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Medios no

guiados

Medios no Guiados

Es el tipo de comunicación sin cable, transporta ondas

electromagnéticas sin conductor físico.

Las señales se irradian por el aire (también por el agua), están

disponibles para cualquier dispositivo capaz de recibir.

Emisión

Recepción

Propagación

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Medios no Guiados

Las ondas electromagnéticas se pueden transmitir eficazmentemediante una antena, su forma y dimensión está relacionada con lafrecuencia a transmitir.

El ancho de banda máximo que puede transmitir es proporcional a lafrecuencia de la portadora

En radiodifusión AM seutilizan antenas de decenas demetros de altura, típicamentede ¼ de longitud de onda(unos 75 m), a la frecuencia de1 Mhz. Su ancho de banda esde 5 KHz.

En radiodifusión FM seutilizan frecuencias 100 vecesmayores, estas antenas sondel orden de un metro. Suancho de banda es de 15 KHz.

El alcance de la transmisiónes menor que AM. 3/65

Asignación de frecuencias

La comunicación por radio se divide en 8 rangos (bandas) reguladas

por el MTC.

VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

3 KH 30 KH 300 KH 3 MH 30 MH 300 MH 3 GH 30 GH 300 GH

Superficie Troposférica Ionosférica EspacioLínea de vista

Ondas de radio Microondas

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Transmisión por radio

Espectro electromagnético

Mayor frecuencia, mayor ancho de banda disponible y menor

alcance

Baja frecuencia, las ondas son guiadas por la superficie terrestre y

reflejadas por capas ionosféricas

Alta frecuencias, las ondas de radio se comportan como la luz, por lo

que se requiere línea visual entre el transmisor y el receptor

Va de 30 Hz hasta 300 THz. La longitud de onda va de kilométricas

hasta ondas fentométricas.

λ

cf

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Factores que determinan el alcance

Potencia de salida del TX (de 0.1 y 4 W)

Sensibilidad del RX (nivel de señal que llega al receptor)

A mayor frecuencia mayor atenuación

Ganancia de las antenas. A mayor frecuencia, una antena

tendrá mayor ganancia para el mismo tamaño.

Pérdidas en el sistema de comunicación: espacio, cable de

alimentación a las antenas (longitud del cable)

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Características de las Antenas

Ganancia de la antena: es el cociente entre lapotencia emitida por la antena en su dirección demáxima emisión respecto a una antena isotrópica.Se expresa en dBi

Diagrama de radiación o patrón de radiación deuna antena, es una gráfica de la intensidad decampo emitido en función del ángulo a partir de ladirección de máxima emisión.

Ancho del haz es el ángulo entre los dos puntos en los que la

potencia se ha reducido a la mitad (3dB)

Polarización: Corresponde a la dirección del campo eléctrico emitido

por una antena. Puede ser: Vertical, Horizontal. y Elíptica

La desadaptación de polarización puede introducir una pérdida de hasta

20 dB9/65

Diagrama de radiación

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Tipos de propagación

Propagación de las ondas de radio: Línea de

vista

• También llamada visión directa, se transmite señales de alta

frecuencia de antena a antena (línea recta).

• Las antenas deben ser directivas, enfrentadas entre si, altas y juntas

entre si, para que no le afecte la curvatura de la tierra. Es compleja

porque las transmisiones de radio no se pueden enfocar

completamente.

• Las ondas van en todas direcciones (arriba, abajo, reflejadas en la

superficie o en la atmósfera). Las ondas reflejadas que llegan al

receptor (antena) más tarde pueden componer la señal.

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Onda directa

Línea de vista Ionosfera

Troposfera

Propagación de las ondas de radio: Espacio

Utiliza satélites como transmisores (en lugar de la refracción

atmosférica).

La señal radiada se recibe en el satélite y luego se retransmite al

receptor. Es una nueva transmisión de línea directa que tiene

intermediario. La distancia del satélite a la tierra equivale a una

antena de súper alta ganancia e incrementa la distancia que puede

cubrir la señal.

Espacial Ionosfera

Troposfera

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Tipos de Propagación

Propagación de señales específicas

La comunicación por radio está

en función de la frecuencia de la

señal.

A cada capa de la atmósfera le

corresponde un frecuencia de

trabajo, es más eficiente si se

transmite y envía señales con

tecnología adaptada a la capa.

VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

3 KH 30 KH 300 KH 3 MH 30 MH 300 MH 3 GH 30 GH 300 GH

Superficie Troposférica Ionosférica EspacioLínea de vista

Ondas de radio MicroondasVLF, very low frequency, se propaga con ondas de superficie (aire o

agua). No sufren atenuación por la transmisión, pero son sensibles a

los ruidos atmosféricos (calor, electricidad) presente en bajas

latitudes. Se usan en radio navegación de largo alcance y

comunicación submarina.

