DOCUMENTO 8_CAPITULO 5

Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente
Capítulo 5
Capítulo 5:
Transmisión asociada
5.1.- Red de acceso
Toda red de datos necesita una interconexión entre sus elementos para que de
esta manera, como su propio nombre indica, se cree una red para que todos los
elementos se puedan intercomunicar.
Existen diferentes tipos de redes que usan diferentes topologías para su
interconexión. Los ejemplos de estas configuraciones se muestran en la ilustración
siguiente:
Figura 5.1.- Topologías de red
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Capítulo 5
En cuanto a la topología de la red de acceso, a la hora de interconectar los
diferentes elementos de la red, tanto BTS con las BSCs o los nodos B con las RNCs, o
incluso entre las propias estaciones bases y entre los elementos de la parte alta de la
jerarquía de la red, es posible considerar varias alternativas. Algunas de las
configuraciones más habituales y utilizadas en las redes celulares son las siguientes:
Figura 5.2.- Topologías redes celulares
Desde una óptica económica, resultan especialmente atractivas las topologías de
interconexión que favorecen la concentración de tráfico. Así, por ejemplo, la elección
de una configuración en cadena para interconectar varias BTS a una BSC o varios nodos
B a una RNC puede conducir a un ahorro considerable de recursos de transmisión.
Desde otra óptica, teniendo en cuenta la importancia de la disponibilidad, es
mucho más robusta una topología en anillo debido a que si uno de los elementos de red
o uno de los vanos falla, es posible la transmisión por el otro lado del anillo sin que la
disponibilidad de los elementos de red del anillo se vea afectada.
Por otro lado, si la configuración es en estrella o en cadena y uno de los
elementos falla, caerían todos los demás elementos que dependan de éste, mermando los
recursos de la red desplegada sin que los demás elementos presenten ningún fallo.
Hoy día, con la competencia que existe y la exigencia de los clientes, las
operadoras intentan obtener una disponibilidad alta para su red móvil ya sea mediante
topologías de red que ayuden a ello o mediante algún tipo de protección o redundancia.
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Capítulo 5
5.1.1.- Red propia: red fija / red móvil (microondas)
Los operadores móviles que poseen infraestructuras de red tienen sus redes de
acceso propias desplegadas. Mediante esta interconexión de toda su estructura de red, al
disponer de recursos propios, no dependen de ningún tercero para el transporte de
información de sus elementos, teniendo de esta forma una red móvil completa,
independiente y de uso exclusivo.
Además de las diferentes configuraciones en las topologías de la red de acceso,
ésta puede ser de distintos tipos ya que puede ser una red fija o una red móvil mediante
la transmisión por microondas.
Operadores que poseen infraestructuras desplegadas para tener toda, o gran parte
de su red, interconexionada mediante una red fija son los menos habituales puesto que
el coste económico es muy alto ya que existe la necesidad de realizar un despliegue de
cableado muy amplio y cablear físicamente todos los vanos que se pretendan enlazar.
No por ello no dejan de existir, puesto que estos operadores móviles, además de
ofrecer servicios de telefonía móvil, ofrecen a su vez otros servicios fijos, ya sea
telefonía, internet a alta velocidad, etc.
Uno de los ejemplos en el territorio español es la compañía de telefonía
Telefónica, que posee un gran despliegue de red cableada debido a que desde que
comenzó su andadura como compañía estatal y en su día en manos privadas, ofrecía
servicios de telefonía fija en prácticamente el 100% del territorio nacional mediante su
línea de cableado fijo.
Esta compañía, al poseer la filial de telefonía móvil Movistar, cuando despliega
su red mediante las estaciones base, interconexiona muchos de sus elementos mediante
su línea fija debido a que dispone de ella en prácticamente todas las zonas.
Otra opción de interconexión de elementos es mediante una red de transmisión
móvil, mediante microondas. Esta es la opción elegida por los operadores que no tienen
el despliegue de la red fija en muchos lugares.
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En el caso de una red de transmisión mediante microondas, es necesario
interconexionar los elementos de red mediante parábolas realizando un enlace punto a
punto. Como cabe esperar, al ser el medio de transmisión el aire, el enlace debe de tener
visibilidad entre los puntos a enlazar debido a que se trata de elementos de transmisión
y recepción muy directivos. A su vez hay que tener en cuenta las afecciones que puede
sufrir este enlace, ya sea a modo de atenuación o interferencia.
5.1.2.- Red alquilada
En este apartado no se pretende entrar en el amplio abanico del alquiler de redes
móviles, entendiendo por ello la proliferación de operadoras móviles virtuales, las
cuales no tienen desplegada una red sino que mediante un acuerdo comercial alquilan
los servicios de radio y transmisión a un operador que posee infraestructura de red
desplegada.
