3.-_estud

PRESENTADO POR: M. en C. ARTURO DOMINGUEZ R.

ESTUDIO DE PROPAGACION

ENLACE DE MICROONDAS


Sistema de comunicación genérico

TXCircuito

de acoplo

Circuito de

acoplo

RXCircuito

de acoplo

Circuito de

acoplo

Pet Pt’ Pt Pr Pr1 Pdr

Ltt Lat Lb Lar LtrGt Gr


VF: INTERFAZ DE CANAL O FRECUENCIAS VOCALES.

BB: INTERFAZ DE BANDA BASE

RF: INTERFAZ DE RADIOFRECUENCIA.

FI: INTERFAZ DE FRECUENCIA INTERMEDIA


Modulos de una estación terminal

Tratamiento de la señal

Modulador

I.- TRANSMISOR

Banda Base

Conv.

Elev. De

Frec.

Ampl.

Pot.Filtro

(1)

(2) (2)

(1)

LTT GT

PT


I.- TRANSMISOR

I.1 Potencia de transmisión PT (dBm)

La potencia de transmisor es usualmente especificada en la salida del modulo del transmisor se expresa en dBm.

Esta potencia es configurable en la mayoría de los equipos de microondas.

Su valor viene dado en las hojas de especificaciones de los equipos


I.- TRANSMISOR

I.2 Perdidas en las terminales del transmisor LTT (dB)

Son las perdidas que se tienen en los circuito utilizados para el acoplamiento del transmisor y la antena

Se obtiene mediante la siguiente expresión:

LDFT (dB): Perdida en duplexores, circuladores y filtros del trasmisor

(dB/m): Atenuación del alimentador de antena por unidad de longitud

It (m): Longitud de la línea de transmisión que alimenta a la antena

))(( ttDFTTT LLL

t


I.- TRANSMISOR

Resistencia de radiacion de la antena

No toda la potencia suministrada a la antena se irradia. Parte de ella se convierte en calor y se disipa. La resistencia de radiación es una resistencia de la antena en ca y es igual a la relación de la potencia radiada por la antena al cuadrado de la corriente en su punto de alimentación. Matemáticamente, la resistencia de radiación es:

donde:

Rr= Resistencia de radiación (ohms)P = Potencia radiada por la antena (Watts)I = Corriente de la antena en el punto de alimentación (Amperes)

2I

PRr


I.- TRANSMISOR

I.3 Perdidas por elementos disipativos de la antena Lat (dB)

Un parámetro característico de todas las antenas es el RENDIMIENTO que se define como la porción de la potencia entregada a la antena y la que esta radia al espacio. Esto constituye unas perdidas que se tienen en cuenta en este bloque.El rendimiento de la antena n es:

Donde PD es la potencia disipada en la resistencia de la antena.Podemos expresar las pérdidas de la antena transmisora como:

Expresado en dB:

Dt

t

PP

P

atatl

1

atatL

1log10


I.- TRANSMISOR

I.4 Ganancia de la antena Transmisora Gt (dB)

Es el cociente entre la densidad de potencia radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.


I.- TRANSMISOR

I.4 Ganancia de la antena Transmisora Gt (dBi)

Las antenas que se utilizan en los radioenlaces son normalmente reflectores de bocina o antenas parabólicas alimentadas en el foco.

Para enlaces superiores a los 2 GHz, las antenas no suelen tener un diámetro mayor a 3 metros.

En el diseño de radioenlaces tienen importancia especialmente tres parámetros, Ganancia, Anchura del Haz y Diagrama de Radiación.

La ganancia se obtiene en este caso por medio de la siguiente formula:

D: es el diámetro de la antena

K: Rendimiento de la antena

f=: frecuencia de operación

Nota: El ancho del haz es muy estrecho, por lo que para aprovechar el máximo, la ganancia de la antena se hace necesaria una gran precisión en su orientación.

)(20)(20104.20)( GHzLogfmLogDLogkdBGt


II.- PERDIDAS EN EL MEDIO DE PROPAGACION.

II.1 PERDIDAS EN EL ESPACIO LIBRE

II.2 PERDIDAS POR REFLEXION Y DIFRACCION (ZONAS DE FRESNEL)

II.3 PERDIDA POR DESVANECIMIENTOS.

