CONDICIONES DEL ENTORNO QUE AFECTA LOS RADIO ENLACES.

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• Zona de fresnel

 

En los sistemas de enlaces de microondas es muy importante la visión directa ya que se puede producir perdida de trama. Para modelar las pérdidas que se producen por la obstrucción del enlace microondas se utiliza el concepto de la llamada zonas de fresnel.

 

Las zonas de fresnel son unos elipsoides concéntricos que rodean el rayo directo de un enlace y que quedan definidos a partir de las posiciones de las antenas trasmisora y receptora. Tienen la propiedad de que una onda que partiendo de la antena trasmisora, se refleja sobre la superficie del elipsoide y después incidiera sobre la antena receptora, habría recorrido una distancia superior a la recorrida por el rayo directo en múltiplos de media longitud de onda. Es decir, la onda reflejada se recibirá con un retardo respecto al rayo directo equivalente a un desfase múltiplo de 180º. Precisamente este valor del múltiplo determina el n-ésimo elipsoide de fresnel.” (Ramos, 2016, tecnologías inalámbricas y diseños de radio enlaces).

 

•La primera región es el espacio elipsoidal a través del cual pasa la señal de línea de vista directa.
•La segunda región rodea la primera región, pero excluye la primera. En esta, la onda capturada por el receptor estará desfasada más de 90°, pero menos de 270°.
•La tercera región rodea la segunda y las ondas desviadas capturadas por el receptor tendrán el mismo efecto que una onda en la primera región. La onda sinusoidal tendrá un desfase mayor a 270°, pero menor a 450° (idealmente sería un desfase de 360°).

 

• La zona 1 es la que más afecta a la intensidad de la señal.

• La zona 2 afecta menos que la 1.

• La zona 3 afecta menos que la 2.

• Y así sucesivamente…

Existe un número infinito de zonas (n) pero habitualmente se realizan los cálculos hasta la 3ª zona, porque a partir de ella, el efecto de cancelación se hace despreciable.

Las zonas de Fresnel se calculan según esta fórmula:

 

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Dónde:

• n: es el número de zona: 1, 2, 3…

• λ: es la longitud de onda de la señal emitida

• d1: es la distancia del punto donde calculamos el valor de la zona a la antena emisora

• d2: es la distancia del punto donde calculamos el valor de la zona a la antena receptora

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• Espacio Libre

 

Es la perdida de potencia en el espacio libre porque se esparce sobre una determinada región en el espacio a medida que se aleja de la antena trasmisora, esta se calcula sobre la base de un radiador isotrópico o antena imaginaria  omnidireccional que irradia la potencia en forma de esfera completamente uniforma en todas las direcciones, esto por medio de las siguientes relación matemática.

 

Si = densidad de potencia isotrópica, W/m2

Pr = potencia radiada o trasmitida, W

r = distancia radial desde el radiador, en m

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• Propagación

 

El modelo de propagación en el espacio libre es usado para predecir la señal recibida directa cuando el trasmisor y el receptor tienen línea de vista entre ellos. La energía recibida en el espacio libre es función y está dada por

 

 

 

Pt = Potencia Transmitida

Pr(d) = Potencia recibida

Gt = ganancia de la antena transmisora

Gr = ganancia de la antena receptora

d = distancia de separación entre el trasmisor y el receptor en metros

L = factor de pérdida del sistema no relacionado con la propagación (1≥L)

Λ = Longitud de onda en metros.

 

 

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• Ruido

 

La sensibilidad de un equipo receptor de radiocomunicaciones depende fundamentalmente de su nivel de ruido interno, pero también de los niveles de ruido e interferencia captados por la antena. Según su origen, el ruido externo puede clasificarse como natural o artificial

El ruido artificial se debe a la actividad humana y se origina principalmente en máquinas eléctricas que producen chispas como los motores o generadores electromecánicos. Por otro lado, el ruido natural puede clasificarse en atmosférico como radiaciones procedentes por descargas de u  rayo o las tormentas solares. La potencia del ruido captado por la antena puede calcularse como:

 

 

Donde

k=1.38*10-23 J

K es la constate de Boltzmann

B es el ancho de banda de ruido

 Es la eficiencia de pérdida óhmica de la antena

 

Si consideramos que el equipo receptor puede caracterizarse por una temperatura equivalente de ruido Te

Potencia de ruido total

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Donde Tambien es la temperatura física a la que se encuentra la antena, causante del ruido térmico introducido por esta y G es la ganancia del equipo

 

 

 

• Pérdida en el cable

 

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

 

Independientemente de lo bueno que sea el cable, siempre tendrá pérdidas. Por eso, recuerde que el cable de la antena debe ser lo más corto posible. La pérdida típica en los cables está entre 0,1 dB/m y 1 dB/m. En general, mientras más grueso y más rígido sea el cable menor atenuación presentará. Para darle una idea de cuán grande puede ser la pérdida en un cable, considere que está usando un cable RG58 que tiene una pérdida de 1 dB/m, para conectar un transmisor con una antena. Usando 3 m de cable RG58 es suficiente para perder el 50% de la potencia (3 dB).

 

• Pérdidas en los conectores

 

Estime por lo menos 0,25 dB de pérdida para cada conector en su cableado. Estos valores son para conectores bien hechos mientras que los conectores mal soldados DIY (Do It Yourself) pueden implicar pérdidas mayores. Vea la hoja de datos para las pérdidas en su rango de frecuencia y el tipo de conector que usará.

 

Si se usan cables largos, la suma de las pérdidas en los conectores está incluida en una parte de la ecuación de “Pérdidas en los cables”. Pero para estar seguro, siempre considere un promedio de pérdidas de 0,3 a 0,5 dB por conector como regla general.

