radio enlace

Universidad de Aquino Bolivia Microondas

CALCULO DE RADIO ENLACES

(PORTADA – KALAJAHUIRA)

OBJETIVO

El objetivo del presente trabajo de investigación es observar, analizar, calcular y presentar un informe técnico y gráfico del càlculo de Radio enlaces viendo la factibilidad de transmisión y recepción de la portada a Kalajahuira, realizando los cálculos en el entorno de Matlab .

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Calcular el Radio enlaces portada a Repetidora y de Repetidora a Kalajahuira Representar gráficamente en Google Earth el radio enlace Realizar los cálculos de radio enlaces en función de la altura de torre. Calcular la potencia entre Transmisor y Receptor de los equipos

MARCO TEORICO

¿Qué es una radioenlace?

Se denomina radio enlace a cualquier interconexión entre los terminales de telecomunicaciones

efectuados por ondas electromagnéticas. Si los terminales son fijos, el servicio se lo denomina

como tal y si algún terminal es móvil, se lo denomina dentro de los servicios de esas

características.

Se puede definir al radio enlace del servicio fijo, como sistemas de comunicaciones entre puntos

fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de información, con

características de calidad y disponibilidad determinadas. Los enlaces se hacen básicamente entre

puntos visibles, es decir, puntos altos de la topografía.

Cualquiera que sea la magnitud del sistema de microondas, para un correcto funcionamiento es

necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la propagación

en toda época del año, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones atmosféricas de la

región. Para poder calcular las alturas libres debe conocerse la topografía del terreno, así como la

altura y ubicación de los obstáculos que puedan existir en el trayecto.

CALCULO DE ENLACE

En un sistema de comunicaciones lo ideal es que la señal enviada desde el transmisor

hasta el receptor tenga un nivel aceptable después de sufrir todas las perdidas a las

que estará sometida, por lo tanto para analizar si una instalación es viable debemos

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realizar el calculo del enlace, que consiste en tomar la potencia de transmisión en

términos de ganancia absoluta, sumarle las ganancias, restarle las perdidas y ver si el

resultado alcanza para sensibilizar al receptor.

PRESUPUESTO DE POTENCIA DE ENLACE

Un presupuesto de potencia para un enlace punto a punto es el calculo de ganancias y

perdidas desde el radio transmisor a través de cables, conectores y espacio libre hacia

el receptor. La estimacion del valor de potencia en diferentes partes del radio enlace es

necesaria para hacer el mejor diseño y elegir el equipamiento adecuado.

Los elementos del presupuesto de enlace pueden ser divididos en tres partes

principales.

- El lado de Transmision con potencia efectiva de transmisión.

- Perdidas en la propagación.

- El lado de recepcioncon efectiva sensibilidad receptiva.

Un presupuesto de radio enlace completo es simplemente la suma de todos los aportes

en decibles en el camino de las tres partes principales.

Potencia del trnamisor [dBm]- Peridad en el cable Tx[dB]+Ganancia de antena Tx[dBi]

– perdidas en la trayectoria en el espacio aabierto[dB]+ Ganancia de antena Rx[dBi] –

perdidas en el cable del Rx[dB]= Margen – Sensibilidad del receptor [dBm].

Trayectoria completa de transmisión entre el Transmisor y el receptor

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ZONA DE FRESNEL

Podemos calcular la primera zona de Fresnel, el espacio alrededor del eje que

contribuye a la transferencia de potencia desde la fuente hacia el receptor.

Lo ideal es que la primera zona de Fresnel no este obstruida, pero normalmente es

suficiente despejar el 60% del radio de la primera zona de Fresnel para tener un enlace

satisfactorio.

