6.6 Calculos de radioenlaces

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Apuntes de clases. Calcular el claro que requiere una trayectoria de microondas y la potencia en el receptor para diversas configuraciones de transmisor, antena y terreno.

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6.6 Calculos de radioenlaces

  1. 1. Calcular el claro que requiere una trayectoria demicroondas y la potencia en el receptor para diversasconfiguraciones de transmisor, antena y terreno.RADIOENLACES PORMICROONDAS – CÁLCULOSDE TRAYECTORIA1www.coimbraweb.comContenidoObjetivoEdison Coimbra G.ANTENAS Y PROPAGACIÓN DE ONDASTema 6 de:Última modificación:8 de mayo de 20132.- Propagación de la onda de radio.3.- Línea de vista.4.- Zona de Fresnel.1.- Esquema de un radioenlace.5.- Pérdida en el espacio libre.6.- Multitrayectoria.Apuntes de clases
  2. 2. 1.- Esquema de un radioenlace2www.coimbraweb.comLa transmisión por ondas de radioLas 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, seutiliza la transmisión por ondas de radio → radioenlace. (APC, 2007)Esquema básico de un radioenlace (Kraus & Fleisch, 2000)Es una interconexión entre terminales fijos omóviles efectuada por ondas de radio.
  3. 3. Tipos de radioenlaces3www.coimbraweb.comExisten dos tiposTerrestreTodos losterminales estánen Tierra.SatelitalUno de losterminales está enun satélite.SatelitalGeneralmente los radioenlaces seexplotan entre 2 y 50 GHz, por eso sellaman radioenlaces por microondas.El satélite es un repetidoremplazado en el espacio.Radioenlaces pormicroondasEn estas frecuencias, es posible obtenerradiaciones 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.
  4. 4. Radioenlace terrestre4www.coimbraweb.comEn frecuenciasde microondasEl RadioMobile es un software para simulación de radioenlaces.TerrestreTodos losterminales estánen Tierra. Para construir un enlace, se debe calcularcuánta potencia se necesita para cruzar unadistancia dada, y predecir cómo van a viajarlas ondas a lo largo del camino.El perfil de trayecto entre el transmisor y receptor sepuede simular mediante el software RadioMobile queusa modelos digitales de la elevación del terreno (mapasdigitales).Por lo general, el trayecto que sigue una ondade radio se encuentra lleno de obstáculos,como montañas, árboles y edificios, ademásde estar afectado por la curvatura de la Tierra.Simulación con RadioMobile (RadioMobile)
  5. 5. 2.- Propagación de la onda de radio5www.coimbraweb.com¿Qué establecen las Ecuaciones de Maxwell?Que un campo eléctrico E, variable en el tiempo,produce un campo magnético H, tambiénvariable en el tiempo y, en forma recíproca, un H,produce un E. Este proceso cíclico genera unaonda electromagnética (onda de radio) que sepropaga en el espacio libre a la velocidad de laluz.¿Cómo se expande la energía radiada?TEM (Transverse Electro-Magnetic Wave).La energía que radia una antena se expande en forma de onda esférica, pero para un observadordistante, el frente de onda de la onda esférica parece ser casi plano.Una de las propiedades quecaracteriza a la onda plana esque los campos son modoTEM, es decir que el campo E,el H y la dirección depropagación sonperpendiculares entre sí.(Kraus & Fleisch, 2000)(Kraus & Fleisch, 2000)
  6. 6. Mecanismo de propagación de la onda6www.coimbraweb.comPrincipio de HuygensUn frente de onda no perturbado viaja como una sola pieza.Un principio importante para entender la propagación de la onda de radio en el espacio libre es elPrincipio de Huygens.Cuando una onda se propaga, aparecen unos puntos que tomanparte en el movimiento. La superficie que los contiene es un frente deonda.El Principio de Huygens establece que todo punto de un frente deonda actúa como foco secundario de ondas esféricas.La superposición de las ondas esféricas producidas por los focossecundarios conforman un nuevo frente de onda.El nuevo frente de onda es la superficie que contiene a nuevosfocos secundarios, y así sucesivamente.
