curso radio y fo
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INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS DE RADIOENLACES Y FIBRAS OPTICAS
Setiembre de 2008
Ing. Victor H. Frison
Secretara de Investigacin y Posgrado - UBP
EL SISTEMA DE RADIOENLACE
RADIOENLACE ES EL EQUIPAMIENTO UTILIZADO PARA INTERCONEXIN DE DOS O MAS NODOS DE RED LOS SISTEMAS DE RADIOENLACES SON LOS EQUIPAMIENTOS DE MAYOR USO EN EL DESARROLLO RPIDO DE REDES DE TELECOMUNICACIONES UTILIZADOS COMO DISPOSITIVOS DE INTERCONEXIN ENTRE NODOS DE RED EN: REDES DE ACCESO O ULTIMA MILLA REDES DE LARGA DISTANCIA
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PARTES COMPONENTES DE UN RADIOENLACEPARABOLAS LINEAS DE TRANSMISIN ( GUIAS DE ONDAS RIGIDAS Y FLEXIBLE, CABLES COAXILES, CABLES DE BANDA BASE) ESTRUCTURA ( TORRES, MASTILES, PEDESTALES) GABINETE ( SALAS DE RADIO, GABINETES EXTERNOS, CAJAS ESTANCAS) SISTEMA DE ENERGIA ( RECTIFICADORES Y PLANTAS DE BATERIAS) CONFIGURACIONES TIPICAS INDOOR ( IDU Y ODU EN SALA DE RADIO) OUTDOOR INDOOR ( IDU EN SALA DE RADIO Y ODU EN LA ESTRUCTURA OUTDOOR ( IDU Y ODU EN ALTURA)
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TIPOLOGIASFRECUENCIAS DE TRABAJO : 0.45-20 GHz MICROONDAS RE analgicos: Monocanales y Multicanales con multiplexacon FDM hasta 2700 Canales Telefnicos Modulacin: FM RE digitales: Multicanales multiplexacin digital TDM Modulacin QPSK , 8PSK, OQPSK, QAM (16, 64, 256, ...) y TDM ( 64-128) Multiplex digital (2, 8, 34, 140 Mb/s) y SDH ( STM-1) Constituidos por dos equipos terminales y/o repetidores
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ESTRUCTURA DE UN RADIOENLACEESTACION AM U X --D E M U X
ESTACION REPETIDORAD U P L E X O R
ESTACION BD U P L E X O R
D U T P X L E X RX O R
TX
RX
M U X --D E M U X
M U X --D E M U X
D U T P X L E X RX O R
TX
RX
M U X --D E M U X
Disponibilidad Alta confiabilidad * Redundancia * Diversidad Supervisin: Sealizacin y Control RE M+N M canales activos N canales de reserva Conmutacin: Manual / Autom. en FI / BB originado por nivel de seal, ruido y BER Planes de frecuenciaIng. Victor H. Frison
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SISTEMA DE SUPERVISION Medios para obtener Informacin del estado de funcionamiento y facilitar el mantenimiento. Servicio, Telecontrol, Telecomandos y Mediciones de potencias Tx y Rx Conmutacin de lado activo / pasivo Supervisin remota y local
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DIAGRAMA EN BLOQUES DE UN RADIOENLACEUP CONVERTER
TX
MUX
MOD
Tx A
Banda BaseRX
DMX
DMD
Rx A
D U P L E X O R
FR TX FR RX
DOWN CONVERTER
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SISTEMA DE PROTECCIN
LA PROTECCION CONSISTE EN INCORPORAR REDUNCIA EN CASOS DE: Averas o fallas del equipamiento : transmisor, receptor, multiplexor Desvanecimiento de la seal: Desvanecimiento profundo plano y selectivo, atenuaciones adicionales por lluvia y absorcin atmosfricas.