LF, low frequency, se propagan en ondas de superficie. Se usan

para radio navegación de largo alcance, radio balizas localizadores de

navegación. La atenuación es mayor en el día (se incrementa la

absorción de las ondas por los obstáculos naturales)

Propagación de señales específicas

MF, middle frequency, se propagan en latroposfera, son absorbidas por la ionosfera. Elángulo de reflexión limita la distancia que cubre (sinentrar en la ionosfera). La absorción es mayor dedía, la mayoría de las transmisiones se hacen conantenas con línea de vista para tener mayor controly evitar absorción. Se usa para radios AM, radiomarítimo, buscadores audiodireccionales yfrecuencias de emergencia

HF, high frequency, usa propagación ionosférica,las señales se desplazan a la ionosfera (diferentedensidad las refleja a la tierra). Se usa para radioaficionados (ham-radio), banda ciudadana,emisiones internacionales, comunicacionesmilitares, comunicación larga distancia paraaviones, barcos, telefonía, telegrafía y fax

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Propagación de señales específicas

VHF, very high frequency, se propaga por línea de vista. Se usa para TV (VHF)

radio FM, AM de los aviones, ayuda de navegación de aviones.

UHF, ultra high frequency, se propaga por línea de vista. Se usa para TV (UHF),

teléfonos móviles, radio celular, buscadores, enlaces de microondas (empieza en 1

GHz (UHF) y continua en las bandas SHF y EHF).

SHF, super high frequency, se transmite usando línea de vista principalmente y parte

de propagación espacial. Se usa para microondas terrestres, satélite, radar.

EHF, extremely high frequency, usa propagación espacial. Sus usos son

mayormente científicos, radar, satélite, comunicaciones experimentales.

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Antena Jicamarca

UHF/VHF

VHF

UHF

Microondas

Microondas terrestres

No siguen la curvatura de la tierra, requieren

equipos de línea de vista.

La distancia a cubrir depende de la altura de la

antena (antenas más altas, mayor distancia).

La altura hace que la señal viaje más lejos sin

interferencia (curvatura de la tierra y obstáculos de

superficie). Las antenas se ponen en torres en

colinas o edificios altos.

Las señales se propagan en una dirección concreta.

Para una comunicación bidireccional se usan 2

antenas (telefonía), una para transmitir (recibir) en

una dirección (A→B) y la otra en el otro sentido

(B→A). Cada frecuencia requiere transmisor y

receptor (permite usar 1 única antena con cada lado)

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Repetidores

Son equipos que reciben la señal, para luego reenviar a otro punto ,

se denominan retransmisores, en otra dirección.

La distancia entre repetidores varía en función de la frecuencia y su

ubicación. El repetidor puede radiar a la misma frecuencia de la

señal original o a otra frecuencia. Los microondas terrestres con

repetidores se usan exhaustivamente para telefonía.

Tierra

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Antenas parabólicas

Parabólica, geometría de una parábola, cada línea paralela a lalínea de simetría (línea de vista) refleja la curva en ángulos queinciden en un punto común (foco).

El plato funciona como un embudo, captura un rango amplio deondas y las dirige al punto común. Se recupera más señal que conreceptor de punto único. Las transmisiones se radian a través deun cornete que apunta al disco, las señales golpean al plato, sereflejan en sentido contrario, hacia el foco.

Línea de simetríaFoco

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Satélite

Comunicación vía satélite

El principio es el mismo que en las microondas

terrestres, el satélite actúa como una súper antena

alta y como repetidor.

Las señales por satélite viajan en línea recta, las

limitaciones por curvatura son reducidas. Los satélites

retransmisores hacen que las señales microondas se

transmitan a través de continentes, océanos.

Los satélites proporcionan comunicación desde

cualquier ubicación (remota o no), estás son de alta

calidad sin infraestructura de tierra. Los satélites son

caros, pero se pueden alquilar tiempo o frecuencia a

precios asequibles.

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Geosincrónicos (geoestacionarios)

Los satélites necesitan línea de vista, el satélite que se mueve a

diferente velocidad a la rotación de la tierra sirve para lapsos cortos.

Para comunicaciones constantes el satélite debe moverse a la

misma velocidad de rotación de la tierra, da la apariencia de estar

fijo un punto del espacio.

Tierra

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Geosincrónicos (geoestacionarios)

La velocidad orbital depende de la distancia desde la tierra,

hay una órbita que es geosincrónica, esta es en el plano

ecuatorial.

Como mínimo se requieren 3 satélites para cubrir toda la

tierra.

