Documentación de Radioenlaces .

Aquí teneis documentación que nos pasa Germán para nuestra próxima visita el 21-22 de Diciembre.

ENLACES

Autor: Germán Arcenegui Herce

El radioenlace es una transmisión de ondas de radio, altamente directiva, en  una frecuencia alta, comprendida entre 1 y 50 GHz. En la que un campo eléctrico E variable en tiempo, produce un campo magnético H  también variable en tiempo, en la que recíprocamente un H produce un E, este proceso cíclica produce un campo electromagnético que son las ondas de radio, con una dirección de propagación determinada que es la perpendicular entre ellas.

Estas ondas de radio se propagan a la velocidad de la luz, y tiene las mismas características y comportamiento que la luz, diferenciándose  por su menor valor de frecuencia y lógicamente mayor longitud de onda que la luz repercutiendo en situaciones prácticas

1. Esquema de un radio enlace:

• Antenas : parabólicas, panel, logoperiadicas,  Yagis, coloniales
• Cables o líneas de transmisión : cables coaxiales, guías de ondas , líneas rígidas
• TX  su característica principal seria su potencia nominal / RX su característica principal seria la sensibilidad y margen dinámico

2. Tipos de radioenlaces

• Según su uso : Terrestres  y satélites y dentro estas dos modalidades pueden ser unidireccionales o bidireccionales
• Según su arquitectura : Salida frecuencia fundamental con  IDU  y salida FI con ODU exterior
• Según su modulación : Digitales  y analógicos
• Según frecuencia : Dependiendo del rango de frecuencia (Bandas)

3. Conceptos básicos de RF

• Potencia, Amplitud TX / RX, conversión de ,dbm / dbuv / W
• Antenas :Ganancia de las antenas db /dbi, elipsoide de Fresner fenómeno de resonancia de una antena y conceptos de Adaptación (ROE) de una antena y perdidas de inserción

• Perdidas de un enlace: Los parámetros que aportan perdidas , o sea valores negativos para el cálculo de un vano de un radioenlaces son los siguientes :

-ATT Espacio Libre : Provocado por el fenómeno de absorción de las ondas electromagnéticas donde estas al paso por el medio de propagación el aire se transfieren energía

-Perdidas de los cables  y perdidas de inserción, de los elementos que componen las líneas de transmisión y desadaptación de impedancia o ROE

- Perdidas por fenómenos atmosféricos

-Perdidas por obstáculos

4. Elementos de RF

• Cables coaxiales, guías de onda, LNA/LNB, filtros , circuladores, conectores.

5. Propiedades de las Ondas de Radio

Las ondas de radio cuando se propagan están sometidas a una serie de efectos  que son:

• Absorción :     Por lo que el clima puede hacer caer un radioenlace

• Transmiten o transfieren energía por el medio cual viajan donde el metal y agua son absorbentes al igual que un muro para la luz:

Metal: Los electrones se mueven libremente por él, resonando y oscilando según su composición y forma por lo son capaces de adsorber o proyectar la energía de una onda que lo atraviese

Agua: La energía de las microonda agitan las moléculas de agua, capturando su energía

La mayor absorción se produce a 22GHZ con el vapor de agua, la niebla y la lluvia hacen que las ondas se dispersen provocando una atenuación

Rocas , ladrillo, madera: El nivel de atenuación o sea adsorción de energía ,depende de su composición de agua , concretamente los arboles causan de 10 a 20 db de ATT por cada uno y los muros de 10 a 15 db dependiendo de su grosor y composición

Plástico: No adsorbe energía dependiendo de su composición y forma

El cuerpo humano: Si adsorbe RF ya que contiene agua en su mayor medida

º

• Reflexión :     Este fenómeno se utiliza para las antenas parabólicas

Las ondas se reflejan en las superficies de metal , agua y suelo con el mismo ángulo que impactan

Esto mismo sucede en rejillas  metálicas y  agujeros que sean más pequeños que la longitud de onda

Este fenómeno de reflexión provoca un desfase de la onda de 180º cambiando su polaridad, siempre que sean completamente planas

Pero cuando estas son rugosas se provoca una reflexión difusa donde la onda se dispersa y atenúan el nivel de campo recibido en el receptor. Esto es debido a que al receptor le  llegan señales por múltiples caminos, en tiempo diferente y fase cuando estas son opuestas se restan a esto se le llama multitrayecto este efecto puede llegar a producir desvanecimientos de la señal del enlace

• Refracción :    Los cambios de las condiciones atmosféricas varían la velocidad de propagación de un enlace

Las ondas de radio desvían su trayectoria cuando pasan por un medio de diferente densidad cambiando su velocidad de propagación

Las ondas se refractan en la atmosfera cuando la densidad del aire disminuye con el incremento de  altura  Esto es debido a la reducción de presión ,humedad y temperatura ,  haciendo que se refracte, doblándose la onda  asía la tierra  , esto puede hacer que un radar tierra aire tenga mayor alcance cuando se produce el fenómeno de inversión térmica

• Difracción o esparcimiento  :

Las ondas al chocar con un objeto se esparce en todas direcciones

Este efecto es mayor cuando la superficie tiene bordes afilado, siendo el tamaño de este borde menor a la longitud de onda que choca

Teniendo menor valor de amplitud la onda resultante, que la original que choca

• Interferencia :

El choque de una onda con otra se restan  o suman dependiendo de la relación de fase entre ellas