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TIPO DE PROTECCIONES
Fallas y averas en equipos
Controlado por
El Conmutacin de proteccinControlado por
sistema de supervisin y lgica de control
Equipos redundantes en Tx y Rx Sistemas n+1
Controlado por
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TIPO DE PROTECCIONES
Desvanecimientos profundo
Controlado por
Proteccin por Diversidad Espacial Frecuencia
El sistema deControlado por
supervisin y lgica de control
Equipos redundantes en Recepcin seleccin por conmutacin o combinacin
Controlado por
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TIPO DE PROTECCIONES Se clasifican en: Esquemas sin diversidad Sin reserva Con reserva activa : la misma frecuencia Esquemas con diversidad Sin reserva: la misma frecuencia con dos antenas Con reserva: Con varias frecuencias con una antena
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PROTECCION PRINCIPAL ACTIVO Y RESERVA CALIENTE MHSB
Tx A
F1 H
Rx1 Rx2
Tx BConmutador
F1
C O M B
BB
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PROTECCION DIVERSIDAD DE FRECUENCIA
Tx1BB
F1 H
Rx1 Rx2
Tx2Conmutador
F2
C O M B
BB
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PROTECCION DIVERSIDAD ESPACIAL
F1 Tx A F1 Tx 1 Rx 1 C O M B
Tx B F1Conmutador
F1
Rx 2
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PROTECCION DIVERSIDAD ESPACIAL Y FRECUENCIA
Tx 1 F1 Tx 1 F1 F2 Tx 2 F1 F2 F2 F2 Hacia los ReceptoresSecretara de Investigacin y Posgrado - UBP
Tx 2 Rx 1 F1 Rx 2 C O M B
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CALIDAD DE UN RADIOENLACE DISPONIBILIDAD DEL SERVICIO FIDELIDAD INDISPONIBILIDAD DEL SERVICIO
Tind *100% U=Ttotal Corte parcial o total Ruido o BER excesivos Discontinuidad de la seal Distorsin de la sealIng. Victor H. Frison
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CALIDAD DE UN RADIOENLACE Parmetro de calidad: Potencia de ruido en BB, BER Duracin media: 10 s - varias horas disponibilidad
fracciones de seg. o varios seg. fidelidad Interrupciones: Averas en los equipos Propagacin anmala: desvanecimiento por multitrayecto, lluvia Interferencias
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CAUSAS DEL DESVANECIMIENTO EN UN ENLACE Fading Plano por variaciones del indice de refraccin n en la atmsfera que incide en el parmetro K que ajusta el radio terrestre para el calculo del despejamiento
Rf C
Despejamiento C/Rf del Radio Fresnel 100 % con un K=4/3
C
Rf
Despejamiento C/Rf del Radio Fresnel del 60 % con un K=2/3
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CAUSAS DEL DESVANECIMIENTO EN UN ENLACE Desvanecimiento Selectivo provocado el cambio del punto de reflexin por variaciones del factor K hace que el rayo reflejado rebote en otro punto modificando el retardo con la consecuencia modificacin del angulo de fase de la seal compuesta
K=4/3
ET Er Ep
| ET |=| Ep |+ | Er |
K=2/3
ET Er Ep
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CAUSAS DEL DESVANECIMIENTO EN UN ENLACE
Desvanecimiento por Lluvia: La presencia de la lluvia hace que las seales por encima de las frecuencias de 10 Ghz aparece una atenuacin adicional que en algunos casos llega a anular totalmente la seal. Esta atenuacin es funcin del tamao y la forma de la gota de agua y de la intensidad de la precipitacion. El comit Internacional UIT-R despues de varios estudio emiti una recomendacin que permite calcular la atenuacin adicional.
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FIBRAS PTICAS
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Sistemas de Fibras pticas. Naturaleza de la FO Caractersticas de la FO Enlace con Fibras pticas
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Las fibras pticas como medio de transmisin se caracterizan por tres parmetros: 1. Apertura Numrica (0 < NA < 1) 2. Atenuacin y se mide en (dB/km.) 3. Dispersin o Scattering la unidad de medida es (ns/km.)
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Reflexin & Refraccin Reflexin es un rayo de luz REBOTANDO en la frontera entre dos materiales de distintas caractersticas y coeficientes diferentes Refraccin es la DESVIACIN en la direccin del rayo y el cambio de velocidad de propagacin por el paso de un material a otro.
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REFLEXIN
aireLa Luz que INCIDE sobre una superficie es reflejada hacia afuera con el mismo ngulo que incide.
