radio enlace

RADIO ENLACE BOGOTÁ – LA CALERA

STEVEN ROZO

JORGE SARMIENTO

Profesor

POLICARPO GARCÍA PROPAGACIÓN DE ONDAS Y ANTENAS

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES

BOGOTA 02 de junio de 2010

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 1 1. OBJETIVOS 3 2. MARCO TEÓRICO 4 3. DISEÑO DEL RADIOENLACE 8 3.1. Cálculo De Distancias Y Alturas 8 3.2. Primer Enlace 15 3.2.1 Cálculo De Primera Zona De Fresnel 17 3.3. Segundo Enlace 18 3.3.1 Cálculo De Segunda Zona De Fresnel 20 3.4. Tercer Enlace 21 3.4.1 Cálculo De Tercera Zona De Fresnel 23 4. CÁLCULO DE NIVELES DE POTENCIA 25 4.1. ENLACE 1: Universidad Piloto de Colombia (APR) y el Alto el Cable 25 4.2. ENLACE 2: Alto el Cable – Cerro los Guayabos 27 4.3. ENLACE 3: Cerro los Guayabos – Centro Vacacional San Cayetano 28 5. ECUACIONES 29 6. CONCLUSIONES 31

LISTADO DE FIGURAS E IMÁGENES

Pág.

Figura 1. Curvatura de la Tierra 11 Figura 2. Relieve de la Zona total de Enlace 12 Figura 3. Relieve de la Zona del Enlace y Curvatura de la tierra 14 Figura 4. Línea de vista del Primer Enlace 16 Figura 5. Línea de vista del Segundo Enlace 20 Figura 6. Línea de vista del Tercer Enlace 22 Imagen 1. Plano de la zona a trabajar 14 Imagen 2. Plano de la zona del Primer Enlace 15 Imagen 3. Plano de la zona del Segundo Enlace 19 Imagen 4. Plano de la zona del Tercer Enlace 22

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Alturas distancias entre los Repetidores (ANEXO 1) 32 Tabla 3. Relieve de la zona 11 Tabla 4. Comparación de Datos, Alturas por cada Km y curvatura de la tierra 13 Tabla 5. Distancias y alturas del Primer Enlace 15 Tabla 6. Distancias y alturas del Segundo Enlace 18 Tabla 7. Distancias y alturas del Tercer Enlace 21

INTRODUCCION

Los primeros sistemas de comunicación eléctricos fueron la telegrafía, introdu-cida en 1844, seguida por la telefonía, en el año 1878. En estos sistemas, las señales se enviaban a través de líneas de transmisión de dos hilos conducto-res, que conectaban el emisor con el receptor.

La transmisión de ondas electromagnéticas, surge a partir de los desarrollos matemáticos de James C. Maxwell, en 1854, corroborados por los experimen-tos de Heinrich R. Hertz, en 1887, esta demostración consistió en la construc-ción de un aparato de radio. Los primeros sistemas de radiocomunicaciones fueron de Guglielmo Marconi en 1897.

La primera comunicación transoceánica tuvo lugar en 1901, desde Cornualles a Terranova. En 1907 ya existían servicios comerciales de comunicaciones.

Desde la invención de Marconi, hasta los años 40, la tecnología de las antenas se centró en elementos radiantes de hilo, a frecuencias hasta UHF. Inicialmen-

te se utilizaban frecuencias de transmisión entre 50 y 100 Khz., por lo que las antenas eran pequeñas comparadas con la longitud de onda. Tras el descubri-miento del tríodo por De Forest, se puedo empezar a trabajar a frecuencias entre 100 kHz y algunos HMS, con tamaños de antenas comparables a la longi-tud de onda.

A partir de La Segunda Guerra Mundial se desarrollaron nuevos elementos ra-diantes tales como guías de onda, bocinas, reflectores, entre otros. Una con-tribución muy importante fue el desarrollo de los generadores de microondas así como el magnetrón y el klystron a frecuencias superiores a 1 GHz. La co-municación de los datos inalámbrica en forma de microondas y satélites son usados para trasferir voz y datos a larga distancia.

Un radio enlace terrestre o microondas provee conectividad entre dos puntos en línea de vista (Line of sight, LOS) usando equipos de radio con frecuencia con portadora de 1GHz.

http://www.upv.es/antenas/Tema_1/james_clerk_maxwell.htm

http://www.upv.es/antenas/Tema_1/heinrich_rudolf_hertz.htm

http://www.upv.es/antenas/Tema_1/guglielmo_marconi.htm

Por lo tanto en el siguiente trabajo vamos a realizar un radio enlace que nos va a permitir la comunicación entre la sede APR en la universidad piloto ubicada en Bogotá, hasta el centro vacacional de la misma que esta ubicado en la ve-reda de San Cayetano, el cual cubre una distancia de 25.225km, el punto cero del edificio APR de la universidad piloto tiene una altura de 2590m.

