Tipos de condiciones del entorno que afecta los
radioenlaces
Describa
con sus palabras el tipo de condiciones del entorno que afecta los
radioenlaces: curvatura de la tierra, zonas de Fresnel, pérdidas de espacio
libre, pérdidas por absorción, pérdidas en conectores y todos aquellos que
considere pertinentes; incluya su descripción matemática.
Al
realizar una medida de gran longitud entre un punto A y un punto B se encuentra
que se pierde en el horizonte la vista entre elementos, esto debido a que la
Tierra no es plana si no redonda en términos generales, resulta evidente que la
curvatura de la Tierra provoca una mayor influencia de los obstáculos, hasta el
punto que puede definirse un horizonte radioeléctrico por encima del cual se
crea una zona de sombra.
Todos
estos efectos contribuyen a una mayor o menor influencia de los obstáculos, que
deberán modificar su altura real con el fin de modelarlos correctamente. Por
una parte, la curvatura terrestre contribuye a aumentar la altura efectiva de
los obstáculos sobre la cota imaginaria de Tierra plana. Por otro lado, el
fenómeno de refracción troposférica contribuye en condiciones de atmósfera
estándar (k = 4/3) a disminuir la altura efectiva de los mismos, pues la
trayectoria recorrida por el haz electromagnético suele tener una forma cóncava
si la observamos desde la Tierra.
En
definitiva, ambos efectos pueden modelarse de forma conjunta aplicando una
corrección sobre la curvatura terrestre, lo que se conoce como modelo de Tierra
ficticia. En este último caso, el radio de la Tierra debe multiplicarse por el
factor k, tal y como se se puede ver en la siguiente figura.
Para
el cálculo del factor de corrección de la altura de los obstáculos se utiliza
la siguiente expresión, también conocida como flecha, que representa la
corrección de altura en metros que debemos sumar a la altura real del obstáculo
medida sobre la cota de Tierra plana:
Donde k es la constante de Tierra ficticia,
habitualmente 4/3 en condiciones de atmósfera estándar, a es el radio de la
Tierra (aproximadamente 6370 km) y d1 y d2 son las distancias del obstáculo a
ambos extremos del radioenlace. Lógicamente, variaciones en las condiciones
atmosféricas (constante k) provocarán cambios en la altura efectiva de los
obstáculos.
Zona de Fresnel y como se calcula.
Para
establecer las zonas de Fresnel, primero debemos determinar la línea de vista
de RF, que de forma simple, es la línea recta que une los focos de las antenas
transmisora y receptora. La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel
es: ... = distancia desde el transmisor al centro del elipsoide en metros.
Para
establecer las zonas de Fresnel, primero debemos determinar la línea de vista
de RF, que de forma simple, es la línea recta que une los focos de las antenas
transmisora y receptora.
La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es
Donde:
Pérdidas de espacio libre y como se calculan.
Las
pérdidas de propagación están relacionadas con la atenuación que ocurre en la
señal cuando esta sale de la antena de transmisión hasta que llega a la antena
receptora. La mayor parte de la potencia de la señal de radio se perderá en el
aire. Aún en el vacío, una onda de radio pierde energía (de acuerdo con los
principios de Huygens) que se irradia en direcciones diferentes a la que puede
capturar la antena receptora.
Pérdidas por absorción
Cuando
una onda electromagnética pasa a través de un blindaje, su amplitud decrece
exponencialmente debido a las corrientes inducidas en el mismo. Estas provocan
perdidas por efecto Joule y por ello disipan calor en el material. La distancia
requerida para que la onda sea atenuada (1/e) veces (36,7 % de su valor inicial
equivalente a 8,7 dB hasta 9 dB) esta definida como la “profundidad de
penetración”:
A =
γr = (γo + γw)r
donde γo y γw son las
atenuaciones específicas en dB/km para el oxígeno y el vapor de agua, y r es la
longitud del trayecto radioeléctrico en km
e.
Perdidas en conectores
El estado y las características de los conectores
de fibra óptica afectan en gran medida el rendimiento de un enlace de fibra
óptica instalado. Una alta pérdida de conector (p. ej., pérdida de inserción),
una baja pérdida de retorno o una alta reflectancia podría causar que una
aplicación (es decir, 10GBASE-LRM) no funcione en una red.