  7. 7. Propiedades ópticas de la onda de radio7www.coimbraweb.com¿Qué sucede con la onda cuando viaja?La onda cuando viaja está sometida a una serie de efectos.1 Absorción. Transfiere energía al medio cuandoviaja.2 Reflexión. Se refleja en metales, superficie delagua y desde el suelo; con el mismo ángulo conel que impacta la superficie.3 Refracción. Se desvía de su trayectoria cuandopasa de un medio a otro de diferente densidad;cambiando de velocidad.4 Difracción. Al incidir en un objeto se esparcetodas direcciones, rellenando la zona de sombra openetrando por un agujero.5 Interferencia. Al interferirse con otra onda de lamisma frecuencia, se amplifica o seanula, dependiendo de la relación de fase oposición relativa entre ellas.La onda de radio es idéntica a la de luz, excepto por la frecuencia, y se comporta de forma similaren cuanto a sus propiedades. Su menor frecuencia se asocia con una longitud de onda más larga,y esto repercute en situaciones prácticas (Blake, 2004).Propiedades ópticas básicas de una onda de radio
  8. 8. Propiedades ópticas de la onda de radio8www.coimbraweb.com1.- AbsorciónUn cambio en el clima puede hacer caer un radioenlace.SatelitalMetal. Los electrones se mueven libremente en el metal, yson capaces de oscilar y por tanto absorber la energía de unaonda que lo atraviesa.Transfiere energía al medio cuando viaja. Para las microondas, el metal y el agua son absorbentesperfectos; son a las microondas lo que una pared de ladrillo es a la luz.Agua. Las microondas provocan que las moléculas deagua se agiten y capturen energía de la onda. La mayorabsorción la produce el vapor de agua en 22 GHz.La lluvia y la niebla causan, además, que la onda se disperselo que resulta en atenuación.(APC, 2007)Rocas, ladrillos, concreto, árboles ymadera. El nivel de absorción dependede cuánta agua contienen. La maderaseca es transparente. Según laexperiencia, los árboles causan de 10 a20 dB de pérdida por cada uno que estéen el camino directo de la onda; lasparedes causan de 10 a 15 dB.Plásticos. No absorben energía de radio, aunque dependede la frecuencia y la constitución del plástico.El cuerpo de los humanos y de animales. Compuestomayormente de agua; en consecuencia es un absorbenteprominente.Otros materiales tienen un efecto más complejo
  9. 9. Propiedades ópticas de la onda de radio9www.coimbraweb.com2.- Reflexión – como un saltoLa reflexión se utiliza en las antenas parabólicas.SatelitalLa reflexión invierte la polaridad, lo cual equivale aun desfase de 180º o al cambio de dirección delcampo eléctrico E del frente de onda.Las superficies reflectoras no siempre son uniformes.Las ondas, a menudo, se reflejan desde el suelo,produciendo una reflexión difusa, es decir, la ondareflejada se dispersa.Se refleja en metales, superficie del agua y desde el suelo; con el mismo ángulo con el que impactala superficie. Para la onda de radio, una rejilla metálica con separaciones más pequeñas que lalongitud de onda, actúa como una placa de metal.Reflexión difusaEn ambientes internos o en exteriores, abundan objetos demetal de formas variadas y complicadas que producen elefecto multitrayectoria: la onda llega al receptor pordiferentes caminos y, por consiguiente, en tiemposdiferentes causando el desvanecimiento parcial en laseñal recibida.Multitrayectoria(Frenzel, 2003)(Blake, 2004)
  10. 10. Propiedades ópticas de la onda de radio10www.coimbraweb.com3.- Refracción – como un doblamientoLos cambios en las condiciones atmosféricas tambiénproducen cambios en la velocidad de la onda.Se desvía de su trayectoria cuando pasa de un medio a otro de diferente densidad (índice derefracción); cambiando de velocidad.Se presenta en noches despejadas. Elsuelo se enfría por radiación y enfría alaire en contacto con él, que se vuelvemás frío y pesado que el que está en lacapa inmediatamente superior.La onda se refracta en la atmósferaLa densidad del aire disminuye con la altura, debido a la reducción de presión, temperatura yhumedad al incrementarse la altura.Fenómeno de la inversión térmicaEstas diferentes densidades de las capas de la atmosfera ocasionan que la onda aumente suvelocidad con la altura y se refracte, se «doble» hacia la Tierra.El resultado es que la energía transmitida, por ejemplo por un radar, se extiende a una distanciamayor que su rango normal.(Blake, 2004)