En el Km 2 esta ubicado el cerro del Alto el Cable, que se encuentra a una altu-ra de 3200m, y en el km 24 queda la el cerro Los Guayabos, a 2920m. Inme-diatamente se enlaza con el Centro vacacional de la universidad Piloto, San Cayetano, que se encuentra en el km 26 a una altura de 2672. Para mayor pre-cisión se tomaron los niveles de altura del terreno cada 1km de distancia y de-bido a esto se pueden obtener unos cálculos con mayor exactitud.

Para el desarrollo de este enlace debemos tener en cuenta algunos paráme-tros, los cuales nos permitirán realizar el enlace de forma adecuada y segura entre los cuatro puntos específicos. Es de gran importancia tener en cuenta los mapas, los cuales van a ser un fragmento clave para el conocimiento y análisis de toda la exploración terrestre que se encuentra entre los enlaces. Existen numerosos tipos y modelos de antenas, dependiendo del área de cobertura de la estación se debe escoger una antena y potencia adecuada .

Se eligieron como puntos estratégicos el Alto del Cable y el cerro de Los Gua-yabos, desde estos lugares se pueden ubicar las antenas porque son picos con una altura significativa para que no haya ninguna interferencia con las demás cimas del terreno al que vamos a evaluar.

Para la recolección de datos utilizaremos los mapas cartográficos del instituto Agustín Codazzi, el servicio de Google Maps y Google Earth.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Elaborar el diseño de un enlace entre la Universidad Piloto de Colombia, es-pecíficamente en el edificio Alfonso Palacio Rudas (APR) y la vereda de San Cayetano centro Vacacional Unipiloto; aplicando los conocimientos adquiridos en la materia de propagación de ondas y antenas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Buscar toda la información acerca del kilometraje y el terreno que se encuentra entre estos cuatro puntos, teniendo en cuenta el relieve del terreno a trabajar

Encontrar información acerca del clima y del área de cobertura de la señal, percibiendo las deficiencias de las zonas de transmisión.

Encontrar cuales son la soluciones más optimas en cuanto a las técnicas y equipamiento que planeamos utilizar.

Tener en cuenta todos los parámetros que facilitan un enlace de radio por es-pacio libre como: distancia, potencia TX, ganancia, pérdida, directividad, re-flexión, refracción entre otros.

Encontrar el tipo de servicio que se desea cubrir y así mismo determinar el tipo de antena que se aspire utilizar.

Analizar con detenimiento los factores que puedan influir en las perdidas del radio enlace ya que esto conlleva a una buena trasmisión, recepción y conser-vación de los datos.

Ser capaces de interpretar los resultados, aplicando el análisis reflejado a las situaciones cotidianas del área de transmisión de datos.

MARCO TEORICO

Se puede definir al radio enlace del servicio fijo, como sistemas de comunica-ciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcio-nan una capacidad de información, con características de calidad y disponibili-dad determinadas. Típicamente estos enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42 GHz.

Cuando hablamos de antenas nos referimos por igual de antenas para emitir que para recibir. La antena propiamente tiene las mismas características para ambas tareas. Así que la misma precisión que tiene para enviar en una deter-minada dirección es la que tiene para recibir en esa dirección.

Atenuación de la señal

Tenemos dos factores que atenúan la señal a medida que avanza por el aire.

La atenuación del aire no es muy importante, ya que el aire es bastante trans-parente para frecuencias de microondas. La atenuación que sí es realmente importante es la dispersión de la señal debido a la forma de transmisión. La intensidad de señal se calcula en intensidad de campo eléctrico por metro cua-drado. Como la señal sale de forma radial desde la antena hacia todas las di-recciones, así si enviamos un vatio de potencia ésta se reparte en la esfera alrededor de la antena, a medida que la señal se va alejando de la antena la esfera crece y la misma potencia se reparte en esta esfera mayor, así la inten-sidad de la señal por metro cuadrado ha bajado.

Al par de frecuencias asignadas para la transmisión y recepción de las señales, se lo denomina radio canal. Los enlaces se hacen básicamente entre puntos visibles, es decir, puntos altos de la topografía. Cualquiera que sea la magni-tud del sistema de microondas, para un correcto funcionamiento es necesario que los recorridos entre enlaces tengan una altura libre adecuada para la pro-pagación en toda época del año, tomando en cuenta las variaciones de las condiciones atmosféricas de la región.