Se debe hacer el calculo de las condiciones anómalas de propagación, en la cual las

ondas de radio se curvan hacia arriba t por lo tanto se requiere altura adicional en las

torres. Para grandes distancias hay que tomar en cuenta también la curvatura terrestre

que introduce una altura adicional que deberán despejar las antenas

La siguiente formula es la primera zona de fresnel.

r =

d1= distancia al obstáculo desde el transmisor [Km]

d2= distancia al obstáculo desde el receptor [km]

d= distnacia entre transmisor y recpetor [Km]

f= Frecuencia [GHz]

c=Velocidad de la luz

r= radio[m]

Zona de Fresnel

CONVERSION DE WATT A dBm

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La conversión entre potencia(W) y dBm es muy útil para hacer cálculos de enlaces. En

los cálculos de enlace. Hay tres tipos de unidades logarítmicas.

dB(Decibel)

Se usa para medir perdidas en los cables y conectores o gananacias de antenas y

amplificadores. El decibel es una unidad relativa correspondiente al algoritmo decimal

del cociente de dos valores de potencia.

dB= 10+log(P2/P1)

el dB son positivos cuando se refiere a una ganancia, como la de una antena o

amplificador y negativo cuando corresponde a una atenuación como la de un cable.

dBm(dB referido a un mW)

el dB es una unidad logarítmica referida a la potencia de 1 miliWatt (0.001 W) por lo

tanto mide potencia absoluta. Será positivo cuando se refiere a valores superiores a

1mW y negativo para valores inferiores a 1mW, como los correspondientes a potencias

recibidas.

dBm= 10+log(P/0.001W)=10*log(P/1mW)

dBi (decibel respect a la isotropica)

Usado para expresar la ganancia de una antena en comparación con una antena

isotrópica, es decir aquella que irradia en todas direcciones con la misma intensidad

dBi=dB relativo a una antena isotrópica

cuando se usa dB para calcular la Potencia es útil recordar lo siguiente:

1. Duplicar la potencia es igual que agregar 3 dB

2. Reducir la potencia a a mitad es igual que restar 3 dB

Supongamos que tenemos una potencia de transmisión de 100mW(20 dBm). Si

duplicamos la potencia del transmisor a 200W, agregamos 3 dB a 20 dBm que da 23

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dBm. De esta forma,

400mW dan 26 dBm y

800 mW dan 29 dBm.

Zona de Fresnel

CASO 1

Existe línea de vista, el radio enlace es “FACTIBLE”

CASO 2

No existe línea de vista, el radio enlace “NO ES FACTIBLE”

CASO 3

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El radio enlace es “CRITICO”

PRESUPUESTO DE ENLACE COMPLETO

El calculo de presupuesto de enlace es para estar seguro de que el margen en el

receptor es mayor que un cierto umbral, además la PIRE debe estar dentro de las

regulaciones. El margen de un presupuesto de enlace puede ser resumido de la

siguiente manera:

Margen = Potencia de Transmision[dBm]- perdidas en el Cable Tx[dB]+Ganancia de

antena Tx[dBi]- perdida en la trayectoria del espacio abierto [dB] + Ganancia de

antena Rx[dbi]- Perdida de cable Rx[dB] – sensibilidad del receptor [dBm].

LINEA DE VISTA

Los radio enlaces de microondas se realizan sólo si existe una vista del receptor (LOS, Line Of

Sight), proveen conectividad de una manera sencilla y práctica entre dos o más sitios. La línea de

visión (LOS) implica que la antena en un extremo del radio enlace debe poder "ver" la antena del

otro extremo.

El diseño de un radio enlace de microondas LOS involucra cuatro pasos básicos:

Elección del sitio de instalación

Relevamiento del perfil del terreno y cálculo de la altura del mástil para la antena

Cálculo completo del radio enlace, estudio de la trayectoria del mismo y los efectos a los

que se encuentra expuesto.

Prueba posterior a la instalación del radio enlace, y su posterior puesta en servicio con

tráfico real.

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Figura de una “Linea de Vista”

POTENCIA ENTRE TRANSMISOR (Tx) Y RECEPTOR (Rx)

Es la potencia isotropica y lo que se encuentra en el medio, se conforma las perdidas del medio y del sistema.