  11. 11. Propiedades ópticas de la onda de radio11www.coimbraweb.com4.- Difracción – como esparcimientoSe aprovecha el efecto de la difracción para rodear obstáculos.Al incidir en un objeto se esparce en todasdirecciones, rellenando la zona de sombra openetrando por un agujero.Depende de la longitud de onda¿Y la potencia?La difracción es mayor cuando el objeto tiene unborde afilado, es decir sus dimensiones sonpequeñas comparadas con la longitud de onda, ocuando el tamaño del agujero es parecido a lalongitud de onda.La potencia de la onda difractada essignificativamente menor que la del frente onda quela produce.El efecto se describe suponiendo que cada punto enun frente de onda actúa como un foco secundariode ondas esféricas.(Blake, 2004)
  12. 12. Propiedades ópticas de la onda de radio12www.coimbraweb.com5.- Interferencia – como una colisiónLas técnicas de modulación ayudan a manejar la interferencia.Para que ocurra la máximaamplificación o anulacióncompleta, las ondas debentener exactamente lamisma longitud de onda yenergía, y una relación defase específica yconstante.Tiene un significado más amplio, como la perturbación debido a otras emisiones de radio frecuencia,por ejemplo canales adyacentes.Al interferirse con otra onda de la misma frecuencia, se amplifica o se anula, dependiendo dela relación de fase o posición relativa entre ellas.El caso más común es que las ondas se combinen y generen una nueva onda que no pueda serutilizada para la comunicación.La interferencia entecnología inalámbrica(APC, 2007)
  13. 13. Conceptos en la propagación de ondas13www.coimbraweb.comPara planificar enlaces punto a punto1Pérdida en el espacio libre. La onda«pierde potencia» porque se esparce sobreuna mayor región en el espacio a medida que sealeja de la antena transmisora.2 Zona de Fresnel. Un radioenlace necesitauna línea de vista y un poco de espacioalrededor definido por la primera zona deFresnel, libre de obstáculos.34 Multitrayectoria. Un radioenlace se planificacon una línea de vista libre de obstáculos; sinembargo, se reciben múltiples copias de la onda.Un radioenlace terrestre debe disponer de la potencia necesaria para cruzar una distancia dada ytener condiciones de visibilidad directa, habida cuenta de la curvatura de la Tierra.Existen 4 conceptos relevantes enfrecuencias de microondasLa onda de radio se propaga por el espacio libre en línea recta.Línea de vista. La onda se propaga en línearecta de la antena transmisora a la receptora.
  14. 14. 3.- Línea de vista14www.coimbraweb.com¿Qué tipo de propagación utiliza un radioenlace por microondas?Utiliza la propagación por línea de vista, porque en estas frecuencias la onda se propaga en línearecta de la antena transmisora a la receptora.También se llama troposférica, porque utiliza la tropósfera.La distancia de comunicación porlínea de vista está limitada por lacurvatura de la Tierra.Con base a la geometría de la Tierra yla altura en que está la antenatransmisora.Al horizonte óptico:En la práctica, la distancia va más allá del horizonte óptico debido a que la refracción en laatmósfera, originada por diferencias de densidades, tiende a curvar la onda hacia Tierra. Este efectoposibilita que llegue una distancia ≈ 1/3 veces mayor, al horizonte de radio.r1 = distancia del transmisor al horizonte. En km.h1 = altura en que está la antena transmisora. En m.r1 = distancia del transmisor al horizonte. En km.h1 = altura en que está la antena transmisora. En m.K 4/3, factor de corrección.Al horizonte de radio:¿Cómo se calcula la distancia?(Stallings, 2007)
