ) = γ a d + γ R d
Donde:
γ a d = Atenuación Específica en dB/Km, obtenida desde la ITU (1997)
γ b d = Atenuación Específica en dB/Km, obtenida desde la ITU (1992)
Considerando una tasa de distribución de lluvia R, se puede calcular la atenuación
específica mediante la siguiente expresión:
Alluvia = a R b [dB / Km]
4.21X 10 −5 f 2.42
2.9 GHz ≤ f ≤ 54 GHz
a=
4.09 X 10 − 2 f 0.699
54 GHz ≤ f ≤ 180 GHz
−0.0779
1.41 f
8.5 GHz ≤ f ≤ 25 GHz
b=
2.63 f −0.272
25 GHz ≤ f ≤ 164 GHz
Donde:
Alluvia : Atenuación por lluvias (dB/Km)
R : tasa de lluvia de la región (mm/h)
Para enlaces terrestres con trayectorias mayores a 6 km, la atenuación debido a la distancia
entre antenas es menor de lo que muestra esta cifra cuando la lluvia afecta solo a una parte
de la trayectoria del enlace.
Por lo tanto es necesario aplicar un factor de reducción para la distancia efectiva del enlace,
el cual está dado como:
r=
Donde:
90
90 + 4d
r : Factor de reducción.
d : Distancia entre las antenas TX y RX, (Km).
Por lo tanto utilizando la ecuación más exacta para el cálculo de la atenuación por lluvia es
la siguiente:
Alluvia = (a ) ( R b ) (d ) (r ) [dB ]
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Caso práctico. Utilizando las últimas 2 ecuaciones tenemos:
 Para el enlace JALATENGO-SAN MIGUEL SUCHIXTEPEC:
Alluvia = (a ) ( R b ) (d ) (
90
) [ dB]
90 + 4d
Alluvia = (4.21× 10 −5 × 5 2.42 ) (84.421.41∗5.8
− 0.0 779
) (11)(
90
)
90 + 4 ∗11
Alluvia = 0.9423dB
Siendo 84.42 el promedio de la tasa de lluvia en los meses de mayor precipitación,
de acuerdo a la región.
A continuación se muestra una tabla de las pérdidas sufridas por la señal a lo largo de la
trayectoria del enlace:
SITIO
JALATENGOSUCHIXTEPEC
DISTANC FRECUEN
IA
CIA
(Km.)
(GHz)
11
5
14
Alluvia = Lll
(dB)
1.2.4 PERDIDAS POR VEGETACION LVEG (dB)
Un factor importante de degradación en sistemas que operan a frecuencias de microondas,
lo constituye la vegetación (árboles, arbustos, etc.) existente en las inmediaciones del
radioenlace. Estos sistemas se caracterizan por emplear enlaces cortos (2-6 km) con visión
directa entre las antenas, pero en ciertas ocasiones el radioenlace puede verse
accidentalmente obstruido por árboles o incluso techos de edificios en entornos urbanos, tal
y como se muestra en la figura. En esta situación, el campo electromagnético presente en la
antena receptora puede modelarse como la suma de la onda proveniente directamente del
transmisor, y multitud de pequeñas ondas dispersadas por los edificios adyacentes y por las
hojas de los árboles cercanos. Dado que las fases de estas ondas son aleatorias, las señales
resultantes pueden estimarse mediante análisis estadístico.
Situación típica de obstrucción/dispersión del haz por
Vegetación en un sistema de microondas.
En resumen, la gran variedad de edificios, tipos de terreno y vegetación a considerar en una
determinada zona susceptible de instalar un sistema de radiocomunicaciones que opere a
frecuencias milimétricas, hace que sea extremadamente difícil proporcionar reglas de
diseño generales para estimar la cobertura. La utilización de herramientas informáticas de
trazado de rayos y de modelado de obstáculos a partir de información preliminar sobre la
zona reduce la complejidad del diseño del sistema. Sin embargo, la realización de
mediciones experimentales es completamente necesaria para validar los modelos y
proporcionar confianza a los resultados de las predicciones.
Existen varios estudios sobre la influencia que ejerce el tamaño, la densidad, el tipo y la
forma de vegetación en la atenuación que sufre la señal al propagarse por áreas con
vegetación.
El modelo expresado en la siguiente ecuación se aplica para el rango de frecuencias de 200
MHz a 95 GHz.
15
Aveg = 0.2 f 0.3d p
0.6
[dB ]
Donde:
Atenuación por vegetación (dB)
.
f : Frecuencia de operación (GHz).
d p Altura de la vegetación (m).
:
Aveg
:
Según estudios realizados por la ITU, el modelo que logra una predicción más cercana a la
realidad es el siguiente y se recomienda para el rango de frecuencias de 10 a 40 GHz.