El diseño de un radio enlace involucra cuatro pasos básicos: 1. Elección de un lugar estratégico para la instalación de la antena. 2. Planteamiento del perfil del terreno y cálculo de la altura del mástil para la antena. 3. Cálculo de pérdidas y/o ganancias, y potencia del radio enlace, estudio de la trayectoria del mismo y los obstáculos a los que se encuentra expuesto. 4. Tentativa posterior a la instalación del radio enlace, evaluando su funciona-miento y su puesta en servicio con tráfico real. Los enlaces son estructuralmente sistemas en serie, es decir cada nodo de-pende de los demás nodos, de tal manera que si uno falla se corta todo el en-lace. Por ello se le exige una alta disponibilidad y confiabilidad utilizándose la redundancia de equipos frente a las averías y técnicas de diversidad frente a los desvanecimientos. Esto también implica que es necesario sistemas de su-pervisión y control que realice automáticamente la aplicación de estas técnicas. PARAMETROS PARA TENER EN CUENTA EN UN RADIOENLACE

Debido a normas de implementación de radio enlaces, se tienen en cuenta al-gunos ítems para la disminución de la probabilidad de errores en la construc-ción de los mismos, a continuación enunciamos los principales:

Potencia de Transmisión (Tx) Potencia de salida del radio depende directamente del límite superior, obedece a los límites regulatorios por lo tanto de los países/regiones y la utilidad en el tiempo.

Perdidas en el espacio libre: Proporcional al cuadrado de la distancia y proporcional al cuadrado de la fre-cuencia del radio. FSL (dB) = 20log10(d) + 20log10(f) − 187.5

d = distancia [m] f = frecuencia [Hz] Suponemos estos cálculos a una antena isotrópica.

Zona de Fresnel: Las zonas de Fresnel son elipsoides de revolución cuyo eje mayor tiene una longitud de R+nl/2. La intersección de las zonas de Fresnel con el plano P son circunferencias. Al pasar por un obstáculo, la radiación sufre de reflexiones y cambios de fase, el resultado es una disminución o aumento en la intensidad de la señal recibida, es decir una ganancia o perdida. Para la no obstrucción máxima permisible recomendada es el 40% de la primera zona de Fresnel, y para obstrucción máxima recomendada es el 20%. Luego de determinar la línea de vista se puede establecer la zona de fresnel, lo ideal es que el desfase no supere los 180°.

Potencia transmitida:

La potencia del transmisor se expresa habitualmente en unidades lineales (mW, W) o logarítmicas (dBm, dBW). Para la conversión entre magnitudes li-neales y logarítmicas se utiliza la siguiente fórmula: P (dBm) = 10 log10 P (W)/0,001

Ganancias de las antenas transmisora y receptora

La ganancia de la antena se proporciona habitualmente en dB isotrópicos (dBi), es decir, la ganancia de potencia con respecto a un modelo teórico de antena isotrópica que irradia la misma energía en todas las direcciones del espacio. En algunos casos, la ganancia se expresa en dBd con respecto a una antena de tipo dipolo. En este caso, se tiene la siguiente fórmula de conversión: G(dBi) = G(dBd) + 2,14

Pérdidas básicas de propagación en espacio libre

Se trata de las pérdidas de propagación que sufre la señal radioeléctrica en condiciones de espacio libre: sin ningún obstáculo en el camino, es decir, visión directa entre las antenas. En esta magnitud no suelen incluirse otras pérdidas adicionales debidas a lluvia, absorción atmosférica, etc. Estas pérdidas están relacionadas directamente con la distancia del radio enlace y la frecuencia de funcionamiento mediante la siguiente expresión: Lbas(dB) = 92,44 + 20 log10 f(GHz) + 20 log10 d(km) (Fórmula de Friis)

Sensibilidad del receptor

El equipo receptor necesita un mínimo nivel de señal para conseguir un funcio-namiento aceptable (nivel de calidad), lo que se conoce habitualmente como sensibilidad. Ésta suele expresarse en términos de potencia o tensión de acuerdo con la siguiente fórmula de conversión: S(dBm) = S(dBmV) - 10 log10 R(W) - 30

DISEÑO DEL RADIO ENLACE UIVERSIDAD PILOTO (BOGOTÁ) - SAN CAYETANO (LA CALERA)

CALCULOS DE DISTANCIA Y ALTURAS. Procederemos según los niveles del mapa del Agustín Codazzi, a calcular las características del relieve del terreno, sobre el cual se realizara el enlace de microondas (UHF), el cual se realizara desde la Universidad Piloto de Colombia en la Ciudad de Bogota D.C. hasta la vereda San Cayetano del Municipio de la Calera donde la U.P.C. tiene un centro vacacional.