  15. 15. Cálculo de la distancia de una linea de vista15www.coimbraweb.comSe incluye en el cálculo la altura en que está la antena receptoraA veces la distancia se amplia por difracción, sihay obstáculos afilados en el trayecto.Entonces, se obtiene un valor aproximado para la distancia máxima entre antena transmisora yreceptora, sobre un terreno razonablemente plano.r = distancia máxima entre antenas. En km.h1 = altura en que está la antena transmisora. En m.h2 = altura en que está la antena receptora. En m.Ejemplo 1 Compañía de taxisUna compañía de taxis, para comunicarse con sus taxis, ha instalado, en su oficina central, una antena enla parte superior de una torre de 15 m de altura. Las antenas de los taxis están sobre sus techos, más omenos a 1,5 m del suelo. Calcule la distancia de comunicación máxima: a) entre la central y un taxi y b)entre dos taxis.Respuesta.- a) r = 21 km.b) r = 10 km.(Blake, 2004)Ejemplos para frecuencias que requieren línea de vista
  16. 16. Distancia de una línea de vista- Ejemplos16www.coimbraweb.comA veces la distancia se amplia por difracción, sihay obstáculos afilados en el trayecto.Estación de radio FMRespuesta.- a) r = 34,2 km.b) r = 43,4 km.(Blake, 2004)Una estación de radiodifusión FM tiene una antena transmisora puesta a 50 m sobre el nivel del terrenopromedio. ¿Qué tan lejos se puede recibir la señal: a) por un radio de automóvil con una antena a 1,5 m delsuelo?, b) por una antena de techo puesta a 12 m sobre el nivel del suelo?Calcule la altura a la cual debe estar la antena deuna estación de TV abierta para que sucobertura sea de 50 Km a la redonda.Estación de TVRespuesta.- h2 = 118,9 m (la antena de lostelevisores se encuentran a 1,5m del suelo).Enlace de microondasRespuesta.- h1 = 47 m.Suponga que se encuentra con un enlace de microondas cuya antena transmisora está a 100 m de alturay la receptora al nivel del suelo, es decir a 0 m. Calcule la altura a la que debe estar la antena transmisorasi la receptora se eleva a 10 m sobre el nivel del suelo, para alcanzar la misma distancia.(Stallings, 2007)Para frecuencias que requieren línea de vistaEjemplo 2Ejemplo 3Ejemplo 4
  17. 17. 4.- Zona de Fresnel17www.coimbraweb.comNo es suficiente tener una línea de vistaUn radioenlace necesita una línea de vista y un «poco de espacio alrededor», definido por laprimera zona de Fresnel, libre de obstáculos. Esta aseveración se fundamenta en que:La antena es el foco primario de un frente de onda que se expande.Huygens establece que cada punto del frente de onda genera una onda esférica.Las ondas de una misma frecuencia pueden interferirse.En un radioenlace no basta la línea de vista.Si la distancia entre la trayectoria directa y el objeto que difracta la onda se incrementa, laintensidad de la onda difractada disminuye y la interferencia se vuelve menos pronunciada.Las ondas directa y difractada se suman en el receptor, pero debido a la diferencia en la longitud detrayectoria de ambas, la interferencia puede ser:Constructiva, si ambas ondas están en fase.Destructiva, si están fuera de fase, es decir podrían cancelarse entre sí hasta cierto grado,produciendo el desvanecimiento de la señal.Si el frente de onda en expansión incide enuna montaña, un árbol o un edificio, ocurrela difracción, es decir, el punto incidenteactúa como si fuera una segunda fuente deesa onda, generando una onda difractada.¿Cómo afecta la obstrucción parcial?(APC, 2007)
  18. 18. Análisis de las interferencias18www.coimbraweb.comEl concepto de las zonas de FresnelLa primera zona de Fresnel debe estar libre de obstáculos.Para analizar las interferencias debidas aobstrucciones, se utiliza el concepto de las zonasde Fresnel, que es una familia de elipsoides confocos en las antenas.Una onda que se refleja en la superficie delelipsoide, recorre una distancia mayor enmúltiplos de λ/2 y se desfasa en múltiplos de180º. El valor del múltiplo determina laprimera, segunda, etc., zona de Fresnel.Existen muchas zonas de Fresnel, pero la queinteresa es la primera zona, porque contiene el50% de la potencia de la onda.Primera zona de FresnelSi la primera zona de Fresnel se encuentra librede obstáculos, el nivel de recepción seráequivalente al obtenido en el espacio libre.