Nos referimos a los casos puntuales en los que un operador de red, que posee su
infraestructura de red desplegada, llega a la imposibilidad de interconectar algunos de
sus elementos a su red existente.
En estos casos, en los que por ejemplo no se pueda instalar un enlace mediante
microondas puesto que al ser un enlace punto a punto no exista visibilidad entre los dos
elementos a enlazar, los operadores móviles se ven obligados a alquilar un enlace.
Los casos más habituales, en los que una estación base no pueda interconectarse
con ningún elemento de su propia red de su entorno, se llega a la contratación de una
línea fija en los casos en los que el cableado de algún despliegue fijo lo permita.
Existen otro tipo de alquileres de la red de transmisión que consisten en alquilar
un enlace de otro operador debido a que mediante este enlace es posible enlazar el
nuevo emplazamiento con algún elemento de su propia red. Esta solución no se suele
dar muy a menudo, sino que lo que se hace es usar algún emplazamiento de otro
operador móvil o incluso de alguna otra infraestructura como repetidor entre los dos
elementos de red a enlazar llegando a un acuerdo de alquiler o coste económico por la
compartición de la infraestructura.
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5.2.- LoS: Líneas de Vista
Centrándonos en la creación de una red de transmisión mediante microondas,
comenzaremos a explicar el proceso para poder realizar esta interconexión, aplicando
esto a la finalidad de este proyecto, enlazando nuestra estación base a integrar con la red
móvil que existe a su alrededor y analizando el proceso del diseño del enlace de
microondas.
Comenzamos pues, por la primera premisa que debe cumplir un enlace punto a
punto mediante microondas, que es la visión directa entre los dos puntos a enlazar.
Figura 5.3.- Elementos de un radioenlace
Para la comprobación de la LoS (Line of Sight) o línea de vista existen
diversidad de programas los cuales poseen bases de datos topográficas que permiten
elaborar un supuesto perfil del terreno entre los dos elementos a enlazar pudiendo ser de
utilidad para descartar o considerar el enlace viable.
Los propios programas que las operadoras utilizan para diseñar los vanos,
permiten la elaboración de perfiles orientativos del terreno. Muy importante resaltar que
estos perfiles elaborados por los programas de diseño o programas topográficos, aun
siendo muy precisos, solo deben servir como orientación para considerar la posibilidad
de que el enlace pueda ser viable o no.
Por lo tanto es necesario corroborar la visibilidad insitu, es decir, es necesario un
trabajo de campo que asegure que existe línea de vista entre los dos elementos.
Los programas de diseño elaboran perfiles entre dos puntos previamente
insertados mediante sus coordenadas incluyendo una posible altura sobre el terreno
debido a la infraestructura donde se vaya a colocar el enlace.
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Figura 5.4.- Perfil elaborado por programa de diseño
Sobre este perfil y tal como se acaba de comentar, es necesaria la confirmación
de la línea de vista. Esta confirmación se realiza mediante un trabajo de campo que
consiste en acudir a ambos emplazamientos y asegurar la visión entre ellos.
La documentación a generar en este tipo de trabajo es bastante simple. Se
trataría de posicionar los dos emplazamientos mediante sus coordenadas e indicar a la
altura mínima a la que existe visibilidad directa en cada uno de los emplazamientos.
Esta documentación se completaría con fotos que corroboren estas declaraciones. Una
posible foto que asegura la visibilidad de un emplazamiento, realizada desde su remoto
puede ser la siguiente:
Figura 5.5.- Foto visibilidad
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5.3.- Diseño Vano MW
Una vez tengamos claro que el enlace tiene visibilidad, es necesario diseñarlo de
manera que definamos los elementos del radioenlace y sus características.
Será necesario definir elementos como los receptores y transmisores, las
parábolas a instalar, la frecuencia, canal y capacidad a utilizar y la configuración del
sistema. Todo ello se define influido por unos niveles de potencia y calidad que debe
cumplir el radioenlace.
5.3.1.- Programa diseño / datos de partida
Las operadoras de red usan un programa para el diseño de radioenlaces de su
red. Estos programas permiten realizar los cálculos de potencia y calidad de un
radioenlace según unos datos de partida y atendiendo a unas recomendaciones de la
ITU.
Existen muchos software para diseño de radioenlaces mediante los cuales
introduciendo unos datos de partida que definen la configuración del radioenlace, se
realizan los cálculos necesarios para obtener parámetros de calidad, disponibilidad e
interferencia y de esta manera discernir si esos parámetros están dentro de las
especificaciones que se pretenden obtener con el radioenlace a diseñar.