TABLA No.1

NOMBRE ALTURA

(m) DISTANCIA

EN (Dx)

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA EDIFICIO

APR (BOGOTA D.C.) 2622 m 0 Km

X 2800 m 1 Km

ALTO DEL CABLE 3200 m 2 Km

X 3150 m 3 Km

X 3000 m 4 Km

X 3000 m 5 Km

X 2750 m 6 Km

X 2600 m 7 Km

X 8 Km

X 3044 m 9 Km

X 3027 m 10 Km

X 3004 m 11 Km

X 2512 m 12 Km

X 2736 m 13 Km

X 2760 m 14 Km

X 2652 m 15 Km

X 2740 m 16 Km

X 2756 m 17 Km

X 2810 m 18 Km

X 2800 m 19 Km

LOMA BELEN 2700 m 20 Km



CERRO DEL AGUILA 2850 m 23 Km

CERRO LOS GUAYABOS 2920 m 24 Km

X 2500 m 25 Km

CENTRO VACACIONAL SAN CAYETANO DE LA

UNIVERSIDAD PILOTO DE COLOMBIA (LA CALERA)

2672 m 26 Km

1. Con los valores anteriores procederemos a calcular la curvatura de la tierra con la siguiente formula, hay que tener en cuenta que la distancia total del enlace se encuentra a 25.225 Km pero aproximamos para de esta forma cubrir mayor rango en caso de que el centro vacacional de la U.P.C se en-cuentre mas retirado del punto tomado.

d

dxdx

R

dh xx

Km

Kmdx

x 12

26

1

Donde: hx = Altura de la curvatura d = 26 Km. (Distancia del enlace) dx = Distancia cada 1 Km

R = 6380 Km. (Radio de la tierra) Realizando la ecuación anterior para dx = 1Km, realizaremos solo el cálculo para las primeras 5 distancias, tenemos:

Hx1 = 26

11

6380*2

1*26 = 1,959 m

Hx2 = 26

21

6380*2

2*26 = 3,761 m

Hx3 = 26

31

6380*2

3*26 = 5,407 m

Hx4 = 26

41

6380*2

4*26 = 6,896 m

Hx5 = 26

51

6380*2

5*26 = 8,228 m

Los anteriores cálculos son una pequeña muestra de cómo se utiliza la ecua-ción característica para hallar la curvatura de la tierra.

Dx(Km) Hx(cm) Dx(m) Hx(m)

0 0 0 0

1 0,00195925 1000 1,95924765

2 0,00376176 2000 3,76175549

3 0,00540752 3000 5,40752351

4 0,00689655 4000 6,89655172

5 0,00822884 5000 8,22884013

6 0,00940439 6000 9,40438871

7 0,0104232 7000 10,4231975

8 0,01128527 8000 11,2852665

9 0,0119906 9000 11,9905956

10 0,01253918 10000 12,539185

11 0,01293103 11000 12,9310345

12 0,01316614 12000 13,1661442

13 0,01324451 13000 13,2445141

14 0,01316614 14000 13,1661442

15 0,01293103 15000 12,9310345

16 0,01253918 16000 12,539185

17 0,0119906 17000 11,9905956

18 0,01128527 18000 11,2852665

19 0,0104232 19000 10,4231975

20 0,00940439 20000 9,40438871

21 0,00822884 21000 8,22884013

22 0,00689655 22000 6,89655172

23 0,00540752 23000 5,40752351

24 0,00376176 24000 3,76175549

25 0,00195925 25000 1,95924765

26 0 26000 0

TABLA No.2

A continuación se muestra la grafica de la curvatura de la tierra tomada cada Km en el enlace Universidad Piloto de Colombia Sede Bogota al Centro Vacacional San Caye-tano.

FIGURA No.1

A continuación se muestra el relieve de la zona del enlace:

Dx(m) ALTURAS

(m)

0 2622

1000 2801,959248

2000 3203,761755

3000 3155,407524

4000 3006,896552

5000 3008,22884

6000 2759,404389

7000 2610,423198

8000 2733,285267

9000 3055,990596

10000 3039,539185

11000 3016,931035

12000 2525,166144

13000 2749,244514

14000 2773,166144

15000 2664,931035

16000 2752,539185

17000 2767,990596

18000 2821,285267

19000 2810,423198

20000 2709,404389

21000 2758,22884

22000 2806,896552

23000 2855,407524

24000 2923,761755

25000 2501,959248

26000 2672

15

TABLA No.3

FIGURA No.2

En la siguiente tabla podemos observar la comparación de las distancias y las alturas de la zona teniendo en cuenta la curvatura de la tierra y sin tenerla en cuenta, de esta forma se quiere hacer un paralelo comparativo:

16

Dx(Km) Hx(cm) Dx(m) Hx(m) ALTURAS

(m)

ALTURAS CON CURVA-

TURA DE LA TIERRA

(m)