  19. 19. Primera zona de Fresnel - Cálculos19www.coimbraweb.comCuando no está totalmente libreLa teoría de Fresnel examina a la línea desde A hasta B y su contorno.El radio F1 en cualquier punto del elipsoide dela primera zona de Fresnel se calcula con lasiguiente fórmula:En la práctica, para que el nivel de recepciónsea equivalente al obtenido en el espaciolibre, es suficiente tener libre al menos el 60%de la primera zona de Fresnel a lo largo detodo el trayecto.Cálculo del radio del elipsoideF1 = radio de la primera zona de Fresnel. En m.r1, r2 = distancia de la antena al obstáculo. En km.r = distancia entre antenas. En km.f = frecuencia de operación del sistema. En GHz.Interferencia por difracciónRespuesta.- 0.6F1 = 11,62 m.(Blake, 2004)Un radioenlace por línea de vista que opera a una frecuencia de 6 GHz tiene una separación de 40 kmentre antenas. Un obstáculo en la trayectoria se sitúa a 10 km de la antena transmisora. Calcule el claroque debe existir entre la trayectoria directa y el obstáculo.Ejemplo 5
  20. 20. Primera zona de Fresnel - Ejemplos20www.coimbraweb.comPara que el nivel de recepción sea equivalenteal obtenido en el espacio libre.Obstrucción por el tráfico vehicularRespuesta.- h = 4,2 m.(Twibrights Labs)Respuesta.-Respuesta.- h = 6,41 m.Debe quedar libre al menos el 60%En la figura se observa un enlace de WLAN de 2,4GHz. Calcule la altura máxima que puede tener elcamión para que no afecte al enlace. El camión seencuentra a la mitad de la trayectoria.Obstrucción por el sueloEn la figura se observa un enlace de WLAN de 2,4GHz. Determine si su funcionamiento es eladecuado.No, porque las antenasdeben estar a 5.8 m.Obstrucción por un árbolEn la figura se observa un enlace de WLAN de 2,4GHz. Calcule la altura máxima que puede tener elárbol para que no afecte al enlace. El árbol seencuentran a 400 m de la antena más cercana.Ejemplo 5Ejemplo 6Ejemplo 7
  21. 21. Primera zona de Fresnel - Ejemplos21www.coimbraweb.comUtilizando el software RadioMobileRadioMobile se usa para el diseño y simulación de radioenlaces.RadioMobile construye automáticamente un perfil entre dos puntos en el mapa digital, mostrandoel área de cobertura y la primera zona de Fresnel, la cual debe ser un claro de, al menos, 0.6F1entre la línea de vista y el obstáculo, a lo largo de todo el trayecto.El peor FresnelRealice la simulación de un enlace WLAN de2,4 GHz entre las ciudades de Santa Cruz yPailón, y determine el «Peor Fresnel» encaso que las antenas estén puestas en torresde 23 m de altura.Respuesta.- 0.7 F1. Ver figura.Ejemplo 8
  22. 22. 4.- Pérdida en el espacio libre22www.coimbraweb.com¿Porqué la onda pierde potencia en el espacio libre?Porque se esparce sobre una mayor región en el espacio a medida que se aleja de la antenatransmisora. Esta forma de atenuación se conoce como pérdida en el espacio libre.El espacio libre no absorbe energía.El radiador isotrópicoSería inútil hablar de antenas si no se tiene algo con qué compararlas. Por eso se creó el radiadorisotrópico, una antena imaginaria omnidireccional que radia potencia en forma de esferaperfectamente uniforme, con la misma intensidad en todas direcciones.Si se dibujara una esfera concéntrica al radiador, toda la energía radiadapasaría por la superficie de la esfera. En consecuencia, la densidad depotencia sería la potencia radiada o transmitida entre el área de lasuperficie de la esfera.¿Qué densidad de potencia produce el radiador?Densidad de potenciaRespuesta.-Se suministra 100 W de potencia a un radiador isotrópico. Calculela densidad de potencia a un punto distante 10 km.Si = 79,6 nW/m2. En términos de radio,es una señal bastante fuerte.(Blake, 2004)Si= densidad de potencia isotrópica, en W/m2.PT = potencia radiada o transmitida, en W.r = distancia radial desde el radiador, en m.(Suponiendo un radiador isotrópico)Ejemplo 9
  23. 23. Ganancia de la antena transmisora23www.coimbraweb.com¿Cómo se interpreta la ganancia de una antena?Una antena se diseña de modo que radie más potencia en una dirección que en otras. Se dice quetiene ganancia en la dirección de máxima radiación, cuando se compara con un radiador isotrópico.Antena omnidireccional – El dipolo estándarSu radiación es omnidireccional;tiene una forma similar a un“donut” sin agujero, donde laspuntas de los brazos son puntos“sordos” hacia donde no radia. Sela usa también como punto decomparación.Antena directivaTiene un patrón de radiaciónsimilar al cono de luz de unproyector. Ejemplos deantenas directivas son laYagi, la bocina cónica, etc.No se trata de una ganancia en el sentido que tiene la amplificación.