Ejemplos de programas de diseño de radioenlaces pueden ser ACPLINK o
IQlink. Este último, de la compañía Comsearch, filial de Allen Telecom, es uno de los
más usados por operadores de redes europeas.
IQlink, al igual que sus homólogos, es un software o herramienta de ingeniería
de asignación de espectro que soporta el diseño completo de redes de microondas fijas.
Esta herramienta permite predicciones de fiabilidad y análisis rápido y preciso de
interferencias que ha sido usado para poner en marcha más de 100.000 enlaces de
microondas en todo el mundo.
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Creado por y para ingenieros expertos en microondas, este software de
Comsearch incorpora la posibilidad de analizar efectos de exposición, acumulativos y
de campo con el objeto de localizar rápida y fácilmente canales libres de conflictos,
incluso en redes congestionadas con miles de pautas de microondas. Los algoritmos de
corte de pauta emplean las recomendaciones de la Unión Internacional de
Telecomunicaciones.
Visto que disponemos de herramientas potentes que nos facilitarán los cálculos
de diseño del radioenlace, es necesario comenzar por unos datos de partida que podrán
ser modificados por el ingeniero de transmisión para la adecuación del diseño del
radioenlace.
Los elementos de partida a los que nos debemos enfrentar son los siguientes:
•
Distancia vano
•
Características entorno vano
•
Parábola
•
Frecuencia
•
Configuración
Estos elementos son los que nos encontraremos para diseñar el radioenlace. De
entre ellos existen elementos ya definidos y fijos, es decir, no es posible modificarlos.
Estos son la distancia del vano y las características del entorno. Nuestro reto en este
punto es diseñar un radioenlace con unos valores de potencia, calidad, disponibilidad e
interferencia deseados y/o aceptables teniendo como premisas invariables los elementos
siguientes:
•
Distancia vano: se trata de la distancia fija entre los dos extremos del vano, entre
los dos elementos a enlazar mediante el radioenlace.
•
Características entorno vano: se trata de identificar y definir un entorno concreto
en la zona donde trabajará este radioenlace. Este radioenlace tendrá como medio
de transmisión el espacio abierto y este medio puede verse afectado por multitud
de características que hay que definir como por ejemplo factor de intensidad de
lluvia, factor geoclimático, perfil de la trayectoria…
Con todo esto tenemos, a grandes rasgos, tres márgenes de maniobra para que en
las condiciones y datos de partida dados realicemos un diseño de radioenlace con los
valores deseados. A continuación explicaremos cómo usar estos elementos para realizar
el diseño y cómo puede variar su elección dependiendo de los demás factores.
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5.3.2.- Parábolas a instalar
La elección de parábolas a instalar no tiene porqué ser el primer elemento a
definir en el diseño de un radienlace, es más, el orden de “asignación” de los diferentes
elementos varía según el método de diseño, los valores de contorno o la propia
interacción entre ellos puesto que una modificación en alguno de los factores hace que
sea necesario un ajuste o modificación en otro de ellos.
También es posible que, al ser un elemento físico, el tamaño o tipo de parábolas
se nos venga dado de antemano puesto que la infraestructura solo permita cierto tipo o
incluso por la propia exigencia de la propiedad del emplazamiento.
Los tamaños típicos de parábolas usadas para las distintas frecuencias de
radioenlaces son: 0.2m, 0.3m, 0.6m, 0.8m, 1.2m, 1.8m de diámetro.
El uso de un tamaño mayor de parábola mejora las características del
radioenlace al tener más potencia de transmisión/recepción por lo que a su vez es más
robusta frente a otros tamaños menores en calidad y disponibilidad a igualdad de
condiciones (frecuencia, distancia…). El problema de usar tamaños mayores de
parábola surge sobre todo en coste, peso y espacio en la infraestructura y uso ineficiente
del espectro de frecuencia asignado.
Por lo tanto, será necesario elegir el tamaño de parábola que más se ajuste
eficientemente al diseño del radioenlace intentando usar el tamaño menor para
disminuir en la medida de lo posible el coste, volumen y peso del enlace.
Estas parábolas se instalan en la infraestructura apropiada del site, donde exista
LoS, y además de la propia parábola se instala una unidad exterior u ODU (OutDoor
Unit). Esta unidad exterior puede instalarse de manera integrada en la propia parábola o
separada, uniendo ambas, parábola y ODU mediante una guía de ondas.
