UNIVERSIDAD NACIONAL JOS FAUSTINO SNCHEZ CARRIN
FACULTAD DE INGENIERA INDUSTRIAL, SISTEMAS E INFORMTICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA ELECTRNICA
ENLACE VIA MICROONDAS
ALUMNO: CASTRO MANDAMIENTO IVAN
DOCENTE: ING. DELVIS MORALES ESCOBAR
HUACHO 2013
INTRODUCCIN
Actualmente, los sistemas de difusin de radiomicroondas
terrestres proporcionan menos de la mitad del recorrido total de
los circuitos de los mensajes en casi todo el mundo. Sin embargo,
en determinado momento los sistemas de microondas llevaban la
mayora de las comunicaciones de larga distancia para la red de
telfonos pblicos, agencias militares y gubernamentales y redes
especializadas para comunicaciones privadas. Existen muchos tipos
de diferentes de sistemas de microondas que operan sobre distancias
que varan desde 15 a 4000 millas en longitud. Los sistemas de
servicio interestatal o servicio de alimentador, por lo general se
consideran dentro de la categora de corto alcance porque se
utilizan para distancias relativamente cortas. Los sistemas de
radio de largo alcance son aquellos que utilizan para distancias
relativamente largas, como para las aplicaciones interestatales.
Las capacidades de los sistemas de microondas varan desde menos de
12 canales de banda de voz a ms de 22,000. Los primeros sistemas de
radio por microondas transportaban circuitos de banda de voz
multicanalizadas por divisin de frecuencias no coherente. Los
sistemas de microondas desarrollados ms recientemente llevan
circuitos de banda de voz con multicanalizacin por divisin de
tiempo modulados con cdigos de pulsos y utilizan tcnicas de
modulacin digital ms modernas.
DEFINICIN DE MICROONDAS Y RADIOENLACE
MICROONDAS Las microondas son ondas electromagnticas cuyas
frecuencias van desde unos 300MHz hasta 300GHz o ms. Por lo tanto,
a causa de sus altas frecuencias, tienen longitudes de onda
relativamente cortas, de ah el nombre micro ondas. Por ejemplo, la
longitud de onda de una seal de microondas de 100GHz es de 0.03cm,
mientras una seal de 100MHz, como la banda comercial de FM, tiene
una longitud de 3m. Las longitudes de frecuencias de microondas se
pueden considerar menores a 60cm, un poco mayores que la energa
infrarroja.
RADIOENLACE Por enlace o radioenlace se entiende el tramo de
transmisin directa entre dos estaciones adyacentes, ya sean
terminales o repetidoras, de un sistema de microondas. El enlace
comprende los equipos correspondientes de las dos estaciones, como
as mismo las antenas y el trayecto de propagacin entre ambas. Hay
muchos tipos de sistemas de microondas funcionando a distancias que
varan de 25km a 6437km. En general en los sistemas de microondas se
requiere la operacin dplex, para esto cada banda de frecuencias se
divide a la mitad, y la mitad inferior se llama banda baja y la
banda superior se llama banda alta.
IMPORTANCIA DE LOS ENLACES DE MICROONDAS TERRESTRES Los enlaces
punto a punto juegan un papel muy importante en las
telecomunicaciones. Constituyen una manera de comunicar dos puntos
a diferentes distancias; as los enlaces punto a punto se han
convertido en un medio de comunicacin muy efectivo en redes
metropolitanas para interconectar puntos como bancos, mercados,
tiendas departamentales, radio bases celulares, etc., sobre
distancias moderadas y a travs de obstculos como autopistas,
edificios, ros, etc.
CONFIGURACION BASICA DE UN ENLACE DE MICROONDAS Bsicamente un
enlace va microondas consiste en tres componentes fundamentales: El
Transmisor, El receptor y El Canal Areo. El Transmisor es el
responsable de modular una seal digital a la frecuencia utilizada
para transmitir, El Canal Areo representa un camino abierto entre
el transmisor y el receptor, y como es de esperarse el receptor es
el encargado de capturar la seal transmitida y llevarla de nuevo a
seal digital. El factor limitante de la propagacin de la seal en
enlaces microondas es la distancia que se debe cubrir entre el
transmisor y el receptor, adems esta distancia debe ser libre de
obstculos. Otro aspecto que se debe sealar es que en estos enlaces,
el camino entre el receptor y el transmisor debe tener una altura
mnima sobre los obstculos en la va, para compensar este efecto se
utilizan torres para ajustar dichas alturas. El problema
fundamental de este tipo de comunicacin es la atenuacin, que
depender de la longitud de onda que estamos utilizando, as como las
condiciones meteorolgicas ya que por ejemplo a partir de los 10 GHz
aumenta mucho la atenuacin a causa de la lluvia.