  24. 24. Cálculo de la ganancia de la antena transmisora24www.coimbraweb.comEl dipolo estándar radia 1, 64 veces con mayor intensidad en la dirección demáxima radiación que un radiador isotrópico, por tanto su ganancia es 10 log1,64= 2,15 dBi.Como la razón entre la densidad de potencia en la dirección de máxima radiación y la que radiaríaun radiador isotrópico con la misma potencia radiada o transmitida.¿Cómo se calcula?Ganancia del dipolo estándar: 10 log 1,64 = 2,15 dBiGT = ganancia de la antena transmisora.S = densidad de potencia en la dirección de máxima radiación, en W/m2.Si = densidad de potencia isotrópica, en W/m2.PT = potencias radiada o transmitida, en W.r = distancia radial desde la antena transmisora, en m.Ganancia del dipolo estándarDensidad de potencia del dipoloRespuesta.-Se suministra 100 W de potencia a un dipolo estándar. Calcule la densidad depotencia a un punto distante 10 km en la dirección de máxima radiación. S = 130,5 nW/m2.Densidad de potencia de la antena YagiRespuesta.-Se suministra 100 W de potencia a una antena Yagi de 12 dBi. Calcule ladensidad de potencia a un punto distante 10 km en la dirección demáxima radiación.S = 1,26 W/m2.Ejemplo 10Ejemplo 11(Blake, 2004)
  25. 25. Ganancia de la antena receptora25www.coimbraweb.comLa antena receptora absorbe parte de la potencia que pasa por ella.Por tanto, es razonable pensar que:Absorbe más potencia si es más grande, porquecubre un área más grande.Es más eficiente para absorber potencia desdeuna dirección que desde otra.La ganancia es la misma si la antena se utiliza pararecibir o transmitir (principio de reciprocidad).Con base a la teoríaelectromagnética, se demuestra queel área equivalente depende de laganancia de la antena y de lalongitud de ondaQuiere decir que la antena receptora tiene ganancia, yla potencia que absorbe depende de su tamaño físicoy de su ganancia.Es el área de la cual extrae la potencia del frente de onda para entregarla al receptor.Área equivalente de absorción de la antenaAeq = área equivalente de absorción, en m2.PR = potencia absorbida o recibida, en W.S = densidad de potencia en la dirección de máxima radiación, en W/m2.Aeq = área equivalente de absorción, en m2.λ = longitud de onda de la onda, en m.GR = ganancia de la antena receptora.(Blake, 2004)
  26. 26. Ecuación de Transmisión de Friis26www.coimbraweb.comLas antenas crean un efecto de amplificación quecompensan parte de las pérdidas.Satelital¿Qué establece?Establece la pérdida en el espacio libre, es decir, la razón entre la potencia recibida y la potenciatransmitida. La ecuación se obtiene al combinar las ecuaciones de las ganancias de las dosantenas.PR = potencia recibida, en W.PT = potencia transmitida, en W.GT = ganancia de la antena transmisora.GR = ganancia de la antena receptora.λ = longitud de onda de la onda, en m.r = distancia radial entre antenas, en m.Es común expresarla en términos de pérdidas en elespacio libre (Lfs) en dB con el signo cambiado.Ecuación práctica pérdida en el espacio librePotencia entregada al receptorRespuesta.-Un transmisor y un receptor que operan a 6 GHz están separados por 40 km. Calcule la potencia (en dBm)que se entrega al receptor si el transmisor tiene una potencia de salida de 2 W, la antena transmisora tieneuna ganancia de 20 dBi y la receptora de 25 dBi.PR = -62 dBm.Ejemplo 12 (Blake, 2004)