Figura 5.6.- Parábola con ODU integrada
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5.3.3.- Frecuencia elegida
La elección de la frecuencia en el diseño de un radioenlace suele ser uno de los
primeros elementos a definir. Hay que tener en cuenta que el espectro de frecuencias es
muy limitado por lo que hay que usarlo eficientemente. Además de esto y atendiendo a
la simple relación entre frecuencia y longitud de onda dada por la siguiente fórmula:
λ=
c
f
Podemos deducir que a menor frecuencia mayor longitud de onda y viceversa,
pudiendo asignar, en nuestro comienzo del diseño, de forma sencilla una frecuencia
mayor o menor dentro del rango de frecuencias dado.
Los equipos de transmisión de baja y media capacidad tienen unas bandas típicas
de frecuencia desde las bajas frecuencias (0.6, 1.5 y 2 GHz) para enlaces de larga y
media longitud y en altas frecuencias (13, 15, 18, 23, 27 GHz) para enlaces de
longitudes más cortas. Hay que tener presente que la utilización de bandas de RF bajas
(de 0.8 a 2 GHz) para los sistemas de telefonía móvil, que es nuestro caso, nos obliga a
trabajar en frecuencias para radioenlaces de microondas superiores a la banda de 7GHz.
La modulación que emplean estos equipos de baja o media capacidad es PSK y
QAM. Últimamente se están desarrollando equipos de alta capacidad mucho más
eficientes en el espectro de frecuencia en el que trabajan.
Un equipo llamado de baja capacidad funciona con un ingreso de señal digital de
hasta 8x2048 kb/s (8x2 Mb/s). Los canales de servicio de la banda-base en general son
reducidos, desde 32 a 2x64kb/s.
Debido al aumento del uso de la telefonía móvil y sobre todo a los nuevos
servicios de banda ancha ofertados por las diferentes operadoras, la propia red de
transmisión tiene que crecer o adaptarse al aumento de capacidad que esto le supone por
lo que los enlaces de baja capacidad raramente se utilizan.
Las capacidades de 2x2, 4x2 y 8x2 son muy poco usadas en la actualidad,
usándose cada vez capacidades más altas por la demanda de la propia red tales como
16x2, 32x2, 35x2, 46x2 y hasta 75x2 mediante enlaces PDH de alta capacidad.
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Los equipos que usan los operadores de telefonía móvil para la transmisión en
sus radioenlaces son muy variados y diferentes marcas comerciales tienen variedad de
modelos que van mejorando progresivamente. Marcas como Nokia, Siemens y Ericsson
con sus modelos Flexi, SRAL XD y TN están pujando por el mercado de este tipo de
equipos.
Como característica importante de estos equipos, al trabajar en alta frecuencia de
microondas, se estructuran en dos módulos:
•
IDU (InDoor Unit): Módulo interno que contiene las funciones de banda base y
frecuencia intermedia.
•
ODU (OutDoor Unit): Módulo extreno que dispone de las funciones de
radiofrecuencia y que va acoplado a la antena.
Figura 5.7.- IDU / ODU
Siguiendo con nuestra elección de frecuencia para nuestro diseño, hay que tener
en cuenta que con los rangos de frecuencia más utilizados (entre 13 GHz y 38 GHz)
podemos enlazar puntos entre 0 y unos 30 Km.
Como además cada operador móvil tiene asignado por el Ministerio unos rangos
dentro de esas bandas de frecuencia, hace que tengamos un número de canales
reducidos en las diferentes frecuencias teniendo distinto margen de maniobra en las
distintas bandas. Además de esto hay que tener en cuenta que a mayor capacidad
deseada del radioenlace, mayor ancho de banda usará por lo que éste será uno de los
puntos clave para asignar nuestra frecuencia nominal para el radioenlace.
Como norma general “no escrita” comenzaremos a usar la frecuencia mayor
posible con la que sea viable el radioenlace y a su vez con el tamaño de parábolas
menor posible. A modo de ejemplo ilustrativo, para un vano de capacidad media de
pocos kilómetros (no más de 4 Km) usaremos la frecuencia más alta, según los rangos
anteriormente descritos, por ejemplo a 38 GHz y con parábolas de 0,3m.
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De esta forma, con esta primera asignación de frecuencia mayor, nos estamos
asegurando de no ensuciar el espectro con rangos de frecuencia menores que tienen un
alcance mucho mayor y pueden interferirnos en otros enlaces más alejados o incluso en
futuros enlaces a diseñar.
Como segundo paso, y si tras el cálculo de potencia, calidad y disponibilidad no
cumplimos unos requerimientos mínimos, aumentaríamos tamaño de parábolas. Si con
este cambio tampoco es suficiente, nos veríamos obligados a usar otro rango de
frecuencias menor, por ejemplo a 26 GHz.