II.4 PERDIDAS POR LLUVIA

II.5 PERDIDAS POR RABSORCION DE GASES Y VAPORES ATMOSFERICOS.


Modulos de una estación terminal

Demodulador AMPL. FREC. INTERMEDIA

III.- RECEPTOR

MEZCL. DE FREC.

Ampl.

RFFiltro

(1)

(2) (2)

(1)

LTR GR

PR

Rx Tx

SEÑAL BANDA BASE

FACTOR DE RUIDO

RFFIBB

Tratamiento de la señal

Señal banda base


I.- RECEPTOR

I.4 Ganancia de la antena Receptora Gr (dB)

Es el cociente entre la densidad de potencia radiada en una dirección y la densidad de potencia que radiaría una antena isotrópica, a igualdad de distancias y potencias entregadas a la antena.

La ganancia se obtiene en este caso por medio de la siguiente formula:

D: es el diámetro de la antenaK: Rendimiento de la antenaf=: frecuencia de operación

)(20)(20104.20)( GHzLogfmLogDLogkdBGr


I.- RECEPTOR

I.3 Perdidas por elementos disipativos de la antena Lar (dB)

Un parámetro característico de todas las antenas es el RENDIMIENTO que se define como la porción de la potencia entregada a la antena que esta radia al espacio. Esto constituye unas perdidas que se tienen en cuenta en este bloque.

Podemos expresar las pérdidas de la antena receptora como:

Expresado en dB:ar

arl 1

ararL

1log10


I.- RECEPTOR

I.2 Perdidas en las terminales del Receptor LTR (dB)

Son las perdidas que se tienen en los circuito utilizaos para el acoplamiento del transmisor y la antena

Se obtiene mediante la siguiente expresión:

LDFR (dB): Perdida en duplexores, circuladores y filtros del receptor

(dB/m): Atenuación del alimentador de antena por unidad de longitud

Ir (m): Longitud de la línea de transmisión que alimenta a la antena

))(( rrDFRTR ILL

r


I.- RECEPTOR

I.1 Potencia de recepcion PR (dBm)

Se obtiene restando a la potencia transmitida Pt en dBm las atenuaciones de filtros, circuladores, conectores, línea de transmisión o guías de onda, atenuación en espacio libre y sumando las ganancias de las antenas.

La potencia recibida se calcula mediante la ecuación de balance del enlace.

)dB(TRarRbTatTTTR LLGLGLLPP


II.- PERDIDAS EN EL MEDIO DE PROPAGACION.


II.2 PERDIDAS POR REFLEXION Y DIFRACCION (ZONAS DE FRESNEL)

II.3 PERDIDA POR DESVANECIMIENTOS.

II.4 PERDIDAS POR LLUVIA

II.5 PERDIDAS POR RABSORCION DE GASES Y VAPORES ATMOSFERICOS.

II.5 ATENUACION POR VEGETACION



Modelos de cálculode la atenuación


• Analíticos– Tierra plana– Rec. P.526 del UIT-R

• Empíricos– Okumura-Hata– Modelos para interiores– Rec. P.1546 del UIT-R

• Semiempíricos– COST-231– Modelos para microcélulas


MODELO DE TIERRA PLANA

RD

RRReceptor

Transmisor

hr

ht

d

P



)(log20)(log2045,320 kmdMHzfL

II.2 PERDIDAS POR DIFRACCION (LD)


ReceptorTransmisor

Obstáculo “próximo” al rayo:Afecta a la propagación:Modifica el nivel de señal en recepción: difracción.¿Cómo se cuantifica esto?



ReceptorTransmisor

Zonas de Fresnel

Determinan diferentes contribuciones al campo total

La más importante es la primera:

)()·()()(

548)( 211 kmdMHzf

kmdkmdmR

dddn

Rn21

...

d2d1



T R

d d1 2h>0

T R

d d1 2

h<0

• Difracción por obstáculo agudo aisladoRec. P.526 del UIT-RRec. P.526 del UIT-R



Despejamiento normalizado

Pérdida por difracción (atenuación en exceso)

hdddf

Rh

v

21

3

1

1058,22

1,01)1,0log209,6)( 2 vvvLD

Difracción por obstáculo agudo aislado

II.3 ATENUACION POR ABSORCION ATMOSFERICA Y LLUVIA


Los principales elementos en la atmósfera que absorben la energía electromagnética son VAPOR, AGUA Y OXIGENO

La resonancia del Oxigeno ocurre a 0.5 cm (60 GHz.). Y la resonancia del vapor de agua ocurre a 1.3 cm (23 GHz). Para frecuencia debajo de los 5GHz. El efecto es despreciable, hasta los 10 GHz la atenuación por lluvia es insignificante.

