Clase 3-Calculo de Radio enlaces

Presupuesto de enlace

Clase 2-Calculo de radio enlaces

3.

Pérdidas

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Factores a tener en cuenta

4.

Presupuesto de enlace

2.

Tipos de enlaces inalámbricos

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Clase 3-Calculo de radio enlaces

1.Factores

LOS (Line of Sight)

En un enlace punto a punto es necesario que exista linea de vista entre la antena transmisora y receptora

Es decir que entre Tx y Rx exista una cierta altura libre de obstáculos para una adecuada propagación en toda época del año (tener en cuenta que las condiciones atmosféricas varían)

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Clase 3-Calculo de radio enlaces

1.Factores

LOS (Line of Sight)

Para poder calcular las alturas libre de obstáculos debe conocerse la topografía del terreno, altura y ubicación de los obstáculos que puedan existir en el trayecto.

Podemos dividir el calculo de radio enlaces en 2 actividades principales

diseño

implementación

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Clase 3-Calculo de radio enlaces

1.Factores

Diseño

Se puede resumir en los siguientes pasos:

• Modo de transmisión: condiciones de LOS, y puede ser punto a punto u omnidireccional.

• Factores que degradan la señal: Ruido

• Alcance deseado: básicamente dependerá de la potencia de transmisión

• Perdidas o atenuación de la señal: en donde se produce, linea de tx, conectores, etc

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1.Factores

Implementación

• Elección del sitio de instalación

• Relevamiento del terreno

• Cálculo completo del radio enlace

• Pruebas

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Clase 3-Cálculo de radio enlaces

2.Tipos de enlace inalámbricos

En general se habla de 4 tipos de enlaces inalámbricos

Punto - MultiPunto

Punto a Punto

HotSpot

Rejilla o Malla

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2.Tipos de enlace inalámbricos

Punto a Punto

El canal de datos se usa únicamente para conectar dos nodos. Los nodos actúan como pares, son iguales entre si

Se clasifican en tres tipos según el sentido de las comunicaciones:

• Simplex

• Half-Duplex

• Full-Duplex

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2.Tipos de enlace inalámbricos

Punto-MultiPunto

Versión del enlace punto a punto pero a mas de un nodo, es una conexion rapida y fiable

Antena omnidireccional

Aplicaciones:

• Interconectar varias sucursales de una misma empresa, permitiendo compartir bases de datos, acceso,etc.

Antena direccional

• Servicio de voz sobre IP, reducción costos por llamadas telefónicas entre sucursales

Sitio principal

• Acceso a internet por ejemplo un ISP

Sitio con antena que apunta al sitio principal

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2.Tipos de enlace inalámbricos

Rejilla o Malla

Consecuencia de los dos tipos de conexión anteriores usada en redes inalámbricas privadas

Cada nodo puede transmitir a cualquier otro nodo que este disponible o accesible

nodo transmite a otro nodo via cualquier otro nodo

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2.Tipos de enlace inalámbricos

HotSpot

Puntos de conexión en zonas publicas o privadas permitiendo a usuarios con conexión Wifi acceder a servicios de internet de banda ancha.

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3. Pérdidas

Si el equipo radio en un sitio transmite una cierta potencia P

¿Dónde se perderá potencia en el camino al equipo radio en la recepción?

• Cuánta potencia se concentre en la dirección de Rx depende de la ganancia de la antena del sitio emisor
• Hay pérdida de potencia en el camino a Rx
• Cuánta potencia concentra el Rx en la dirección desde Tx depende de la ganancia de la antena en recepcion

¿Algo más?

Los cables de conexión

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3. Pérdidas

Pérdidas en el camino

A partir de la ecuación de Friis simplificada para calcular la potencia en recepción podemos deducir las perdidas de camino o el FSPL (Free space loss factor o Free Space Path Loss).

=

f-frecuencia

c-velocidad de la luz

λ-longitud de onda

d-distancia del enlace

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3. Pérdidas

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Pérdidas en el camino

La formula anterior solo aplica bajo los siguientes supuestos:

• d>>λ , la potencia en recepción no puede ser mayor a la transmitida!

• hay LOS y no consideramos multipath

• Antenas alineadas y correctamente polarizadas

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3. Pérdidas

Pérdidas en el camino

Modificaciones a la ecuación básica:

Los efectos de la desadaptación de impedancias, la desalineación de las la antenas y la polarización, y la absorción se pueden incluir mediante la adición de factores adicionales

desadaptación de impedancias

polarización

absorción

Esta es la ecuación de Friis

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3. Pérdidas

Pérdidas en el camino

FSPL- Free space path loss

dB

=

f en MHZ y d en Kms

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3. Pérdidas

Pérdidas en el camino

La dependencia con la distancia se debe al esparcimiento a medida que la onda se desplaza y es una caída cuadrática

La dependencia con la frecuencia tiene que ver con la apertura de la antena o la capacidad de esta de que tan bien puede captar la onda y esta apertura depende de la frecuencia

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3. Pérdidas

Pérdidas en los cables

Desde el equipo radio hasta la antena la señal va a la frecuencia de la portadora

• El cable hay que analizarlo como una línea de transmisión porque lambda es relativamente corto

Línea de transmisión es una estructura material utilizada para dirigir la transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas.