Como hemos podido comprobar, en la medida que vamos realizando nuestro
diseño hemos tenido que ajustar y/o modificar parámetros tales como frecuencia y
parábolas para cumplir unos requerimientos de potencia, calidad y disponibilidad que
nos calculará la herramienta de diseño por lo que el diseño de un radioenlace no es tan
trivial como podría parecer.
Aún mucho más complicado se nos presentará nuestro diseño puesto que todavía
no hemos hablado del efecto de las interferencias y que aunque todo lo anterior lo
tengamos perfectamente ajustado y cumpliendo los requisitos mínimos exigidos es
posible que dentro del rango de frecuencias elegido no exista un canal libre de
interferencias y sea necesario llevar a cabo alguna modificación de nuestro diseño o
incluso de alguno de los radioenlaces interferentes.
Estos radiocanales tienen un ancho de banda de 7 MHz, 14 MHz y 28 MHz para
unas capacidades ya comentadas desde 4x2 hasta 75x2 con equipos PDH.
Figura 5.8.- Potencia en dBm en función de la distancia-frecuencia para un radioenlace
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5.3.4.- Configuración
La elección de la configuración en el diseño de un radioenlace depende de
diferentes factores. Lo primero es elegir el equipo puesto que es posible que existan
modelos diferentes que sean similares para algunas características pero difieren en otras.
Por ejemplo, es posible que existan equipos con mayor potencia de transmisión y
recepción pero que a su vez tengan un comportamiento menos eficiente en ancho de
bando usado.
En este apartado se pretende ilustrar las diferentes configuraciones posibles de
un radioenlace, que se pueden resumir las más usadas en los siguientes apartados:
•
Radioenlace sin protección 1+0
•
Radioenlace con protección 1+1
o Equipos protegidos
•
Radioenlace sin diversidad
•
Radioenlace con diversidad
o Diversidad de Frecuencia
o Diversidad Espacial de Antenas
•
Otras configuraciones (doble polaridad, N+1…)
Radioenlaces con o sin protección
En primer lugar hay que indicar que la configuración por defecto y que más se
utiliza es una configuración sin protección 1+0. Se trata de una configuración básica
que consta de un equipo con una unidad interior y otra exterior con su parábola.
Existen casos en los que se pretende proteger un enlace por su importancia en la
red o por la indisponibilidad que provocaría un fallo de éste.
Por ejemplo, en el caso de una estructura en cadena, cada enlace se apoya en
otro que le precede por lo que si uno de los enlaces falla, todos los site de la cadena
caerán aunque sus enlaces estén correctos. Por lo tanto en estos casos se recomienda
proteger toda la cadena, a excepción del último salto.
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La configuración típica para protección es la configuración 1+1 Hot Standby. Se
trata de una configuración con un equipo 1+1 (similar a dos equipos en uno), dos cables
RF hasta dos ODUs y un Spliter que conectaría las dos ODUs a una misma parábola. De
esta manera en caso en el que una de las ODUs fallase, existiría otra ODUs como
protección para el enlace. De la misma manera si uno de los módulos del equipo
interior, IDU, fallase, conmutaría al otro módulo protegiendo así el radioenlace.
Figura 5.9.- Configuración 1+0 y 1+1
Existiría también la variante de protección con IDU 1+1, dos ODUs, sin Splinter
y con dos Parábolas. Este caso solo se aplicaría donde haga falta, además de la
protección, la diversidad de antena como veremos a continuación.
Radioenlaces con o sin diversidad
Las técnicas de diversidad se usan mayoritariamente para transmitir la misma
información por dos rutas radioeléctricas diferentes que se vean afectadas de forma
independiente por el desvanecimiento.
Con esta técnica se pretende aumentar la fiabilidad debido a la redundancia,
reducir el porcentaje del tiempo de un desvanecimiento dado y además mejorar la
calidad en la proporción de segundos con muchos errores, SESR (Severely Errored
Seconds Ratio).
Comentaremos dos tipos de diversidad, la diversidad en frecuencia y la
diversidad espacial de antenas.
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Capítulo 5
•
Diversidad de frecuencia: Se emplea una frecuencia más de forma que cuando
un desvanecimiento afecta a una frecuencia, no afecte a la otra. Este tipo de
diversidad no se utiliza en radioenlaces de comunicaciones móviles (telefonía
móvil) puesto que tiene un peor factor de disminución de la tasa de SES,
necesita dos portadoras de distinta frecuencia y aumenta la interferencia
generada, factores estos últimos que no nos podemos permitir debido a la
limitación del espectro de frecuencias que podemos usar.
•
Diversidad espacial de antenas: Se utiliza como alternativa a las técnicas de no
diversidad. Esta técnica disminuye considerablemente la tasa de SES, absorbe de
mejor forma variaciones del factor K y sobre todo que requiere una sola
portadora dentro del plan de frecuencias.