Lo=92.44 + 20*log(d)+20*log(f)

d = km f = GHz

LTotal = Lo – (GTx + GRx)+[ ∆LSis Tx+∆LSisRx]

GTx = Ganancia del Transmisor GRx = Ganancia del Receptor

∆LSis Tx+∆LSisRx= Atenuacion del sistema

Pen/dBm = Po-LTotal

Po/Bm= 10*log[PN/1x10-3]

Umbral de Ruido = -110 dBm

CALCULOS DE RADIO ENLACES EN FUNCION DE LA ALTURA DE LA TORRE

ro= ;

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C=Velocidad de la luz (3x108 m/s)F=Frecuencia(GHz)

∆h= h1 -

R’=KR ; R’=Radio de la Tierra ; K= R=6.73x106

Lo=92.44 + 20*log(d) + 20*log(f)

d=distancia totalf=Frecuencia

Ltotal =Lo – (Gtx+Grx) + [∆LSisTx+∆LSisRx]

Pen/dBm=Po-LTotal

Po/dBm = 10 log[PN/1x10-3]

MARCO PRACTICO

LINEA DE VISTA ( GOOGLE EARTH )

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Fig. 1 - CASA DE HUGO – REPETIDORA – EX_TRANCA KALAJAHUIRA

CALCULOS DE RADIO ENLACE - TRAMO 1

Fig. 2 - VISTA GOOGLE EARTH (CASA DE HUGO - REPETIDORA)

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Fig 2.1 - CALCULO DE RADIO ENLACES EN MATLAB - (TRAMO 1)

RESULTADOS DE CALCULOS DE RADIO ENLACE

hT1=0 - hT2=0

TRAMO 1 UBICACIÓN

CASA DE HUGO – REPETIDORA

DATOS

NUMERICO UNIDADES NUMERICO UNIDADES

d1 2.86 Km h1 4028 Km

d2 0.84 Km h2 4019 Km

f 7.2 GHz ho 3819 Km

PTx 3200 Mw Gtx+GRx 58 dBi

RESULTADOS


ro 5.20 m Lo 120.95 dB

∆h 201.78 m LTotal 67.95 dB

∆h > ro Pent/Tx -32.89 dBm

COMPARA FACTIBLE Pent/Tx > -110 dBm

UMBRAL FACTIBLE

TABLA DE RESULTADOS

hT1 hT2 ∆h UNIDADES

0 0 201.78 m

Fig 2.2

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hT1=12[m] - hT2=12[m]

TRAMO 1 UBICACIÓN

CASA DE HUGO – REPETIDORA

DATOS


d1 2.86 Km h1 4040 Km

d2 0.84 Km h2 4031 Km


PTx 3200 mW Gtx+GRx 58 dBi

RESULTADOS


ro 5.20 m Lo 120.95 dB

∆h 213.78 m LTotal 67.95 dB



UMBRAL FACTIBLE

TABLA DE RESULTADOS


12 12 213.78 m

Fig 2.3

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CALCULO DE PRESUPUESTO DE ENLACE DEL TRAMO 1

DATOS

CASA DE HUGO (Tx) - REPETIDORA(Rx)

LATITUD Y LONGITUD

Punto estación Tx : Latitud: 16o29.44’ 57’’ S Longitud: 68o09.48’ 47’’ O

Punto estación Rx : Latitud: 16o28.53’ 48’’ S Longitud: 68o07,57’ 77’’ O

GANANCIAS DEL SISTEMA

Potencia del Transmisor: 35 dBm = 3200mW

Ganancia de la antena Tx: 29 dBi

Ganancia de la antena Rx: 29 dBi

Ganancia Total: 93 dB

PERDIDAS DEL SISTEMA

Perdidas de Trayectoria(Lo): 120.95 dB

Atenuacion del sistema( ): 5 dB

Perdidas por conectores: 0.5 dB

Perdidas por cable coaxial 0 dB

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Perdidas totales 126.45 dB

CALCULOS DE RADIO ENLACE - TRAMO 2

Fig. 3 - VISTA GOOGLE EARTH (REPETIDORA- ex_tranca KALAJAHUIRA)

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Fig 3.1 - CALCULO DE RADIO ENLACES EN MATLAB - (TRAMO 2)