Angulo de reflexin vidrio
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REFRACCINLa Luz incide con un angulo abrupto una porcin de luz penetra en el material con una direccin distinta al angulo incidente y la otra porcin de la seal se refleja con menor intensidad. Este fenomeno se lo conoce como Refraccion de la Luz
aire
Angulo de reflexin
vidrio
Angulo de refraccin
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PROPAGACIN DE LA LUZ DENTRO DE LA FIBRA PTICA
Angulo de Incidencia
Angulo de refraccin
Normal Cuando el ngulo de incidencia provoca que el rayo refractado viaje en la frontera del vidrio y aire, se lo conoce como NGULO CRITICO . Si el ngulo incidente es menor que el NGULO CRITICO la luz queda confinada en el vidrioIng. Victor H. Frison
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PROPAGACIN DE LA LUZ DENTRO DE LA FIBRA PTICA
aire
vidrioMientras el angulo incidente de la seal de luz sea menor al Angulo Crtico o similar al momento de pasar la frontera aire-vidrio, quedar confinado dentro de la fibra hasta alcanzar el extremo final.
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DISPERSION DE RAYLEIGH ( SCCATERING)
Cuando la luz pasa a travz de una particula, parte de sta es dispersada en todas las direcciones. La parte que retorna a la fuente (aprox 0.0001%) es llamada BACKSCATTER. Parte de la luz es absorvida por las particulas produciendo la atenuacin de la luz Las particulas que se encuentran son restos de minerales y radicales oxidrilos producto de la fusin del silicio en el proceso de fabricacinIng. Victor H. Frison
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TIPOS DE FIBRAS PTICAS TIPOS DE FIBRAS PTICASMultimodo: la fibra tiene unncleo ms grande con respecto al dimetro del recubrimiento.
Monomodo: la fibra tiene unncleo relativamente mas pequeo con respecto al dimetro del recubrimiento
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Fibras Fibras Multimodo vs. Monomodo Multimodo vs. Monomodo
Multimodo permite muchos caminos o vas para la luz
Monomodo permite solamente un camino nico para la luzSecretara de Investigacin y Posgrado - UBP
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TIPO DE FIBRAS
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TIPO DE FIBRASFibra de ndice escalonado: Estas fibras, utilizadas por lo general para uniones de corta distancia Tiene dispersin reducido ancho de banda y son de bajo costo Fibra de ndice gradual: se utiliza en los enlaces de mas alta capacidad, as costosas pero de gran ancho de banda. Se puede disminuir la dispersin haciendo variar lentamente el ndice de refraccin entre el ncleo y el recubrimiento. Fibra monomodo: Las dimensiones del ncleo son comparables a la longitud de onda de la luz, por lo cual hay un slo modo de propagacin y no existe dispersin. Este tipo de fibra son las de mayor uso en telecomunicaciones en enlaces de larga distancia con elevada eficiencia y gran ancho de bandaSecretara de Investigacin y Posgrado - UBP
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INDICE DE REFRACCIN (n)
C es la velocidad de la luz. V depende de la densidad del vidrio. Un vidrio de mayor densidad provoca menor velocidad de propagacin de la luz
n =
C V
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COMO AFECTA EL INDICE DE REFRACCIN
0Cono de Aceptaci n
n2 n1
sen 0 = n12 n22 n determina bsicamente el ancho del cono deaceptacin y el valor del ngulo crtico.
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ATENUACIN EN LA FIBRA
Dobladuras o torsiones: Producidas en la manipulacin de la fibra en la instalacin Microtorsiones: Producidas en el proceso de fabricacin Prdidas por Absorcin: Depende de la Longitud de Onda y es Intrnseca de la Fibra Causadas por la Estructura Molecular Dispersin Rayleigh: por la presencia de impurezas en el proceso de fabricacin Perdidas por emplames de fusin 0.05 to 0.20 dB y mecanicos de 0.10 to 0.50 dB. La prdida del empalme depende de la Calidad de la Fibra, La habilidad del empalmador y calidad del la empalmadora para realizar el empalme.
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ATENUACIN ESPECTRAL EN LA FIBRAPrdida/Km vs. Longitud de Onda2.0 dB/Km
Dispercin Rayleigh Absorcin UV
0.5 dB/Km
Absorcin IR
0.2 dB/Km800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
Long. de Onda en Nanometros (nm)
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ENLACE BASICO DE FIBRA OPTICAEmpalmes TX Laser o LED Ganancias
RXPD o APD
A=
Ae + A( Km ) xlongitudPRx = Ptx - A
+ Aa ( ganacias )
Ing. Victor H. Frison
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MEDICIONES EN LA FIBRA OPTICA Verificacin de las especificaciones Control del manejo y administracin de los cables de fibras pticas Registrar la mejor condicin de funcionamiento Detectar defectos y degradaciones de la fibra Localizar fallas como cortes o atenuacin no deseadas Solucin de problemas
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