0 0 0 0 2622 m 2622

1 0,00195925 1000 1,9592 2800 m 2801,959248

2 0,00376176 2000 3,7618 3200 m 3203,761755

3 0,00540752 3000 5,4075 3150 m 3155,407524

4 0,00689655 4000 6,8966 3000 m 3006,896552

5 0,00822884 5000 8,2288 3000 m 3008,22884

6 0,00940439 6000 9,4044 2750 m 2759,404389

7 0,0104232 7000 10,423 2600 m 2610,423198

8 0,01128527 8000 11,285 2722 m 2733,285267

9 0,0119906 9000 11,991 3044 m 3055,990596

10 0,01253918 10000 12,539 3027 m 3039,539185

11 0,01293103 11000 12,931 3004 m 3016,931035

12 0,01316614 12000 13,166 2512 m 2525,166144

13 0,01324451 13000 13,245 2736 m 2749,244514

14 0,01316614 14000 13,166 2760 m 2773,166144

15 0,01293103 15000 12,931 2652 m 2664,931035

16 0,01253918 16000 12,539 2740 m 2752,539185

17 0,0119906 17000 11,991 2756 m 2767,990596

18 0,01128527 18000 11,285 2810 m 2821,285267

19 0,0104232 19000 10,423 2800 m 2810,423198

20 0,00940439 20000 9,4044 2700 m 2709,404389

21 0,00822884 21000 8,2288 2750 m 2758,22884

22 0,00689655 22000 6,8966 2800 m 2806,896552

23 0,00540752 23000 5,4075 2850 m 2855,407524

24 0,00376176 24000 3,7618 2920 m 2923,761755

25 0,00195925 25000 1,9592 2500 m 2501,959248

26 0 26000 0 2672 m 2672

TABLA No.4

17

FIGURA No.3

IMAGEN No.1

Ahora se realizan los cálculos por cada radio enlace, hay que tener en cuenta que se tomaron datos aproximados.

18

EL PRIMER ENLACE ES: Universidad Piloto de Colombia Sede Bogota (APR)

hasta el Alto del Cable.

En el primer enlace se tuvo encuentra que en la Universidad Piloto de Colom-bia (APR) se coloca una antena la cual es ingeniada por el diseñador, mientras que en el alto del cable lo que hay que hacer es pedir permiso al Centro de Acopio de la Policía Nacional y por ende al Ministerio de Comunicaciones para que nos otorguen cabildo abierto para “utilizar las antenas” a una frecuencia portadora las cuales pertenecen a la Policía Nacional. En la Tabla No.5 las distancia fueron aproximadas pero en realidad la distancia del primer enlace esta a d=1.73 Km

Distancia (Km)

0 0.5 1.0 1.5 2.0

Curvatura (m)

0 0,05877743 0,07836991 0,05877743 0

Altura (m) 2622 m 2645 m 2773 m 3034 m 3200 m

TABLA No.5

En la (Imagen No.1) se observa el primer radio enlace a realizar desde la Uni-versidad Piloto de Colombia edificio APR hasta el centro vacacional san Caye-

tano (La Calera) no hay línea de vista directa para realizar el enlace, ya que como se muestra en la Tabla No.1, hay picos superiores a la altura del edificio APR por esta razón utilizamos un multienlace para de esta forma hacer llegar la mayoría de la información transmitida de la Universidad Piloto De Colombia Edificio APR hasta San Cayetano utilizando tramas o varias antenas en los pi-cos mas altos .Con esto lo que se quiere es que no se presente interferencia y la microonda (UHF) pueda viajar.

19

IMAGEN No.2

FIGURA No.4

20

El cálculo de la primera zona de Fresnel es: Para encontrar el radio de la zona de fresnel tenemos en cuenta la verdadera distancia que hay entre la Universidad Piloto de Colombia (APR) y el alto del cable.

c = 3e28 f = 2.4 GHz d1 = 865 m d2 = 865 m d = 1.73 Km

21

2*1*

dd

ddRf

mRf 3527.71730

865*865*125.0

f

c

me

e125.0

94.2

83

mmmmtsRfh

mrRf

4116.733527.7*6.03*6.0

3527.7)125.0(*)10*73.1(*25.0**25.0

1

3

1

La primera zona de fresnel tiene que estar a una distancia mínima del pico a 7.4116 m

Para saber la altura de las antenas hallamos: Para encontrar la altura de las antenas utilizamos las distancias aproximadas para con esto no tener problemas con las zonas de fresnel.

mh

h

05882.0

17

1

1722

2

21

Aunque las torres pueden ser de 58 mmts por la distancia tan corta utilizamos torres de 10 mts para evitar inconvenientes con las zonas de Fresnel dando tolerancia a obstáculos que puedan surgir luego, como el crecimiento de flora o la construcción de pequeños edificios, pero en la universidad Piloto de Colom-bia, edificio APR no es necesaria la torre, pues el edificio con su altura nos sir-ve para situar la antena en la terraza, solo es necesaria la antena en el alto del Cable, lo que si vamos a utilizar son parábolas o antenas en forma de tambor para recoger la señal; esto nos da mejor confiabilidad de que la señal de onda llegue al punto indicado.