La absorción de vapor de agua y la atenuación por lluvia son usualmente consideradas por arriba de los 10 GHz.



INVESTIGAR LA ATENUACION DEBIDA A GASES ATMOSFERICOS:



A medida que la lluvia se incrementa la atenuación aumenta. A mayor frecuencia, mayor la absorcion del vapor de agua.

Los efectos de absorción debido a la niebla, neblina, nieve y polvo son despreciables comparado con la atenuación por la lluvia. Las curvas de densidad del vapor de agua son proporcionados por la UIT.

Los indices de lluvia son proporcionados por la UIT en términos de diferentes zonas definido como INDICE DE LLUVIA.

La atenuación en el trayecto es la suma de la atenuación causado por los gases atmosféricos (incluyendo el vapor de agua) y la atenuación por la lluvia. dddBL RaLL )(

UIT-R P.676-5 ATENUACION DEBIDA A GASES ATMOSFERICOS



UIT-R P.676-5 ATENUACION DEBIDA A GASES ATMOSFERICOS

II.6 ATENUACION POR VEGETACION

ESTUDIAR UIT-R P.833-4

DETERMINACION DE LA

FACTIBILIDAD TECNICA DEL ENLACE


NIVEL DE SEÑAL RECIBIDA > SENSIBILIDAD DEL RECEPTOR

+ MARGEN DE DESVANECIMIENTO

INTRODUCCION


A fin de determinar el rendimiento del enlace, uno tiene que calcular el porcentaje de tiempo que la señal recibida podría estar debajo del nivel de umbral del receptor de microondas, relativo al periodo total de tiempo. Esto es conocido como el MARGEN DE ATENUACIÓN O DESVANECIMIENTO

Margen de Desvanecimiento (Fading Margen)


Es la diferencia entre el nivel de potencia recibida y el nivel mínimo de potencia que asegura una determina tasa de error BER denominada potencia de umbral de recepción. Y como consecuencia se dispone de un margen seguro en contra de desvanecimientos.

URN PPdBFM )(

PR: POTENCIA DE RECEPCION NOMINAL

PU: POTENCIA DEL UMBRAL DEL RECEPTOR

En sistemas digitales los enlaces pueden ser diseñado con diferentes valores del margen de desvanecimiento, ,sin embargo en sistemas analógicos se dispone de un margen de desvanecimiento especifico (usualmente 40 dB).

El margen de desvanecimiento a ser considerado deberá conseguir los objetivos de RENDIMIENTO Y DISPONIBILIDAD PROPUESTOS.

POTENCIA DE RECEPCION NOMINAL PRN


Bajo condiciones sin atenuación la estimación del enlace es:

)dB(0 TRarRTatTTTR LLGLGLLPP

Donde se considera únicamente la atenuación en el espacio libre para la atenuación de propagación

UMBRAL DEL RECEPTOR.


Es la mínima señal requerida para que el demodulador trabaje a una especifica tasa de error. Dos umbrales son normalmente utilizados para recepción digital, uno a un BER de 10-6 y otro a un BER de 10-3

Para enlaces analógicos se refiere a un nivel de potencia de recepción en dBm

El umbral de recepción es dependiente de:

La mínima s/n relación señal a ruido requerida a la entrada del receptor, la figura de ruido a la entrada del receptor y el ruido térmico de fondo Pn:

Donde k es la constante de Boltzman (1.38 x10-23), T es la temperatura en Kelvin y B. es el ancho de banda del receptor.

BER: ES LA RELACION ENTRE EL NUMERO DE BITS INCORRECTAMENTE RECIBIDOS Y EL NUMERO TOTAL DE BITS ENVIADOS EN UN DETERMINADO INTERVALO DE TIEMPO.