Aveg = 0.39 f 0.39d p
0.25
[dB ], árbol con hojas
0.59
[dB ], árbol sin hojas
Aveg = 0.39 f 0.18d p
Caso práctico. A continuación se muestra una tabla en donde se especifican los sitios
remotos que cuentan con vegetación en la trayectoria del enlace y sus respectivas pérdidas
por vegetación, además se tomara de base la formula de pérdidas por vegetación de arboles
con hojas:
ENLACE
ALTURA DE LA
VEGETACION (
dp
)
JALATENGOSUCHIXTPEC
25m
16
FRECUENCIA
DE
OPERACIÓN(
GHz)
5
ATENUACION
POR
VEGETACION
(dB)
2. ETAPA RECEPTORA
2.2.1 GANANCIA DE LA ANTENA RECEPTORA Gr (DB)
Es el cociente entre la densidad de potencia radiada en una dirección y la densidad de
potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de distancias y potencias entregadas
a la antena. La ganancia viene determinada en la hoja de especificaciones de la antena
seleccionada y en un caso analítico, se podría obtener por medio de la siguiente formula:
Gr (dB ) = 20.4 + 10 Logk + 20 LogD (m) + 20 Logf (GHz )
D: es el diámetro de la antena
K: Rendimiento de la antena
f=: frecuencia de operación
Caso práctico. Debido a que la antena utilizada es la marcada con el modelo PXL8-44,
dentro de la hoja de especificaciones de la misma, se hace ver que la ganancia de esta
antena es de 39.2 dB. A continuación se muestran las especificaciones técnicas de la
Antena seleccionada:
La ganancia ya está establecida en la hoja de especificaciones de la antena: G=39.2 dBi
17
2.2.2 RECEPTOR
El receptor de radio es el dispositivo electrónico que permite la recuperación de
las señales vocales o de cualquier otro tipo, transmitidas por un emisor de radio
mediante ondas electromagnéticas. El receptor es el encargado de capturar la
señal transmitida y llevarla de nuevo a señal digital. El volumen de inversión
generalmente más reducido. A continuación se muestra un esquema general de
un receptor:
Demodulador
AMPL. FREC. INTERMEDIA
MEZCL. DE FREC.
Ampl.
RF
Filtro
(1)
(2)
(2)
(1)
LTR
GR
PR
Rx
Tx
SEÑAL BANDA BASE
FACTOR DE RUIDO
RF
FI
BB
Tratamiento de la señal
Señal banda base
Receptor
Caso práctico. Para el equipo receptor, se eligio el mismo equipo utilizado en la antena
transmisora.
18
2.2.3 PERDIDAS EN LAS TERMINALES EL RECEPTOR LTR (DB).
Son las perdidas que se tienen en los circuito utilizados para el acoplamiento del receptor y
la antena receptora. Se obtiene mediante la siguiente expresión:
LTT = LDFT + (α t )( Lt )
αt L
DFT (dB): Perdida en duplexores, circuladores y filtros del trasmisor = K = 1.5 dB.
: (dB/m): Atenuación del alimentador de antena por unidad de longitud.
Lt (m): Longitud de la línea de transmisión que alimenta a la antena.
(α t )( Lt )
Como a la atenuación del alimentador de la antena es despreciable, el factor
sera tomado como el equivalente a la atenuación que sufre la señal en las líneas de
transmisión.
cada 100m. → 2.983dB
cada 20m. → 0.596dB Caso práctico. El modelo de cable a utilizar es el EWP43, que
tiene una atenuación de 2.983 dB cada 100 m., por lo que:
Los cálculos para los diferentes sitios que cuentan con una longitud de la línea de
transmisión de 20m. son:
cada 100m. → 2.983dB
cada 20m. → 0.596dB
Por lo tanto, para el sitio que cuenta con una longitud de la línea de transmisión de 40 m. el
cálculo es:
cada 100m. → 2.983dB
cada 40m. → 1.193dB
A continuación se muestra la tabla de los cálculos de las perdidas en las terminales del
transmisor para cada uno de los sitios remotos a comunicar:
SITIO
PERDIDA EN
DUPLEXORES,
CIRCULADORES
Y FILTROS DEL
TRASMISOR (dB)
LONGITUD DE
LA LINEA DE
TRANSMISION
(m)
ATENUACION
EN LAS LÍNEAS
DE
TRANSMISION
(dB)
JALATENGO
SUCHIXTEPEC
1.5
1.5
20
40
0.596
1.193
19
PERDIDA
TOTAL EN
LAS
TERMINALES
DEL
TRANSMISOR
(dB)
2.096
2.693
2.2.4 POTENCIA DE RECEPCION
La potencia de recepción se obtiene restando a la potencia transmitida Pt en dBm las
atenuaciones de filtros, circuladores, conectores, línea de transmisión o guías de onda,
atenuación en espacio libre y sumando las ganancias de las antenas. La potencia recibida se
calcula mediante la ecuación de balance del enlace.
PR = PT − LTT + GT − FLS − LLL − LVEG + G R − LTR
(dB)
Donde:
PT : Potencia del transmisor (dBm).
LTT : Pérdidas en terminales del trasmisor (dB).
LDFT : Pérdida en duplexores, circuladores y filtros del trasmisor (dB).
GT : Ganancia de la antena transmisora (dB).
FLS : Pérdida en el espacio libre (dB).