  27. 27. Cálculo del presupuesto de potencia27www.coimbraweb.comSatelital¿Qué es? Es el proceso mediante el cual se evalúa si el enlace es viable, y para ello se debencalcular las pérdidas en el trayecto y conocer las características delequipamiento y de las antenas. (APC, 2007)Característicasdel equipamiento.Sensibilidad del receptor. La especifica el fabricante delreceptor. Es el nivel mínimo de potencia que debe recibir parauna determinada calidad. Generalmente en el rango de -75 a -95 dBm.Potencia de Transmisión. La especifica el fabricante deltransmisor. Generalmente, más de 30 mW.Pérdida en el espacio libre. La ondapierde potencia porque se esparce en elespacio. La pérdida aumenta con ladistancia y la frecuencia, pero disminuyecon la ganancia de las antenas.Pérdida en la línea o guía. Parte depotencia se pierde en la línea detransmisión. La pérdida para un coaxialcorto con conectores es de 2 a 3 dB.Pérdidas enel trayecto.Pérdida por el medio ambiente. Laonda pierde potencia por absorción,cuando pasa a través de árboles, paredes,ventanas, pisos de edificios, y pordispersión y desvanecimiento debido a lamultitrayectoria y a situaciones climáticas.La experiencia demuestra que un margende tolerancia de 20 dB para contrarrestaresta pérdida es lo apropiado.Se puede calcular en forma manual y automáticamente por software.Característicasde las antenas.Ganancia de las antenas. Son dispositivos pasivos quecrean el efecto de amplificación debido a su forma física.Tienen las mismas características cuando transmiten quecuando reciben. Las omnidireccionales tienen una gananciade 5 a 12 dBi. Las sectoriales de 12 a 15 dBi. Lasparabólicas de 19 a 24 dBi.123
  28. 28. Cálculo del presupuesto de potencia - Ejemplo28www.coimbraweb.comSatelitalLa pérdida del medio ambiente se considera para una evaluación exacta.El margen de tolerancia contrarresta la pérdida por el medio ambienteEstimación viabilidad del enlaceEstime la viabilidad de un enlace de 5km con un punto de acceso WiFi (AP) y un cliente. El AP estáconectado a una antena omnidireccional de 10dBi de ganancia, mientras que el cliente a una sectorial de14dBi. La potencia de transmisión del AP es 100mW (o 20dBm) y su sensibilidad es de -89dBm. Lapotencia de transmisión del cliente es de 30mW (o 15dBm) y su sensibilidad es de -82dBm. Los cablesson cortos, con una pérdida de 2dB a cada lado.Estimación AP - ClienteEjemplo 13Hay un margen de 8dB que permite trabajarcon buen tiempo, pero probablemente nosea suficiente para enfrentar condicionesclimáticas extremas.Estimación Cliente - APHay un margen de 10 dB. El enlacefunciona, pero si se utiliza un plato de 24dBien el lado del cliente, se tendría unaganancia adicional de 10dBi en ambasdirecciones. Otra opción más cara es utilizarequipos de radio de mayor potencia enambos extremos del enlace.(APC, 2007)
  29. 29. Software de planificación del enlace29www.coimbraweb.comSimulación con RadioMobileRadioMobile se usa para el diseño y simulación de radioenlaces.Construye automáticamente un perfil entre dospuntos. Durante la simulación analiza la líneavisual y calcula la pérdida en el espacio librey las debidas a otros factores, como absorciónde los árboles, efectos del terreno, clima, yademás estima la pérdida en el trayecto enáreas urbanas.Radio Mobile presenta un modelo que seasemeja a la realidad, y hasta se puedensimular los niveles de potencia de lasestaciones y las ganancias de las antenas,diseñando de tal manera el nivel de recepciónque se desea.