En los sistemas de microondas las seales tienen variaciones que
son debidas a cambios instantneos en los medios de transmisin, es
decir a la constante dielctrica la cual depende de la altura sobre
la Tierra.
Si la tierra no tuviera atmsfera los haces se propagaran en lnea
recta pero debido a la variacin del ndice de refraccin loa haces
tendr una determinada curvatura es por ello que el diseo de un
enlace de microondas requiere una correccin de perfil; el perfil
esencialmente asegura que la trayectoria del haz estar libre de
obstrucciones.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN ENLACE DE MICROONDAS TERRESTRE
VENTAJAS DE LOS ENLACES MICROONDAS Los radios de microondas
propagan seales a travs de la atmsfera terrestre, entre
transmisores y receptores que con frecuencia estn en la punta de
las torres. As los sistemas de radio de microondas tienen la
ventaja obvia de contar con capacidad de llevar miles de canales
individuales de informacin entre los puntos, sin necesidad de
instalaciones fsicas como cables coaxiales o fibras pticas. Adems,
las ondas de radio se adaptan mejor para salvar grandes extensiones
de agua, montaas altas o terrenos muy boscosos que constituyen
formidables barreras para los sistemas de cable. Entre las ventajas
del radio de microondas estn las siguientes:
1. Los sistemas de radio no necesitan adquisiciones de derechos
de va entre estaciones. 2. Cada estacin requiere la compra o
alquiler de slo una pequea extensin de terreno. 3. Por sus grandes
frecuencias de operacin, los sistemas de radio de microondas pueden
llevar grandes cantidades de informacin. 4. Las frecuencias altas
equivalen a longitudes cortas de onda, que requieren antenas
relativamente pequeas. 5. Las seales de radio se propagan con ms
facilidad en torno a obstculos fsicos, por ejemplo a travs del agua
o las montaas altas. 6. Para amplificacin se requieren menos
repetidoras. 7. Las distancias entre los centros de conmutacin son
menores. 8. Se introducen tiempos mnimos de retardo. 9. Entre los
canales de voz existe un mnimo de diafona. 10. Son factores
importantes la mayor fiabilidad y menor mantenimiento. 11. Puede
superarse las irregularidades del terreno. 12. Puede aumentarse la
separacin entre repetidores, incrementando la altura de las
torres.
DESVENTAJAS DE LOS ENLACES MICROONDAS 1. Explotacin restringida
a tramos con visibilidad directa para los enlaces (necesita
visibilidad directa)2. Necesidad de acceso adecuado a las
estaciones repetidoras en las que hay que disponer. 3. Las
condiciones atmosfricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos
y desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de
diversidad y equipo auxiliar requerida, supone un importante
problema en diseo.
NDICE DE REFRACCIN TROPOSFERICA Los efectos de la atmsfera, a
las frecuencias de microondas se deben a las variaciones de la
constante dielctrica, o bien del ndice de refraccin n del medio con
respecto a la altura sobre la tierra. Sabemos que el ndice de
refraccin (n) es la relacin de la velocidad de una onda
electromagntica viajando en el vaco relativo a la velocidad con que
viajara en un medio finito. Sabemos que la atmsfera esta formada
por capas esfricas que dependen de la temperatura, la presin de la
atmsfera y la humedad.
ZONAS DE FRESNEL Bajo condiciones normales atmosfricas, el
terreno tiene dos efectos sobre las prdidas de propagacin en un
sistema de microondas. 1. rboles, edificios, colinas, o la tierra;
pueden bloquear una porcin del rayo que transporta la microonda y
pude causar prdidas de obstruccin (adicional a la atenuacin en el
espacio libre). 2. Una gran seccin plana de terreno o agua puede
reflejar una segunda seal para la antena receptora. La seal
reflejada podra llegar fuera de fase con la seal directa,
resultando as una atenuacin adicional que puede cancelar la seal
(interferencia). La difraccin en una onda de radio ocurre cuando la
onda encuentra un obstculo que es igual de grande en comparacin con
la longitud de onda del rayo. Por debajo de los 1000 MHz existe una
difraccin o encurvamiento de un obstculo con el incremento de la
atenuacin como funcin de la obstruccin del obstculo. Por arriba de
los 1000 MHz, con el incremento de la obstruccin, la atenuacin
crece mucho ms rpidamente hasta que el trayecto se hace ms inusual.
La cantidad actual de prdidas por obstruccin es dependiente del rea
del rayo obstruido en relacin con el rea total frontal de la energa
propagada y de las propiedades de difraccin de la obstruccin.