G R : Ganancia de la antena receptora (dB).
LTR : Pérdidas en terminales del receptor (dB).
LDFR : Pérdida en duplexores, circuladores y filtros del receptor (dB).
Caso práctico. Sustituyendo los valores en la formula, las diferentes potencias de recepción
para cada uno de los enlaces se muestra a continuación:
ENLACE
JALATENGOSUCHIXTEPEC
POTENCIA DE RECEPCION
(dB)
-31.71
20
2.2.5 UMBRAL DE RECEPCION (Pur)
A fin de determinar el rendimiento del enlace, se debe calcular el porcentaje de tiempo que
la señal recibida podría estar debajo del nivel de umbral del receptor de microondas,
relativo al periodo total de tiempo. Esto es conocido como el margen de atenuación o
desvanecimiento. Esto es conocido como el margen de atenuación (Fade margin ó margen
de fading). Esto es imperativo ser capaz de predecir el nivel receptor deseado en un enlace
por dos importantes razones. Específicamente uno debe asegurarse que un adecuado
margen de atenuación exista en la fase de diseño y uno necesita conocer sí las antenas han
sido apuntadas correctamente (panned) durante la fase o etapa de comisionamiento
(Entrega del enlace funcionando correctamente por parte del contratista al propietario).
Añadiendo las varias ganancias y pérdidas sobre el trayecto desde la salida del transmisor a
la entrada del demodulador del receptor es llamado la estimación de potencia requerida.
Los fabricantes de equipos de microondas especifican los valores de umbral del receptor de
sus equipos de radio, relacionándolos con el ancho de banda del sistema. Aumenta el ancho
de banda aumenta la sensibilidad del receptor disminuye el ber (disminuir la tasa de error)
requiere de un valor mayor de umbral o sensibilidad (mayor potencia de recepción). El
enlace de Vía Microondas de acuerdo a los estándares de calidad de Alestra, tiene un
mínimo del 99.995% de disponibilidad, definiendo disponibilidad como la probabilidad en
que el sistema se encuentra trabajando en forma satisfactoria.
Umbral de Recepción. El umbral de recepción es la mínima señal requerida para que el
demodulador trabaje a una específica tasa de error. Dos umbrales son normalmente
definidos para recepción digital, uno a un BER de 10 -6 y otro a un BER de 10-3 (Para
enlaces analógicos se refieren a un nivel de potencia de recepción en dBm, por ejemplo de
-72 dBm de Threshold). El umbral de recepción es dependiente de: la mínima S/N
(Relación señal a ruido) requerida a la entrada del receptor, la figura de ruido a la entrad del
receptor y el ruido térmico de fondo (Pn).
MTBF


A =
 ∗100%
 MTBF + MTTR 
Donde:
A : Disponibilidad el enlace
MTBF : Tiempo medio antes de la falla
MTTR : Tiempo medio de restauración
 50000 
A =
 ∗ 100%
 50000 + 2 
A
=
99.996%
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Ya habiendo determinado la confiabilidad de nuestro enlace, procederemos a calcular el
margen de desvanecimiento ( Fm ), calculándolo a través de la siguiente ecuación:
Fm = 30 Log10 ( D ) +10 Log10 ( 6 A B f ) −10 Log10 (1 − R ) − 70
Efecto de la
trayectoria
Sensibilidad al
Terreno y al clima
Objetivos de
confiabilidad
Constante
Donde:
D : es la distancia entre las antenas Tx y Rx (Km)
A : es el factor de rugosidad de la trayectoria
B : es el factor para convertir la probabilidad del peor de los meses en
probabilidad anual
f : es la frecuencia del enlace de microondas (GHz)
R : es el objetivo de confiabilidad del enlace
Para poder determinar el valor de las constantes A y B , se hará uso de una tabla de
valores, de acuerdo al tipo de terreno y al clima que predomina en la región:
Factor de rugosidad del terreno.
VALO
A
R
4
1
0.25
DESCRIPCIÓN
Sobre agua o terreno muy parejo
Sobre terreno normal
Sobre terreno montañoso o muy disparejo
Factor de análisis climático anual.
B
VALO
DESCRIPCIÓN
R
1
0.5
Para clima muy lluvioso y con mucha neblina
Para áreas calientes y húmedas
0.25
0.125
(calor húmedo)
Para clima normal
Para áreas muy secas o montañosas
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De las tablas anteriores, los valores elegidos para las constantes A y B respectivamente son
de 1, pues estos valores se asemejan mas a las características de clima y terreno del estado
de Oaxaca, especialmente la región de La sierra, que es donde se llevara a cabo el enlace.
HOJAS DE ESPECIFICACIONES
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BIBLIOGRAFIA
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http://es.wikipedia.org/wiki/Receptor_de_radio
http://www.radioptica.com/Radio/propagacion_milimetricas.asp?pag=6
www.itu.com
Recomendación de la UIT-R 526-7.
Recomendación de acuerdo a la REC ITU-R I.718-2.
Recomendación de la REC ITU-R.318.
Recomendación de la REC UIT-R PN.525-2.
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