Una pérdida de retorno alta es algo positivo y
usualmente resulta en una pérdida de inserción baja. Analicemos las diferencias
entre estos tres términos porque pueden ser confusos.
La pérdida óptica (para los conectores), a veces
llamada atenuación, es simplemente la reducción de la potencia óptica inducida
por transmisión a través de un medio como un par de conectores de fibra óptica.
La pérdida de retorno es la cantidad de luz reflejada por una sola discontinuidad
en un enlace de fibra óptica, como un par de conectores. La pérdida de retorno
también se llama reflectancia. Para una transmisión perfecta, la pérdida óptica
y la potencia reflejada deberían ser cero.
Viabilidad de un radio enlace y como se calcula.
El
Estudio de viabilidad de un enlace para una configuración dada, consiste en el
cálculo de las ganancias y las pérdidas de todos los componentes del mismo,
desde el transmisor al receptor, pasando por los cables, conectores, antenas y
el canal (espacio libre). Para realizar el mejor diseño y elegir el
equipamiento adecuado, se debe estimar los valores de potencia en las
diferentes partes del enlace.
El
cálculo del enlace es la sumatoria de todos los aportes (en decibeles)
Indisponibilidad de un radioenlace y como se
calcula.
Las
causas de estas interrupciones pueden ser muy diversas, aunque podemos destacar
las siguientes: ruido externo e
interferencias, atenuación por lluvia, obstrucción del haz, desvanecimientos de
la señal radioeléctrica o fallos y averías de los equipos.
Si
dejamos aparte las interrupciones causadas por un aumento transitorio de los
niveles de ruido o interferencia, el principal motivo de indisponibilidad de un
radioenlace se debe a una disminución del nivel de potencia recibida por debajo
del umbral de sensibilidad del equipo receptor.
La
indisponibilidad total es la sumatoria de todos los intervalos de tiempo
indisponible, dividida por el tiempo de observación (debe ser lo
suficientemente largo para obtener resultados significativos)
Criterios de calidad que se deben tener en
cuenta en la planeación de un radioenlace
Describa
los criterios de calidad que se deben tener en cuenta en la planeación de un
radioenlace: Margen de desvanecimiento, umbral de receptor y sensibilidad;
incluya su descripción matemática.
Margen
de desvanecimiento:
En cualquier tipo de comunicación a larga
distancia ya sea aquí mismo en nuestro planeta tierra o de la tierra a
satélites en el espacio, se necesitan de la propagación de señales
electromagnéticas.
Los humanos nos hemos encargado desde hace mucho
tiempo de propagar ondas electromagnéticas por la atmosfera terrestre y como
todos sabemos todo ese conjunto tan grande de señales van a sufrir de perdidas.
Estas pérdidas se deben a distintos fenómenos que tienen efectos tanto a corto
como a largo plazo. Esta variación de pérdida de señal se le llama
desvanecimiento, a su vez esta pérdida se debe a un sin número de fenómenos
naturales como la lluvia, la nieve, el granizo, etc.
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.
Umbral y sensibilidad del receptor
(Ramos, 2011) Afirma que, en el diseño de un
radioenlace, la sensibilidad del equipo receptor es un parámetro de gran
importancia, pues determina fundamentalmente el alcance del sistema. Este valor
de sensibilidad, o nivel mínimo de señal que se necesita para un correcto
funcionamiento, puede definirse en términos de potencia (dBm) y tensión (dBμV) en el puerto de RF, o
bien campo eléctrico (dBμV/m) incidente en la antena.
En las hojas de especificaciones de los equipos
TX/RX de radiocomunicaciones se indica normalmente la potencia máxima que
pueden transmitir, así como el nivel mínimo de señal (sensibilidad) que
necesitan recibir para obtener un cierto umbral de calidad
El valor de sensibilidad del equipo receptor
depende de diversos parámetros, pero sobre todo del nivel de ruido a la entrada
del demodulador, tanto ruido térmico generado en el propio equipo como ruido
externo captado por la antena. Lógicamente, cualquier interferencia externa que
incida en la antena influirá igualmente en la calidad del sistema y en el valor
de sensibilidad.