Además de esto, la técnica de diversidad espacial de antenas, genera una
directividad adicional combinada de antenas. Esta mejora se logra con el grado de
descorrelación de las señales que discurren por las ramas de diversidad del sistema.
Esta técnica corrige el desvanecimiento multitrayecto producido por la aparición
de varios caminos de propagación entre el transmisor y el receptor que produce
interferencias entre el rayo directo y el rayo reflejado en el terreno o en las capas
atmosféricas.
Figura 5.10.- Espaciado óptimo diversidad espacial de antenas
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Capítulo 5
5.3.5.- Criterios calidad y disponibilidad
La elección de una configuración y diseño de radioenlace debe cumplir unos
criterios dados de calidad y disponibilidad.
Entendemos por disponibilidad una pérdida de calidad durante un largo periodo
de tiempo y cuantifica la probabilidad de que el sistema se encuentre en condiciones de
funcionamiento en un momento dado.
La calidad (o fidelidad) se entiende como la pérdida en un momento pequeño y
concreto de la funcionalidad del sistema debido a microinterrupciones y degradaciones
ligeras y breves que producen errores en los bits transmitidos (sistemas digitales) y
afectan a la nitidez o claridad de la señal recibida. Se cuantifican las degradaciones
admisibles y los porcentajes de tiempo en que no pueden superarse.
Como dijimos anteriormente, el medio de transmisión es el aire, entre transmisor
y receptor. Esta región que rodea la trayectoria desde la antena transmisora a la
receptora y que contiene la mayor parte de la potencia que alcanza el receptor se
denomina primer elipsoide o primera zona de Fresnel. Cuando esta primera zona de
Fresnel queda completamente libre, la atenuación de la onda directa entre las dos
antenas es prácticamente idéntica a la de espacio libre.
Figura 5.11.- Primera zona de Fresnel
De cualquier manera las ondas radioeléctricas durante su propagación están
afectadas por diferentes elementos. Las influencias más significativas son:
•
Influencia del terreno.
•
Influencia de la atmósfera.
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Capítulo 5
Influencia del terreno:
•
Modelo de tierra plana: Hay que tener en cuenta que el terreno afecta
significativamente a la radiación entre dos puntos. Aunque en nuestro caso
estemos hablando de un enlace de microondas con un grado muy alto de
directividad, no toda la radiación viaja por el rayo directo. Existe un rayo
reflejado sobre el terreno, en un punto llamado especular, que llegará al receptor
con un cierto desfase (modelo de tierra plana).
•
Modelo de tierra curva y rugosidad: Diferente efecto tendrá el terreno aplicando
el modelo de tierra curva (esférica lisa) o casos con rugosidad del terreno media
o muy rugosa lo cual supondrá una reducción del coeficiente de reflexión de la
onda reflejada.
Influencia de la atmósfera:
•
Atenuación: debido a los gases atmosféricos, principalmente vapor de agua y
oxígeno y fenómenos atmosféricos (lluvia, nieve, niebla, granizo…) se produce
un exceso de atenuación (sobre todo en las frecuencias en las que nos movemos,
en torno a 10 GHz o superiores)
•
Modificación del camino recorrido: varía en índice de refracción según el tipo de
atmósfera, modificando la curvatura de los rayos. Por este motivo y para
prevenir estas variaciones con las condiciones más adversas, el radioenlace tiene
que tener LoS, que ya deberíamos haber asegurado según comentamos en los
apartados anteriores.
•
Creación de direcciones privilegiadas y fluctuaciones: este efecto se denomina
conductos. Permite un alcance mucho mayor de lo deseable, y por tanto
difícilmente controlable.
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Capítulo 5
5.3.5.1- Atenuación / Indisponibilidad por lluvia
Siendo fieles al alcance del proyecto y tal y como se ha ido realizando en los
diferentes apartados de los distintos capítulos, explicaremos cómo afecta la lluvia al
diseño del radioenlace, sin intención de entrar en la parte teórica o en el propio cálculo
tedioso de dichos datos pudiendo consultarse la formulación para ello en cualquier
publicación teórica o en distintos enlaces de la bibliografía de este proyecto.
Trataremos de explicar, cómo con el uso de la herramienta de diseño, se pueden
ajustar los diferentes factores que afectan al entorno para poder realizar un diseño
correcto tras el cálculo de parámetros de la propia herramienta.