EL SEGUNDO ENLACE ES: Alto del Cable hasta el Cerro de los Guayabos

En la Tabla No.6 las distancia fueron aproximada pero en realidad la distancia del segundo enlace esta a d=19.20 Km; sabemos que en el Cerro de los Gua-yabos hay una antena lo que se puede realizar es pedir permiso a la entidad dueña de la antena que se encuentra en ese cerro con esto estaríamos mejo-rando la financiación de implementos ya que no hay que comprar antenas ni equipos para montarla. Distancia

(Km) 0, 4 8 12 16 20

Curvatu-ra (m)

0 5,01567398

1 7,52351097

2 7,52351097

2 5,01567398

1 0

Altura (m)

3200 2734 2744 3000 2677 2920

TABLA No.6

En la (Imagen No.1) se observa el primer radio enlace a realizar desde la Uni-versidad Piloto de Colombia edificio APR hasta el centro vacacional san Caye-tano (La Calera) no hay línea de vista directa para realizar el enlace, ya que como se muestra en la Tabla No.1, hay picos superiores a la altura del edificio APR por esta razón utilizamos un multienlace para de esta forma hacer llegar la mayoría de la información transmitida de la Universidad Piloto De Colombia Edificio APR hasta San Cayetano utilizando tramas o varias antenas en los pi-cos mas altos. Con esto lo que se quiere es que no se presente interferencia y la microonda (UHF) pueda viajar.

22

En la Imagen No.3 se puede visualizar el segundo enlace el cual va desde el Alto del Cable hasta el Cerro de los Guayabos. En este enlace es muy claro ver que hay línea de vista directa ya que no hay ningún pico que interfiera para que la onda llegue a su destino en el Cerro los Guayabos, también es bueno aclarar que en esta torre también se van a colocar parábolas o antenas en forma de tambor para recoger la señal; esto nos da mejor confiabilidad de que la señal de onda llegue al punto indicado.

IMAGEN No.3

23

FIGURA No.5

El cálculo de la segunda zona de Fresnel es: Para encontrar el radio de la zona de fresnel tenemos encuentra la verdadera distancia que hay entre el Alto del Cable y el Cerro los Guayabos.

c = 3e28 f = 2.4 GHz d1 = 9600 m d2 = 9600 m d = 19.20 Km

21

2*1*

dd

ddRf

mRf 4948.2419200

9600*9600*125.0

f

c

me

e125.0

94.2

83

24

mmmmtsRfh

mrRf

6969.1734948.24*6.03*6.0

4948.24)125.0(*)10*20.19(*25.0**25.0

1

3

1

La primera zona de fresnel tiene que estar a una distancia mínima del pico a 17.6969 m Para saber la altura de las antenas hallamos: Para encontrar la altura de las antenas utilizamos las distancias aproximadas, con esto no obtenemos problemas con las zonas de fresnel.

mh

h

8823.5

17

10

17220

2

Aunque las torres pueden ser de 6 mts por la distancia tan corta utilizamos to-rres de 10 mts para evitar inconvenientes con las zonas de Fresnel dando tole-rancia a obstáculos que puedan surgir luego, como el crecimiento de flora o la construcción de pequeños edificios, lo que si vamos a utilizar son parábolas o antenas en forma de tambor para recoger la señal; esto nos da mejor confiabi-

lidad de que la señal de onda llegue al punto indicado.

EL TERCER ENLACE ES: Cerro los Guayabos hasta Centro Vacacional de la

U.P.C San Cayetano (La Calera).

En la Tabla No.7 las distancia fueron aproximada pero en realidad la distancia del tercer enlace esta a d=4.62 Km

Distancia (Km) 0 1 2 3 4 5

Curvatu-ra (m) 0

0,31347962

0,47021944

0,47021944

0,31347962 0

Altura (m) 2920 2657 2570 2575 2579 2672

TABLA No.7

En la (Imagen No.1) se observa el primer radio enlace a realizar desde la Uni-versidad Piloto de Colombia edificio APR hasta el centro vacacional san Caye-tano (La Calera) no hay línea de vista directa para realizar el enlace, ya que como se muestra en la Tabla No.1, hay picos superiores a la altura del edificio APR por esta razón utilizamos un multienlace para de esta forma hacer llegar la

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mayoría de la información transmitida de la Universidad Piloto De Colombia Edificio APR hasta San Cayetano utilizando tramas o varias antenas en los pi-cos mas altos. Con esto lo que se quiere es que no se presente interferencia y la microonda (UHF) pueda viajar. En la Imagen No.4 se puede visualizar el tercer enlace el cual va desde el Ce-rro de los Guayabos hasta el centro vacacional de la U.P.C San Cayetano (La Calera). En este enlace es muy claro ver que hay línea de vista directa ya que no hay ningún pico que interfiera para que la onda llegue a su destino en el Ce-rro los Guayabos, también es bueno aclarar que en esta torre también se van a colocar parábolas o antenas en forma de tambor para recoger la señal; esto nos da mejor confiabilidad de que la señal de onda llegue al punto indicado.