RESULTADOS DE CALCULOS DE RADIO ENLACE

hT1=0 - hT2=0

TRAMO 2 UBICACIÓN

REPETIDORA – ex_tranca KALAJAHUIRA

DATOS


d1 4.21 Km h1 4019 Km

d2 0.95 Km h2 3997 Km


PTx 3200 Mw Gtx+GRx 58 dBi

RESULTADOS


ro 5.72 M Lo 123.71 dB

∆h 32.60 M LTotal 70.71 dB



UMBRAL FACTIBLE

TABLA DE RESULTADOS


0 0 32.60 m

Fig 3.2

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hT1=12[m] - hT2=12[m]

TRAMO 2 UBICACIÓN

REPETIDORA – ex_tranca KALAJAHUIRA

DATOS


d1 4.21 Km h1 4031 Km

d2 0.95 Km h2 4009 Km


PTx 3200 mW Gtx+GRx 58 dBi

RESULTADOS


ro 5.72 m Lo 123.71 dB

∆h 44.60 m LTotal 70.71 dB



UMBRAL FACTIBLE

TABLA DE RESULTADOS


12 12 44.60 m

Fig 3.3

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CALCULO DE PRESUPUESTO DE ENLACE DEL TRAMO 2

DATOS

REPETIDORA (Tx) – EX_TRANCA_KALAJAHUIRA (Rx)

LATITUD Y LONGITUD

Punto estación Tx : Latitud: 16o28.53’ 48’’ S Longitud: 68o07.57’ 77’’ O

Punto estación Rx : Latitud: 16o27.11’ 17’’ S Longitud: 68o05,42’ 42’’ O

GANANCIAS DEL SISTEMA

Potencia del Transmisor: 35 dBm = 3200mW

Ganancia de la antena Tx: 29 dBi

Ganancia de la antena Rx: 29 dBi

Ganancia Total: 93 dB

PERDIDAS DEL SISTEMA

Perdidas de Trayectoria(Lo): 123.95 dB

Atenuacion del sistema( ): 5 dB

Perdidas por conectores: 0.5 dB

Perdidas por cable coaxial 0 dB

Perdidas totales 129.21 dB

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CARACTERISTICAS DEL LINEAR (Tx/Rx)

LINEAR(Tx-Rx)

LINEA FACILE

µPROCESSED RADIO

NUMERO DE SERIE: JK-00341 (RX)

NUMERO DE SERIE:JB-0042(Tx)

FRECUENCIA DE SALIDA: 7.0 A 7.4 GHZ (Tx/Rx)

POTENCIA Tx: 3200mW

CONECTOR DE ENTRADA: N HEMBRA(Tx/Rx)

SALIDA DEL CONECTOR: 1,0 a 1,5 GHz / N HEMBRA

IMPEDANCIA CONECTORES: AUDIO=600 Ohms - VIDEO 75 Ohms

Fig. LINEAR

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PROGRAMA DE ‘CALCULO DE RADIO ENLACES’ EN MATLAB

fig. Programa Realizado Por Hugo C. Santos Ch.

CONCLUSIONES

Para realizar un buen calculo de radio enlace se debe tomar en cuenta todos los equipos necesarios para su buen funcionamiento al igual que un presupuesto acorde a las necesidades, tomando en cuenta las ganancias y perdias ya sea del Transmisor y del Receptor.

La representación de estos cálculos se lo realizo en MatLab que ya fue programado, para asi poder realizar los debidos cálculos con precisión y de esta forma ser mas eficiente al momento de realizar los cálculos que se requieren para un enlace de radio frecuencia.

El uso de todas las formulas para los repectivos cálculos es una forma de estimar la precisión para una buena Transmision y/o recepción, para lo cual se utilizo el google Earth como mapa geográfico de los puntos de Transmision y recepción al igual que el punto donde se encuentra la repetidora dándonos latitud y longitud y las distancia respectivas y las elevaciones.

Bibliografía Ing.Raul Pinto.Apuntes de Clase,Udabol,2011 http://earth.google.com/intl/es/license.html It46.s6/courses2/wireless/calculator/en/

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www.LINEAR.com.br Aprenda Matlab 7.0 , Javier García de Jalón, José Ignacio Rodríguez y Jesús Vidal,

ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIERIA INDUSTRIAL, Universidad Politécnica de Madrid,2005

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