Tras definir todos los elementos de los que hemos hablado en este capítulo
mediante los datos de los que partíamos pasamos al propio diseño del radoenlace. Estos
primeros datos de los que ya hemos hablado se introducen en la herramienta en las
diferentes aplicaciones que posee tal y como se observa en la figura:
Figura 5.12.- Datos de partida en herramienta de radioenlaces
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Capítulo 5
En la siguiente figura podemos observar las diferentes opciones que tendríamos
para ajustar nuestro diseño a nuestro entorno y calcular la calidad e indisponibilidad de
dicho diseño según unos objetivos deseados.
Figura 5.13.- Calculo calidad en herramienta de radioenlaces
Para decidir los criterios de atenuación por lluvia e indisponibilidad por lluvia se
usan las recomendaciones del IUT. (Rec UIT-R P.838, UIT-R P.530 para atenuación
por lluvia y Rec UIT-R F.1493 para objetivos de indisponibilidad).
Los criterios de indisponibilidad por lluvia para radioenlaces PDH y SDH suelen
ser inferiores al 0,005% para que se consideren buenos niveles.
Estos valores de indisponibilidad por lluvia cambiarán, a igualdad de equipos,
según la zona climática donde se encuentre nuestro vano. Existen zonas con más
probabilidad de lluvia que otras. Por lo tanto necesitamos conocer las estadísticas de
lluvia del sitio de interés (Rec UIT-R P.837). También depende de la frecuencia de
nuestro vano siendo un factor limitante de la longitud a enlazar por encima de unos
10GHz.
Además de la lluvia, existe una indisponibilidad propia de los equipos.
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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente
Capítulo 5
Figura 5.14.- Ejemplos zonas intensidad de lluvia
5.3.5.2- Desvanecimiento de los radioenlaces
Las diferentes fluctuaciones de señal que un radioenlace puede sufrir hacen que
la señal no alcance el receptor con un nivel de potencia constante.
Los tipos de desvanecimiento que normalmente se consideran son causados por
la precipitación, la propagación multitrayecto y la refracción (reflexión en el suelo y en
capas atmosféricas).
La probabilidad calculada para la presencia de los diferentes tipos de
desvanecimiento en un radioenlace de microondas dado se traslada a los factores de
calidad y disponibilidad dimensionados por los estándares de la UIT (Unión
Internacional de Telecomunicaciones).
El margen de desvanecimiento se trata del valor en dB para diferentes tasas de
error (BER: bit error rate) obtenido como la diferencia entre la potencia nominal de
recepción y la potencia umbral del receptor.
Tratamos como potencia umbral el valor de potencia recibida por el receptor que
asegura tasas de error BER menores a 10-3 y 10-6 (vemos que son las dos opciones que
disponemos en la herramienta para tasas de BER)
Sin tener en cuenta interferencias, el margen de desvanecimiento se calcula con
la siguiente expresión:
M = PR − PU
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Capítulo 5
5.3.5.3- Objetivo SESR. Calidad y Fiabilidad
Para el cálculo de los objetivos de calidad (fiabilidad) y disponibilidad, la
herramienta realiza los cálculos según recomendaciones de la UIT. Tanto la UIT-T
(Unión Internacional de Telecomunicaciones, sección sistemas de telecomunicación) o
la UIT-R (Unión Internacional de Telecomunicaciones, sección radiocomunicaciones)
han determinado la metodología de cálculo de dichas entidades.
En la Recomendación UIT-T G.801 se determina la Conexión Hipotética de
Referencia (CHR) o Hypothetical Reference Conection (HRX), en dicha recomendación
se determina una conexión ficticia de longitud 27500 Km.
Figura 5.15.- Conexión Hipotética de Referencia (CHR)
La recomendación G.821 de la UIT, se aplica a conexiones digitales con una tasa
de transmisión de 64 Kbps pero en algunas ocasiones se usa para tasas de transmisión
mayores.
Esta recomendación define los siguiente términos de calidad:
•
EFS (Error Free Second): Segundos libres de errores (BER=0).
•
ES (Errored Second): Segundos erróneos. Se define como un segundo que tiene
uno o más errores de bit (BER≠0). Se define la tasa como ESR (ES Rate).
•
SES (Severely Errored Second): Segundos severamente erróneos. Se define
como un período de segundos en el cual el BER>10-3. Se define la tasa como
SESR (SES Rate).
Para nuestro caso, un radioenlace de microondas, se deben cumplir unos objetivos
para asegurar una SES<30segundos/peor mes extremo a extremo.
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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente
Capítulo 5
5.3.6.- Criterios de Interferencias
Denominamos interferencia a cualquier señal no deseada en la entrada del
receptor.
Aunque se diseñen radioenlaces con un determinado grado de inmunidad (según
los criterios a seguir) a la interferencia en condiciones ideales de cielo despejado puede
que algunos fenómenos de propagación puedan degradar dichos márgenes de seguridad,
por lo tanto es muy importante mantener un margen óptimo para evitar problemas en
condiciones adversas.