Las pérdidas en el cable pueden ser importantes y dependen de varios factores:

• Frecuencia
• Largo del cable
• Calidad del cable
• Hay otros elementos que también generan pérdidas
• Ej. Conectores

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3. Pérdidas

Pérdidas en los cables

En radio frecuencia la linea de transmisión mas usada son los cables coaxiales:

Cable Coaxial

Los dos parámetros más importantes en un cable son:

• Impedancia
• Para realizar el “matcheo” con la antena y no tener pérdidas de retorno (no depende del largo del cable)
• Pérdidas
• Generalmente se especifican en dB/m para varias frecuencias

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3. Pérdidas

Pérdidas en los cables

Cable Coaxial

• La idea básica es que la malla exterior evita que el cable radie (y por ende funcione entonces como una antena)

• En teoría todo el campo magnético está dentro del aislante (con lo cual también se logra minimizar la interferencia de afuera)
• Para lograr esto se necesita una separación constante entre la malla exterior y el núcleo, por lo que no es aconsejable doblar excesivamente el cable

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3. Pérdidas

Pérdidas en los cables

Cable Coaxial-Ejemplos

• cable Heliax de 1/2"

• Z=50ohms

• fuente www.rfparts.com

• cable Speedflex 375

• Z=50ohms

• fuente www.habia.com

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3. Pérdidas

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Pérdidas en los cables

Cable Coaxial-hoja de datos

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3. Pérdidas

Clase 3-Cálculo de radio enlaces

Pérdidas en los conectores

Muchos tipos de conectores, que varían según:

• Tipo (es decir, su forma)
• Género (macho o hembra)
• Polaridad
• Rosca
• Pérdidas (de 0.1dB a varios

dB)

• Impedancia
• Etc.

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4. Presupuesto de enlace

Clase 3-Cálculo de radio enlaces

Ganancia antenas

Pérdidas cables

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

El objetivo final sera tener en recepción una potencia que sea mayor a cierto umbral de modo de poder asegurar una cierta calidad en el enlace

Qué es un presupuesto de enlace?

• Verificar que la potencia de recepción sea mayor a la sensibilidad del receptor, tomando en cuenta toda la ecuación del radioenlace

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

Sensibilidad del receptor

Es el mínima potencia que necesita el receptor para poder decodificar la señal

• Aunque muchas veces no es controlable, es importante considerar que cambios en la sensibilidad tienen el mismo efecto que en la ganancia de la antena

Margen

No es suficiente con recibir una potencia mínima, también es necesario que la señal útil sea relativamente grande con respecto a la interferencia y el ruido

• SNIR Signal and Inteference to Noise Ratio

• Valores típicos: 16 dB para 11Mbps o 4dB para 1Mbps

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

Altura de las antenas

• Con todo lo que vimos aun nos falta determinar las alturas de las antenas, para esto vamos a usar las zonas de Fresnel

• Como vimos este método tiene en cuenta los obstáculos que pueden existir en el camino de un radio enlace

• A la hora de determinar la altura de las torres donde irán las antenas veremos que gracias a Fresnel se puede permitir una cierta obstrucción de la primera zona de Fresnel

• logran asi obtener una altura final menos restrictiva

• ya que se permite una cierta obstruccion

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Clase 3-Cálculo de radio enlaces

4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

Altura de las antenas

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

Altura de las antenas

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

ejemplo 1

Dado un enlace microondas a una frecuencia de 3GHZ y una distancia de 1km, calcule las pérdidas de camino:

20 log⁡(3000)+20 log⁡(1)+32.45=69.5+32.45=102dB

=

f en MHZ y d en km

FSPL(dB)=20 log⁡(λ)-20log⁡(4πd)

otra forma: a partir de

λ=c/f=3x10^8/3x10^9= 0.1m

FSPL(dB)=20 log⁡(0.1)-20log⁡(4π1000)=-20 - 82 = -102 dB

ésta forma ya incluye el signo, d y λ con las mismas unidades

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

ejemplo 2 (parámetros antenas)

Dada una antena cuyos datos extraídos de la hoja de datos son:

intensidad de radiación

, Pin=250mW,

eficiencia: ecd =0.95

Calcule: Directividad y Relacion Frente espalda

(lo hacemos para la dirección de máxima radiación que es 0º)

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

ejemplo 2 (continuación)

Relación Frente espalda-Front to back ratio:

La ganancia del lóbulo posterior se calcula como:

Entonces la relación frente espalda sera:

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4. Presupuesto de enlace

Presupuesto de enlace

ejemplo 3

Datos:

Si f=2.4GHZ y se quiere tener un Margen de 10 dB de seguridad contra atenuaciones debido a lluvias, ¿cual es la máxima distancia que se puede alcanzar en el enlace?

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Conclusiones

Al momento de diseñar un sistema inalámbrico hay que verificar que la potencia de recepción sea mayor a la sensibilidad

• Considerar todos los elementos de la ecuación de radioenlace:
• Potencia de transmisión
• Pérdidas por cables/conectores/etc
• Ganancia de las antenas
• Pérdida de camino(importante: tomar en cuenta efectos como edificaciones, clima, etc)
• Si ambos extremos del enlace no son iguales, hay que calcular ambos sentidos
• Es importante verificar que la potencia de recepción sea la que esperábamos(no debe sorprender que haya diferencias relativamente importantes)

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¿Preguntas?

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