Para que esto suceda tienen que tener la misma amplitud, longitud de onda, o sea frecuencia  y misma relación de fase constante

Este fenómeno se utilizan de manera constructiva (suma)en las emisiones de enlaces con modulación digital ya que estas van moduladas en fase amplitud o fase frecuencia

O también en la combinación de antenas y  array de elementos y antenas

Conceptos importantes en la propagación de las microondas

• Línea de vista : Las antenas tiene que tener línea de visibilidad ya que se propagan en línea recta , estando limitado por la curvatura de la tierra

-Horizonte óptico

-El Horizonte de Radio se amplía con respecto a la línea de vista , por el fenómeno de refracción (por cambios de densidad de la atmosfera) siendo este de 1/3 mas ,aproximadamente, por lo que se le aplica el factor corrector de  K=4/3, resultando:

• Zona de Fresner:

Un enlace necesita línea de vista con un poco de espacio alrededor libre de obstáculos llamado primera zona de fresnel , esta es la más importante ya que en ella se encuentra el 50% de la potencia transmitida. Por lo que si se encontrara un obstáculo en dicha zona, esta generaría otras ondas difractadas y en consecuencia desfasadas 180º por el obstáculo dentro de  la  1ª zona de Fresner, pudiendo provocar interferencias  al recibirse en el receptor varias ondas desfasadas, anulándose y reduciendo la potencia recibida

Este fenómeno es inversamente  proporcional a la distancia del objeto y en la práctica es necesario al menos tener el 60% libre en la 1ª zona fresner para que no afecte a los cálculos de atenuación espacio libre

El valor resultante, dependerá también de la frecuencia o longitud de onda, según la formula

Ejemplo 1:

Por lo que a una frecuencia de 6 GHz con una distancia al obstáculo de 10Km necesitaremos al menos

F1=11,62 m de la línea de vista al obstáculo en una distancia total de r= 40 Km

Ejemplo 2:

A una frecuencia de 2,4 y 3 Km de distancia las antenas deben de estar al menos a 5,8 m de altura

Ejemplo 3:

A una frecuencia de 2,4 y 0,7 Km las antenas tienen que estar al menos a 7m

Ejemplo 4:

Por lo que a una frecuencia de 2,4 GHz con una distancia al obstáculo de 400m necesitaremos al menos

F1=6,41m de la línea de vista al obstáculo en un distancia total r= 1,4Km

• Perdidas Espacio Libre :

Es la razón entre la potencia transmitida y potencia recibida obtenidas al combinar las ecuaciones de las ganancias de las antenas para una distancia y frecuencia determinada

Ejemplo 1:

Un TX de 6 GHz ,con una antena de 25dbi está separado 40Km del RX con antena de 20dbi el RX le llegara una señal de -62 dbm

7. Cálculo del presupuesto de potencia

Es la manera de calcular la viabilidad de un vano de un enlace. Para ello debemos conocer y calcular los siguiente parámetros y valores :

-Potencia del transmisor en dbm y frecuencia

-Sensibilidad del receptor en dbm normalmente entre- 70 y -95 dbm

-Ganancia de las antenas TX y RX , estos son pasivos los valores depende de su morfología y tipo por lo normal según el tipo las omnidireccionales tiene una G de 5 a 12dbi las sectoriales de 12 a 15dbi y las parábolas  de 19 a 24dbi

-Perdidas espacio libre

-Perdidas por medio ambiente ,dispersión , desvanecimiento  esto es debido a el multitrayecto y las condiciones climáticas de la zona y el momento

La experiencia dice que hay que prever 20 db de margen para estas posibles condiciones a modo que se garantice el servicio del enlace

CONCLUSIONES

Consideraciones que debemos tener a la hora de planificar un enlace:

• Clima : Lluvia , humedad relativa , vapores
• Atura de las antenas en los puntos de RX /TX
• Terreno ,orografía, obstáculos (difracción )comprendido en el 60% de la 1º zona Fresner de los puntos RX/TX
• Las perdidas serán ocasionadas por los siguientes factores :

- ATT espacio libre, adsorción

- Desajustes de Angulo y orientación

- Desvanecimiento por multitrayecto

PARAMETROS DE CALIDAD DIGITALES DVB

MER:

Informa de la exactitud de una constelación digital permitiendo evaluar la calidad de la señal digital, pero con este valor no se puede evaluar los ruidos transitorios

En este valor expresado en db, está implícito la demodulación y todo tipo de deterioros de la señal como ruido, errores de fase (I) y cuadratura (Q), los valores típicos RX son:

• DVBT  -------------   23db
• DVBT2  ------------- 28db
• DVBS    -------------  11db

MR:

Margen que excede al mínimo de la calidad aceptable de Mer, por lo que si se producen pérdidas    superiores a ese margen la señal no se decodificaría

SNR:

Es la relación de señal ruido, se usa para medir la intermodulaciones laterales del transmisor, cuando                     este valor es elevado afectaría a la Mer, y es causa de sobre amplificación  los niveles típicos son de 32db

C/N:

Relación de portadora a ruido, relacionados a Fase I /Q cuadratura de todas las múltiples (2K ,8K) portadoras que forman la portadora

Este parámetro va relacionado  al transmisor y no implícito en la demodulación su valor mínimo es 20-25db

CBER:

Tasa de error antes de la demodulación, los valores van de 1x10-2 a 1x10-4

VBER:

Tasa de error después de la demodulación una vez aplicada la corrección de Vitervi, los valores van de 1x10-4 a 1x10-7