El valor de sensibilidad del equipo receptor
depende de diversos parámetros, pero sobre todo del nivel de ruido a la entrada
del demodulador, tanto ruido térmico generado en el propio equipo como ruido
externo captado por la antena. Lógicamente, cualquier interferencia externa que
incida en la antena influirá igualmente en la calidad del sistema y en el valor
de sensibilidad.
PRESUPUESTO DE POTENCIA
De
acuerdo con los conceptos definidos en la actividad anterior, realice el
cálculo de todos los elementos necesarios en la planificación del radioenlace
(presupuesto de potencia) de la propuesta escogida por el grupo en la fase 1,
defina si el radioenlace es viable de acuerdo a los criterios de calidad
definidos en 1b (3.1.2).
Se
define como un presupuesto de potencia para un enlace como el cálculo de
ganancias y pérdidas desde el radio transmisor (fuente de la señal de radio), a
través de cables, conectores y espacio libre hacia el receptor. La estimación
del valor de potencia en diferentes partes del radioenlace es necesaria para
hacer el mejor diseño y elegir el equipamiento adecuado.
Los
elementos del presupuesto de enlace pueden ser divididos en 3 partes:
1- El lado de Recepción con efectiva sensibilidad
receptiva
2- Pérdidas en la propagación.
3- El lado de Transmisión con potencia efectiva de
transmisión.
El
presupuesto de radio enlace completo es la suma de todos los aportes en
decibles y sus tres partes principales.
Potencia
del transmisor [dBm]
Pérdida
en el cable y conectores TX [dB]
Ganancia
de antena TX [dBi]
Pérdidas
en la trayectoria en el espacio libre [dB]
Ganancia
de antena RX [dBi]
Pérdidas
en el cable y conectores del RX [dB]
Sensibilidad
del receptor [dBm].
Margen
Cálculo de los elementos del radioenlace
Lado
de Transmisión
• Potencia de transmisión, pérdidas en el
cable y conectores, ganancia de antena
El modelo de antena seleccionada, el PBE-5AC-GEN2, cuenta con las
frecuencias de uso libre en el país amparada por la resolución 711 de 2016 y la
potencia adecuada amparada por la reglamentación de la ANE
Teniendo
en cuenta que en los perfiles de navegación no se evidencia obstáculos los
cuales puedan afectar la comunicación existente entre las antenas tanto la
emisora como receptora.
Se
reemplaza los datos de acuerdo a la distancia entre las escuelas.
Nuestro
caso aproximadamente 2.5 Km desde la plaza central.
Determinar el despeje de las zonas de Fresnel
La obstrucción máxima permisible para considerar
que no hay obstrucción es el 40% de la primera zona de Fresnel. La obstrucción
máxima recomendada es el 20%. Para el caso de radiocomunicaciones depende del
factor K (curvatura de la tierra) considerando que para un K=4/3 la primera
zona de fresnel debe estar despejada al 100% mientras que para un estudio con
K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona de Fresnel.
A
continuación, el cálculo de la zona de Fresnel.
Calculo de la altura de las antenas:
Según
el perfil de elevación, no se cuenta con ningún obstáculo en la línea de vista,
sin embargo, es necesario asumir que exista alguno, por ende, se incluye un
obstáculo con una altura tentativa de 16 metros.
h_antena=h obstaculo+zona Fresnel
(0.6*r1)+curvatura de la tierra
Reemplazamos tenemos que:
Receptor.
• Ganancia de antena, pérdidas en el cable y
conectores, sensibilidad del receptor.
Presupuesto del radioenlace
Teniendo en cuenta el margen mínimo aceptable para el proyecto,
teniendo en cuenta los diferentes factores del radioenlace, al estar por encima
de 10 dB, se determina que el funcionamiento del radioenlace bajo el parámetro
≥10 dB se cumple.
Comparación valor teórico-valor experimental
entre escuelas
Teniendo en cuenta la validación entre el valor
teórico y el experimental, nos indica que el radioenlace bajo las condiciones
de distancia y parámetros, es posible realizarlo tomando como premisa que un
radioenlace debe ser ≥10dBm:
SIMULACION DEL RADIOENLACE DEL PROYECTO
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