IMAGEN No.4

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FIGURA No.6

El cálculo de la tercera zona de Fresnel es: Para encontrar el radio de la zona de fresnel tenemos encuentra la verdadera distancia que hay entre el Cerro de los Guayabos y el Centro Vacacional U.P.C San Cayetano (La Calera).

c = 3e28 f = 2.4 GHz d1 = 2310 m d2 = 2310 m d = 4.62 Km

21

2*1*

dd

ddRf

mRf 0156.124620

2310*2310*125.0

f

c

27

me

e125.0

94.2

83

mmmmtsRfh

mrRf

2093.1030156.12*6.03*6.0

0156.12)125.0(*)10*62.4(*25.0**25.0

1

3

1

La primera zona de fresnel tiene que estar a una distancia mínima del pico a 10.2093 m Para saber la altura de las antenas hallamos: Para encontrar la altura de las antenas utilizamos las distancias aproximadas para con esto no tener problemas con las zonas de fresnel.

mh

h

3676.0

17

5.2

1725

2

Aunque las torres pueden ser de 37 mmts por la distancia tan corta utilizamos torres de 10 mts para evitar inconvenientes con las zonas de Fresnel dando tolerancia a obstáculos que puedan surgir luego, como el crecimiento de flora o la construcción de pequeños edificios, lo que si vamos a utilizar son parábolas o antenas en forma de tambor para recoger la señal; esto nos da mejor confia-bilidad de que la señal de onda llegue al punto indicado.

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CALCULO DE NIVELES DE POTENCIA Potencia del Transmisores: 400mW Frecuencia de trabajo: 2.4 GHz Ganancia antenas: 30 dBi Temperatura: 290°K Ancho de Banda: 4 MHz Factor Rugosidad: 0,25 (Bosques - Montañas) Factor Conversión de Probabilidad Anual: 0,125 Para la línea de transmisión se escogió la guía de onda Edimax

7209agp, que es apropiada para transmisión en el rango de frecuencias de 2-3 GHz.con una perdida total por tramo de 10 metros de 2.13 dB (Lf)

Perdida de circuladores 2 dB por cada uno (Lb) C/N = 24dB Confiabilidad: 99,99% Sensibilidad del receptor = -80 dBm

ENLACE 1 UNIVERSIDAD PILOTO (APR) – ALTO EL CABLE

d1 = 865 m d2 = 865 m d = 1.73 Km

Pérdidas por trayectoria de espacio libre:

FSL = 32.44 + 20 Log (2400) + 20 Log (1.73) = 104.8051 dB f= 2400Mhz d = 1.73 Km

Margen de desvanecimiento: Fm = 30 Log (1.73) + 10 Log (6*0.25*0.25*2.4) – 10 Log (1-0.9999) -70 Fm = - 23.3161dB d = 1.73 Km A = 0.25 (Terreno Promedio) B = 0.25 (Humedo) F= 2.4Ghz R= 99.99% de Confiabilidad

29

Pérdidas por acoplamiento

Es un dato proporcionado por el fabricante y es de 0.5 a 1dB, se escogió 0.5dB, por punto de conexión. Es decir que hay una atenuación de 0.5dB por cada conector, en un enlace existen dos antenas y cada una con dos conecto-res.

Lb = 0.5 * 2 * 2 = 2 dB

Ganancia del sistema

Gs = Pt – Cmin >= Lf + Lb + FSL + Fm – AR - AT

Gs = (2.13+2.13) + (2+2) + 104.8051 + (- 23.3161) – 30 – 30 Gs = 4.26 + 4 + 104.8051 + (- 23.3161) – 30 – 30 Gs = 29.749 dB

Potencia Minima de transmisión (Pt)

Gs = Pt – Cmin Pt = Gs + Cmin

Pt = 29.749 dB + (-80 dBm) = - 50.251 dBm Este valor está por debajo del valor de la potencia del transmisor 26dBm (400mW), por lo tanto no hay problema y el enlace es viable

30

ENLACE 2 ALTO EL CABLE - CERRO LOS GUAYABOS

d1 = 9600 m d2 = 9600 m d = 19.20 Km


FSL = 32.44 + 20 Log (2400) + 20 Log (19.20) = 125.7102dB f= 2400Mhz d = 19.20 Km