 

Además, los protectores contra descargas eléctricas que se usan entre las antenas y el radio deben ser presupuestados hasta con 1 dB de pérdida, dependiendo del tipo. Revise los valores suministrados por el fabricante (los de buena calidad sólo introducen 0,2 dB).

 

• Interferencia

 

Las interferencias pueden clasificarse en función de su frecuencia y polarización. En el primer caso se tiene interferencia cocanal (misma frecuencia) y de canal adyacente, mientras que en el segundo caso se tiene interferencia copolares y de polarización cruzada

Para definir la calidad de la señal recibida en términos de interferencias se utiliza la relación de portadora a interferencia, C/I, que en este caso puede calcularse en dB como

 

C/I=Wt,S +GT,S – Lbas,s – Wt,I – GT,I +Lbas,I +Ldiag +Lpol,

 

Donde

Wt,S = potencia del trasmisor deseado en dBm

Wt,I = Potencia del trasmisor interferente en dBm

GT,s = Ganancia de la antena trasmisora deseada en dB

GT,I = Ganancia de la antena trasmisora interferente

Lbas,S = son las perdidas básicas de propagación en dB para señal deseada

Lbas,I = son las perdidas básicas de propagación en dB para señal interferente

Ldiag = la atenuación en dB de la señal interferente por los diagramas de radiación de las antenas trasmisoras y receptoras

Lpol = es la atenuación en dB que introduce la antena receptora sobre la interferencia en términos de su polarización.

 

 

 

 

• Lluvia

 

Para frecuencia por debajo de 5GHz la atenuación causada por la lluvia se pude despreciar, se debe incluir en los cálculos de diseño a frecuencias superiores donde su importancia aumenta rápidamente la atenuación específica se obtiene de la intensidad de lluvia R(mm/h) mediante la ley exponencial

 

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• Absorción

 

Los vapores de agua y de oxígeno no condensados poseen líneas de absorción en la banda de frecuencias de microondas y de ondas milimétricas, causando atenuación en trayectos radioeléctricos terrenales y oblicuos. En concreto, existen frecuencias donde se produce una gran atenuación, separadas por ventanas de transmisión donde la atenuación es mucho menor. 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.

Para calcular la atenuación causada por los gases y vapores atmosféricos se debe acudir a la Recomendación UIT-R P.676. En este documento se indica que la atenuación de la señal radioeléctrica, A(dB), puede calcularse como:

 

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PLANEACIÓN DE UN RADIO ENLACE 

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• Margen de Desvanecimiento

 

Si definimos la señal puesta sobre los bordes de receptor y la sensibilidad del mismo. Entonces podemos definir el margen de desvanecimiento como la diferencia entre ambos valores. Todo esto se cumple en caso ideal, donde no hay obstrucciones, donde la atmosfera se mantiene en los valores ideales previstos, donde no hay lluvia o granizo, polvo, arena donde no hay tormentas eléctricas ni otros factores climáticos que perturben al enlace. Pero realmente esto no se da y además existen otro tipo de estaciones que nos producen interferencia, tanto en nuestro canal, como en los canales adyacentes y que tienden a enmascarar nuestra señal.

 

Es por esto que una señal nunca llega igual a como la enviamos por todos estos factores que nombramos, de todo esto es necesario establecer un Margen de Desvanecimiento que permita hacer frente a estos factores.

Matemáticamente se define como:

 

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Donde:

Fm= margen de desvanecimiento

D = distancia en Km

f = Frecuencia en GHz

R = Confiabilidad expresada como decimal (99.99%)

1-R = objetivo de confiabilidad para una trayectoria de 400Km en un solo sentido

A = factor de rugosidad

   = 4 sobre agua o terreno muy parejo

   = 1 sobre terreno normal

   = 0.25 sobre terreno montañoso muy disparejo

B = factor para convertir una probabilidad del peor mes a una probabilidad anual

   = 1 para convertir una disponibilidad anual a una base para el peor mes

   = 0.5 para áreas calientes y húmedas

   = 0.25 para áreas normales tierra adentro

   = 0.125 área montañosa muy secas

 

• Umbral del receptor

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Un parámetro muy importante cuando se evalúa el rendimiento de un sistema de comunicaciones de microondas es la portadora a ruido.

La potencia de la portadora de banda ancha mínima en la entrada de un receptor que proporcionara una salida de banda base que puede utilizarse se llama umbral de receptor o sensibilidad del receptor.

La potencia del ruido de entrada se expresa matemáticamente como:

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Donde

N= potencia de ruido (watts)

K= constante de Boltsmann( 1.38x 10-23 J/K)

T = temperatura de ruido equivalente del receptor (Kelvin)

B = ancho de banda de ruido en Hertz

Expresado en dBm

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CALCULO DE TODO LO NECESARIO EN LA PLANIFICACIÓN DEL RADIO ENLACE

 

• Margen de Desvanecimiento

 

 

 

 

 

 

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• Presupuesto de potencia

 

En los radios enlaces el presupuesto de potencia es muy importante  ya que sin importar  que se cuente con buenos equipos o se consiga línea de vista.  Un presupuesto de potencia para un enlace punto a punto es el cálculo de ganancias y pérdidas desde el radio transmisor  a través de cables, conectores y espacio libre hacia el receptor, cabe destacar que la estimulación del valor de potencia en diferentes partes del radio enlace es completamente necesario para tener un enlace correcto y de alta precisión así como usar los mejores dispositivos para realizar el mismo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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