En la figura 3.7 se muestra la teora de onda de Huygens-Fresnel
que plantea que el campo electromagntico en el punto S2 es debido a
la suma de los campos causados por la radiacin de pequeas reas que
se incrementan sobre una superficie cercana sobre el punto S1 se
hace S1 sea la nica fuente de radiacin.
Las Zonas de Fresnel forman una serie de crculos concntricos
imaginarios entre el transmisor y el receptor de radio rn . La
posicin de las zonas depende de la longitud de onda. Cada zona
contiene componentes que viajan por trayectos que no tienen ms de
media longitud de onda de diferencia entre s a lo largo de toda la
longitud. La superficie de fase constante es llamada frente de
onda. Si las distancias r2 de varios puntos sobre el frente de onda
a S son consideradas, las contribuciones al campo de S se ven como
22 componentes que se sumaran vectorialmente de acuerdo con la
diferencia de sus fases relativas.
PERFIL TOPOGRAFICO Antes que nada para realizar un enlace de
microondas es necesario saber la altura de la superficie terrestre,
desde el punto inicial en el que va a estar el transmisor (Km 0)
hasta el punto final donde se va encontrar el receptor (Km n), por
lo cual ser necesario contar con un mapa topogrfico.
El perfil se hace marcando sobre el mapa una lnea recta, siendo
esta nuestra lnea de vista, desde el punto inicial hasta el punto
final del enlace. A continuacin marcamos puntos discretos sobre
nuestra lnea de vista, estos puntos deben ser tomados 250m entre
punto y punto, la figura muestra la lnea de vista trazada sobre el
mapa topogrfico.
Teniendo ya nuestros puntos sobre nuestra lnea de vista
procederemos a localizar la altura superficial de estos puntos,
para despus graficar el relieve de la lnea de vista.
Un mapa topogrfico cuenta con curvas de nivel acotadas en
metros, en la figura 4.2 las lneas A y B representan las curvas de
nivel acotadas en 100m, las lneas X representan las curvas de nivel
ordinarias y estas estn acotadas en 20m. Estas curvas representan
la altura del relieve sobre el nivel del mar, a esta altura le
llamaremos Ci. Ahora bien, como se muestra en la figura 4.2 si un
punto 1 cae sobre la curva de nivel A tendr una altura Ci de 5000m,
si cae en la lnea X1 tendr una altura Ci de 5020m
Obteniendo la altura de nuestros puntos de referencia
graficaremos Ci con respecto a la distancia Xi, donde Xi son los
puntos de referencia, o bien la distancia que hay desde el Km0 y el
punto de referencia que se quiere graficar como se muestra la
figura.
ZONA DE FRESNEL Uno de los objetivos de un buen enlace de
microondas es dejar libre la primera zona de Fresnel, esto quiere
decir dejar completamente libre el lbulo de radiacin de cualquier
obstculo de la superficie terrestre, y suficientemente bajo para
eliminar la segunda zona de fresnel. En la figura muestra el lbulo
de radiacin de la primera zona de fresnel y el lbulo de la segunda
obstruido, siendo este un enlace ideal.
El clculo para obtener las Zonas de fresnel esta dado por la
siguiente formula:
donde: n = nmero entero de la Zona de Fresnel que se desea
calcular. = longitud de onda (m) d1= distancia del punto 0 al Km
donde quiero conocer la zona de fresnel (m) d2= distancia del punto
evaluado al final del enlace (m) dt= distancia total del enlace
(m)
Los valores obtenidos de rn en cada punto evaluado son los
radios de los crculos concntricos que forman la zona de fresnel, en
nuestro caso estos radios sern tomados perpendicularmente sobre la
lnea de vista en el extremo superior e inferior del punto
evaluado.
TAMAO DE TORRESEl tamao de torres del transmisor y el receptor
del enlace depender de la altura mxima de obstruccin, siempre y
cuando la altura de obstruccin no rebase los 120m. Esto quiere
decir, que la altura de torres propuesta para el enlace deber ser
directamente proporcional a la altura mxima de obstruccin. Sin
embargo, si la obstruccin es menor a 15m la altura de la torre
siempre ser de 15m. La figura muestra que la obstruccin mayor es de
23m por lo que el tamao de las torres del transmisor y receptor ser
de 23m.