Margen de desvanecimiento: Fm = 30 Log (19.20) + 10 Log (6*0.25*0.25*2.4) – 10 Log (1-0.9999) -70 Fm = 8.0414dB d = 19.20 Km A = 0.25 (Terreno Promedio) B = 0.25 (Humedo) F= 2.4Ghz R= 99.99% de Confiabilidad Pérdidas por acoplamiento


Lb = 0.5 * 2 * 2 = 2 dB



Gs = (2.13+2.13) + (2+2) + 125.7102 + 8.0414 – 30 – 30 Gs = 4.26 + 4 + 125.7102 + 8.0414 – 30 – 30 Gs = 82.0116 dB



Pt = 82.0116 dB + (-80 dBm) = 2.0116 dBm

31

Este valor está por debajo del valor de la potencia del transmisor 26dBm (400mW), por lo tanto no hay problema y el enlace es viable ENLACE 3 CERRO LOS GUAYABOS – CENTRO VACACIONAL SAN CAYETANO

d1 = 2310 m d2 = 2310 m d = 4.62 Km


FSL = 32.44 + 20 Log (2400) + 20 Log (4.62) = 113.3370dB

f= 2400Mhz d = 4.62 Km

Margen de desvanecimiento:

Fm = 30 Log (4.62) + 10 Log (6*0.25*0.25*2.4) – 10 Log (1-0.9999) -70 Fm = -10.5183 dB

d = 4.62 Km A = 0.25 (Terreno Promedio) B = 0.25 (Húmedo) F= 2.4Ghz R= 99.99% de Confiabilidad Pérdidas por acoplamiento Es un dato proporcionado por el fabricante y es de 0.5 a 1dB, se escogió 0.5dB, por punto de conexión. Es decir que hay una atenuación de 0.5dB por cada conector, en un enlace existen dos antenas y cada una con dos conecto-res.

Lb = 0.5 * 2 * 2 = 2 dB



Gs = (2.13+2.13) + (2+2) + 113.3370 + (-10.5183) – 30 – 30 Gs = 4.26 + 4 + 113.3370 + (-10.5183) – 30 – 30 Gs = 51.0787 dB

32



Pt = 51.0787 dB + (-80 dBm) = - 28.9213 dBm Este valor está por debajo del valor de la potencia del transmisor 26dBm (400mW), por lo tanto no hay problema y el enlace es viable

ECUACIONES

Primera zona de Fresnel

21

2*1*

dd

ddRf para el calculo de la zona fresnel h = 0.6 * Rf + 3 m

Altura de las antenas

d = 17*h

h = d 2 /17

70)1log(10)6log(10)log(30 RABfdfm

d = distancia del enlace en Km A = Factor rugosidad del terreno B = Factor climático F = GHz R = objetivo de confiabilidad. Se asume 99.99% Perdidas por espacio libre

)log(20)log(2044.32 dfLp

f = frecuencia portadora en MHz d = distancia de cada enlace en Km Perdidas por acoplamiento


dBLb 22*2*5.0.

33

Perdidas por línea de transmisión

El cable utilizado posee una atenuación de 1.6 dBi por cada 100m, este dato es proporcionado por el fabricante. La longitud de la línea es la altura de la antena mas 3m de blonda para co-nexiones y estación.

2*100

3*03.9

haLf

La atenuación se multiplica por dos ya que son dos líneas por enlace Ruido

BN log10174

B = ancho de banda de ruido (Hz) Sensibilidad del receptor

NN

CC min

Relación señal a ruido = 25dB para servicio de voz Ganancia del sistema:

ArAtLbLfLpFmGs

At = Ar = Ganancia de antenas. Dato proporcionado por el fabricante, depende del tamaño de la antena Potencia de transmisión minima

)..min...(min

min

recepcióndeimaportadoradepotenciaC

CGsPt

34

CONCLUSIONES

Aprendimos a interpretar los planos de Google Earth, Google Maps y las cartografías del Instituto Agustín Codazzi, hallando las alturas de los re-lieves y distancias entre los puntos del radio enlace.

Para determinar la potencia de operación de un transmisor es importante tener en cuenta el área de cobertura, y Orografia del área.

La altura de la antena depende directamente de la distancia entre ellas, es por eso que debemos tener especial cuidado en el momento de es-coger los puntos de ubicación.

Las pérdidas más grandes del enlace se producen en la propagación en espacio libre debido a la atenuación geométrica de la señal.

No hay que sobrepasarse en potencia de transmisión, pues eleva los gastos de implementación del sistema, por eso hay calcular la potencia suficiente y necesaria.

radio enlace

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