UMBRAL DEL RECEPTOR.


Los fabricantes de equipos de microondas especifican los valores de umbral del receptor de sus equipos de radio, relacionándolos con el ancho de banda del sistema

AUMENTA EL ANCHO DE BANDA AUMENTA LA SENSIBILIDAD DEL RECEPTOR

DISMINUYE EL BER (DISMINUIR LA TASA DE ERROR) REQUIERE DE UN VALOR MAYOR DE UMBRAL O SENSIBILIDAD (MAYOR POTENCIA DE RECEPCION)

Potencia del Umbral (Pu)


La potencia del umbral se determina para los umbrales de BER de 10-3 Y 10-6

Si se demanda un valor menor de BER la sensibilidad del receptor aumenta. En otras palabras se requiere de mayor potencia en el receptor.

MARGEN DE DESVANECIMIENTO

El margen de desvanecimiento a ser considerado deberá conseguir los objetivos de:

RENDIMIENTO Y DISPONIBILIDAD PROPUESTOS

Estándares de DISPONIBILIDAD y no DISPONIBILIDAD


El periodo de tiempo de no disponibilidad empieza cuando al menos en una dirección de transmisión una o ambas de la siguientes condiciones ocurre por 10 segundos consecutivos.

1.- La señal digital es interrumpida (perdida de alineamiento o sincronización)

2.- O el BER por 10 segundos AUMENTA del valor de 1 x10-3

Estos diez segundos son considerados parte del tiempo no disponible.

El periodo de tiempo no disponible termina cuando para ambas direcciones de transmisión ambas de las siguientes condiciones ocurren por diez segundos.

La señal digital es restaurada (recuperación de alineamiento o sincronización)

O el BER por 10 segundos es mejor que 1 x10-3

Causa de no disponibilidad


1.- Propagación (perdida por difracción,

entubamiento, lluvia)

2.- Falla en el equipo

3.- Otros



La perdida por difracción se elimina cuando se seleccionan las alturas adecuadas de las antenas y se evita la difracción por parte de la tierra.

La perdida por entubamiento surge si la curvatura del haz de radio excede la curvatura del haz de la tierra, las zonas que representan un alto riesgo de entubamiento están bien documentadas, por lo que esta perdida puede ser ignorada.

La interrupción de propagación debido a la lluvia es proporcional a la tasa de lluvia de la región. Las moléculas del agua absorben la energía de las microondas en forma de calor. A mayor tamaño de las gotas mayor cantidad de absorción de la señal. La atenuación por lluvia incrementa con la frecuencia. La única forma de contrarrestar esta atenuación es aumentando la ganancia del sistema.

1.- PROPAGACION



Las interrupciones largas pueden ocurrir si fallan los equipos de radio.

El numero de veces que el equipo de radio falla es inversamente proporcional al tiempo medio antes de la falla (MTBF) Mean Time Before Failure) del equipo.

La duración de la interrupción es determinada por el tiempo que toma al equipo de mantenimiento en restaurar el servicio. Tiempo Medio de Reposición MTTR (Mean Time To Restore). Esto incluye el tiempo de viaje, tiempo de relación y disponibilidad de refacciones.

La disponibilidad de una Terminal esta dada por la formula:

2.- FALLA EN EL EQUIPO

Causas de no disponibilidad


Estándares de rendimiento


La medida es el BER (Rango de Error de Bits) definido como el numero total de bits errados dividido por el numero total de bits en el periodo medido.

Un servicio virtualmente libre de errores reportará un bajo promedio del BER si muy pocos minutos de errores son incluidos.

Los objetivos de rendimientos se establecen en G.821 y G.826 y se consideran en una dirección de transmisión y para periodos de un mes. Los objetivos de disponibilidad, por otra parte son considerados para ambas direcciones de transmisión y medición anual.

LAS CAUSAS DE INTERRUPCION QUE AFECTAN EL RENDIMIENTO SON PRINCIPALMENTE CAUSADAS POR TRES MOTIVOS: EFECTOS DE DESVANECIMIENTOS POR MULTITRAYECTO, ERRORES INTERNOS EN EL EQUIPO Y VIENTOS.

OBJETIVOS DE RENDIMIENTO


3.-_estud

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