  30. 30. 5.- Multitrayectoria30www.coimbraweb.comCaso de radioenlaces fijosUn radioenlace se planifica con una línea de vista libre de obstáculos; sin embargo,adicionalmente. se reciben múltiples copias de la onda, con diferentes retardos.La onda resultante será mayor o menor que la directa, dependiendo de la diferencia en la longitudde los trayectos de la onda directa y de las refractadas y reflejadas, es decir habrá una amplificacióno anulación parcial (desvanecimiento) de la onda.Debido a la refracción en laatmosfera que «dobla» a Tierrala trayectoria de la onda.O por la reflexión causada por lasuperficie del suelo.Una señal de telefonía a 1.9 GHz llega a una antena vía dos trayectorias que difieren en longitud por 19m.a) Calcule la diferencia en el tiempo de llegada para las dos trayectorias.b) Calcule la diferencia de fase entre las dos señales. (Sugerencia: 360º es lo mismo que 0º conrespecto a la fase, así que se pueden ignorar los múltiplos de 360º).Ejemplo 14Respuesta.- a) t = 63,3 ns. b) = 120º.Una onda directa se cancela parcialmente porrefracciones y reflexiones desde el suelo o agua.(Blake, 2004)Multitrayectoria(Stallings, 2007)
  31. 31. Desvanecimiento debido a multitrayectoria31www.coimbraweb.com¿Cómo se puede controlar?No se pueden aplicar estas técnicas cuando la superficie reflectora es el agua, debido a que el vientola mantiene en movimiento.Existen dos métodos básicos para tratar con el desvanecimiento por multitrayectoria.Sobreconstruirel sistemaSe Incrementa la potencia del transmisor, laganancia de la antena o la sensibilidad delreceptor, para obtener un margen dedesvanecimiento de, por lo menos, 20 dB.Técnicas dediversidad.Diversidad de frecuencia. Utiliza 2frecuencias. La diferencia, en longitudes deonda, entre las longitudes de las trayectoriases diferente para cada frecuencia. Requiere 2transmisores y 2 receptores separados enfrecuencia, por lo menos en un 5%.12Diversidad de espacio. Utiliza 2 antenasmontadas una sobre otra en la misma torre. Ladiferencia entre las longitudes de lastrayectorias es diferente para cada antena.Requiere que las antenas estén separadas 200longitudes de onda o más.El desvanecimiento de la onda puede llegar hasta 20 dB.(Blake, 2004)
  32. 32. Multitrayectoria en comunicaciones móviles32www.coimbraweb.comCaso de ambiente móvil y portátilUn enlace sin línea de vista es posible.En comunicaciones móviles, lamultitrayectoria es primordial. Las superficiesreflectoras las proporcionan los rasgosestructurales y topográficos del ambiente.Las antenas inteligentes controlan la amplitud y fase de las ondas recibidas, hasta obtener unaóptima recepción y superar, inclusive, los límites de la línea de vista cuando se dispone desuficiente potencia.Múltiple Input Múltiple Output es una tecnologíade antenas inteligentes que utiliza varias antenasen el transmisor y en el receptor. Capitaliza losbeneficios de la multitrayectoria y de ladiversidad de espacio para conseguir una mayorvelocidad y alcance del que se consigue consistemas tradicionales. MIMO se utiliza hoy en redes WiFi y entecnologías 4G: WiMAX y LTE.Los efectos se controlan conantenas inteligentesSistemas MIMO
  33. 33. Bibliografía33www.coimbraweb.com¿Cuáles son las referencias bibliográficas?BibliografíaAPC, Asociación para el progreso de las comunicaciones (2007). Redes Inalámbricas en los Países enDesarrollo. Mountain View, CA. USA: Limehouse Book Sprint Team.Blake, Roy (2004). Sistemas electrónicos de comunicaciones . México: Thomson.Frenzel (2003). Sistemas Electrónicos de Comunicaciones. Madrid: Alfaomega.Kraus, J., & Fleisch, D. (2000). Electromagnetismo con Aplicaciones. México: McGraw-Hill.RadioMobile. RadioMobile. Recuperado el 16 de marzo de 2013, dehttp://www.cplus.org/rmw/english1.html.Stallings, William (2007). Data and Computer Communication. New Jersey: Pearson.Twibrights Labs. Ronja, a solution to the Fresnel Zone problem. Recuperado el 21 de abril de 2013, dehttp://ronja.twibright.com/fresnel.phpFINEdison Coimbra G.ANTENAS Y PROPAGACIÓN DE ONDASTema 6 de:

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