Nuestra herramienta de diseño de radioenlaces calculará la interferencia del
enlace que hemos diseñado para los diferentes canales dentro de la frecuencia elegida y
además calculará el efecto que nuestro enlace causará a otros radioenlaces para que,
aunque nuestro diseño esté libre de interferencias, no podemos incurrir en introducir
interferencias que exceden los límites de los criterios exigidos a otros radioenlaces
existentes.
Los tipos de interferencias que nos podemos encontrar son:
•
Interferencia del canal adyacente (ACI: Adjacent Channel Interference): debida
a la estrecha separación entre canales. Se produce en la zona de intersección de
los filtros al no ser de caída brusca.
•
Interferencia cocanal (CCI: CoChannel Interference): debida a la reutilización de
frecuencias y también al uso de polaridad cruzada sin margen suficiente. Se
produce por una mala planificación de la ruta de radioenlaces al no tenerse en
cuenta otras rutas interferentes cercanas.
El cálculo de interferencias se evalúa mediante la relación de potencias de señal
deseada y señal interferente, C/I (dB), se aplica la ecuación de balance al trayecto de la
señal interferente teniendo en cuenta:
•
El efecto de los filtros cuando la interferencia no es cocanal.
•
Discriminación angular de las antenas para el trayecto interferente, es decir, las
pérdidas adicionales de ganancia de la antena para el rayo interferente.
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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente
Capítulo 5
En nuestro caso, nuestro programa de diseño, realizará los cálculos necesarios
para identificar los niveles de interferencia que nos afectarán.
Lo más recomendable es que la degradación sufrida por nuestro enlace debida a
interferencias cocanales y de canales adyacentes no sea superior a 1dB del umbral de
BER 10-6. Nuestra herramienta posee una precarga de C/I objetivo proporcionado por
los suministradores, asegurando una degradación máxima de 1 dB para el umbral
comentado. Se mostrarán como canales interferentes o enlaces interferidos todos
aquellos en los que el cálculo de interferencias realizado, C/I calculado, no supere un
margen asignado con respecto al C/I objetivo.
A continuación observamos una figura de la herramienta tras el cálculo de
niveles de interferencia.
Figura 5.16.- Calculo interferencias en herramienta de radioenlaces
Asignaremos un canal, dentro del rango de frecuencias elegido, que cumpla con
los criterios comentados, es decir, que no supere unos niveles de degradación debido a
interferencias y que no haga superar esos mismos niveles de degradación a los demás
radioenlaces interferidos.
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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente
Capítulo 5
5.4.- Documentación asociada
Una vez que hayamos realizado el diseño del radioenlace completamente usando
la herramienta para ello, tendremos ya claro todas las características del enlace. Estos
elementos que hemos usado para el diseño de nuestro radioenlace, junto con la
frecuencia y canal elegidos que cumplen los requisitos deseados, es necesario
documentarlo para que quede constancia de la configuración que se pretende instalar.
Tras todo el proceso explicado durante este capítulo, la documentación definitiva
consta mayoritariamente de un documento en el que se reflejan los datos de
configuración del enlace de microondas diseñado.
Siendo fieles al alcance del proyecto, en el que estamos ilustrando cada uno de
los pasos poniendo ejemplos de las diferentes fases de los procesos, anexaremos a
continuación un ejemplo de documentación definitiva para el caso del enlace de
microondas.
•
Documentación de configuración del enlace de microondas:
En este documento se recogen los elementos que se instalan en la configuración
elegida para el radioenlace. Se deben rellenar tanto campos elementales de ubicación,
situación y nomenclatura de los emplazamientos remotos como campos que hacen
referencia al tipo de infraestructura, alturas, tipos de antenas instaladas, etc. Además de
no olvidar indicar la capacidad, frecuencia y canal elegidos para que los técnicos
configuren dicho radioenlace.
Por lo tanto este documento de archivo, que reflejará en todo momento lo que en
el radioenlace existe, debe estar actualizado con campos como los siguientes:
o
o
o
o
o
o
o
o
Nombre, dirección y coordenadas de los emplazamientos remotos.
Fecha y/o versión del documento.
Capacidad, frecuencia y canal elegido.
Número, modelo, orientaciones y características de las parábolas.
Altura parábolas e infraestructura.
Potencia del equipo, ganancia y potencia recibida.
Suministrador y modelo del equipo, tanto IDU como ODU.
Comentarios y otros elementos relevantes.
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Integración de una Estación Base en una Red Móvil Existente
Capítulo 5
Figura 5.17.- Documentación enlace MW
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