REPETIDOR Ahora bien, si la altura de obstruccin es mayor a
120m, ser necesario proponer un repetidor en el punto en el cual se
encuentra la mayor obstruccin del enlace total, formando as dos
subenlaces, que sera del transmisor al repetidor y del repetidor al
receptor. Para saber el tamao de las torres del enlace nuevamente
se establecer la lnea de vista, del punto en el cual se encuentra
el transmisor al punto en el cual se ubicara el repetidor, y de
este al punto en el cual se situara el receptor que es el final de
nuestro enlace, teniendo as dos lneas de vista y se calculara su
respectivo lbulo de radiacin para cada subenlace localizando el
punto de mayor obstruccin y siguiendo los mismos parmetros para el
clculo de altura de torres de un enlace normal.
Conociendo la altura de torres se trazara nuevamente la lnea de
vista de antena a antena con su lbulo de radiacin correspondiente
con el fin de comprobar que nuestro enlace esta libre de
obstruccin. Por ejemplo de la figura 4.9 el enlace final quedara de
la siguiente manera ver figura.
ENLACE DE 2 ANTENAS PUNTO A PUNTO
DEFINICIN DE RUTA Y CARTA TOPOGRFICAAntes que nada para realizar
un enlace de microondas es necesario saber la altura de la
superficie terrestre, desde el punto inicial en el que va a estar
el transmisor (Km 0) hasta el punto final donde se va encontrar el
receptor (Km n), por lo cual ser necesario contar con un mapa
topogrfico.Los sistemas de microondas utilizan transmisin de lneas
de vista. Tiene que haber una ruta de seal directa, de lnea de
vista entre las antenas de transmisin y recepcin. En consecuencia,
si esa ruta de seal experimenta una degradacin severa, ocurrir una
interrupcin del servicio. La diversidad sugiere que hay ms de una
ruta de transmisin o mtodo de transmisin disponible, entre un
receptor y un transmisor. En un sistema de microondas, el propsito
de utilizar la diversidad es incrementar la confiabilidad del
sistema incrementando su disponibilidad. Cuando hay disponible ms
de una ruta de transmisin o mtodo de transmisin, el sistema puede
seleccionar la ruta de transmisin o mtodo que produce la seal de ms
alta calidad recibida. Por lo general se determina la calidad, ms
alta evaluando la relacin de portadora de ruido (C/N) en la entrada
del receptor o simplemente midiendo la potencia recibida de la
portadora. Aunque hay muchas formas de lograr la diversidad, los
mtodos ms comunes que se utilizan son la frecuencia, el espacio y
la polarizacin. La ruta que presenta este trabajo para el enlace de
dos ciudades Huacho y Huaura ha sido diseado con respaldo de
clculos matemticos y de un amplio estudio de campo.
ENLACE HUACHO - HUAURA
LugarDistanciaAltura
P1San Judas Tadeo (Huacho)0 Km30 m
P2El Milagro (Huaura)6.38 Km34 m
CIUDAD DE HUACHO:Altura : 30 m.s.n.m.
CIUDAD DE HUAURA:Altura : 34 m.s.n.m
De losdatosobtenidos por elGPS, y del plano topogrfico tanto
latitud como longitud coinciden, por lo que del plano se tiene que
la distancia entre los puntos de operacin ser de 6.38 km Y tenemos
lo siguiente:Longitud de Enlace : 6.38 KmFrecuencia :
2400.0MHZFresnel : 60.0%
CALCULO DE LA LONGITUD DE ONDA
= c / fDonde:f = frecuencia (hertz) = longitud de onda (metros)
c = velocidad de la luz en el espacio libre (3x 108 m/s)
= 300000000/2400000000 = 0.125m
RADIODE FRESNEL A CALCULAR PARA EL ENLACEEl radio de la seccin
transversal de la primera zona de Fresnel tiene su mximo en el
centro del enlace. En este punto, el radio r se puede calcular como
sigue.
Donde: r = radio en metros (m)d = 6.38distancia en kilmetros
(Km)f = 2400frecuencia transmitida en megahercios (MHz)
reemplazando:
r = 14.12m
CALCULO DEL RADIO DE FRESNEL Elanlisisde la influencia de los
obstculos se realiza mediante los elipsoides de Fresnel,
considerndose que la propagacin se efecta en condiciones de
visibilidad directa si no existe ningn obstculo dentro del primer
elipsoide. Debido alcarcteroscilatorio del campo, es innecesario
que el trayecto pase muy por encima de los obstculos. Basta
trabajar en el entorno de la primera zona de Fresnel, por lo que se
suele usar como parmetro de referencia.Cuando el rayo pasa cerca de
un obstculo o es interceptado por este, experimenta una prdida
debida a la difraccin. Se denomina "despejamiento" a la
distanciahentre el rayo y el obstculo. La ITU-R considera, por
convenio,h>0 cuando hay interceptacin del rayo yh