120 °

Enlace

descendente

Enlace

ascendente

Vista desde

el polo norte

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Bandas de frecuencia

Están en el orden de los GHz, cada satélite transmisor y

receptor tienen bandas distintas.

BandaEnlace descendente

(GHz)

Enlace ascendente

(GHz)

C 3.7 – 4.2 5.925 – 6.425

Ku 11.7 – 12.2 14 -14.5

Ka 17.7 – 21 27.5 - 31

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Telefonía celular

Telefonía celular

Para comunicación entre 2 móviles ó entre 1 móvil y 1 fijo.

El proveedor debe ser capaz de ubicar y seguir al móvil,

asignándole un “canal de llamada” y transfiriendo la señal de un

canal a otro a medida que el móvil se mueve (fuera o dentro del

rango de un canal)

Cada área de servicio se divide en células (regiones pequeñas que

contienen 1 antena y que esta controlada por 1 pequeña central), la central

de la célula esta controlada por una central de telefonía móvil, que coordina

las comunicaciones entre las células y la central telefónica, conecta las

llamadas y graba la información sobre detalles de las llamadas para

facturación.

El tamaño de la célula no es fijo, puede ser mayor o menor, depende de

los usuarios del área. Radio típico está entre los 2 y 20 Km.

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Telefonía celular

Las áreas de mayordensidad de usuariosnecesitan más células(más pequeñas) parasatisfacer la demanda quelas áreas de menordensidad.

El tamaño de las célulasse optimiza para prevenirinterferencias.

La potencia detransmisión es baja paraprevenir que la señalinterfiera en las otrascélulas.

Central celular

Célula

Central de

comunicación de

telefonía móvil

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Bandas celulares

Tradicionalmente se inició analógica, para disminuir el ruido usa

modulación FM entre los móviles y la central de la célula.

Tiene 2 bandas: 824 y 849 MHz, (moviles), y 869 y 894 MHz (lleva

comunicación iniciada desde el teléfono fijos). Las frecuencias

portadoras se reparten c/30 KHz por lo que cada banda soporta 833

portadoras.

416 ch 416 ch

824 MHz 849 MHz 869 MHz 894 MHz

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Transmisión y recepción

Tx, luego que el usuario disca y envía el númerotelefónico (7 a 10 dígitos), el teléfono barre la bandabuscando un “canal de inicio” con señal potente yenvía los datos (número telefónico) a la central de lacélula más cercana que usa el canal.

Esta central retransmite los datos a la central decomunicación de telefonía móvil que a su vez lo envíaa la central telefónica (o célula del móvil llamado).

Si la llamada es contestada, se devuelven losresultados a la central de comunicación que asigna uncanal de comunicación (de voz) sin usar y la conexiónse establece, el móvil se acondicionadaautomáticamente al nuevo canal y se inicia la tx.

Rx, si un teléfono fijo llama a uno móvil, la centraltelefónica envía el número a la central de comunicaciónde telefonía móvil, este localiza el móvil preguntando acada célula (paging) hasta encontrarlo, entonces letransmite una señal de llamada, al responder se leasigna un canal de voz.

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Radioenlaces

Onda Electromagnética

λ = C/Fλ = 300 / f (Mhz) en metros

λ = 11811 / f (Mhz) en pulgadas

Ejemplo

F = 10Khz λ = 30 Km.

F = 100Mhz λ = 3 m.

Frecuencia = N ciclos/ s

radiación efectiva antenas ½, ¼

¿Cuál es la importancia de la λ o f en un sistema de comunicaciones?

1. La forma de propagación (onda ionosférica, directa, superficial)

MF

2. La longitud de la antena (onda milimétrica, onda corta, onda larga)

F = 1000Mhz

λ = 30 cm.

F = 100Mhz

λ = 3 m.

F = 1Mhz

λ = 300 m.

EH

Onda Electromagnética

3. La penetración en edificios (ondas cortas tienen mejor penetración)

Señal fuera

de los edificios

Señal dentro de los edificios

-20 dB 800Mz

-30 dB en 450Mhz

4. La atenuación en el espacio libre (altas frecuencias mayor acentuación)

L = 32.4 + 20 log f (Mz.) + 20 log d (Km.)

d = 10 Km., f1 = 100 Mhz. y f2=1000Mhz

5. El ruido captado por la antena (mayor ruido externo a bajas frecuencias

HF

N

Características técnicas de un radio

Transceptor

Lf = 32.4 + 20log d (Km.) + 20log f (Mhz.)

Sr = Ptx - Lp + Ga - Lf - Pe - Md

Para d = 10 Km. , Ptx = 100W , F= 900 Mhz., se tiene:

Sr = 50 dBm - 3dB + 10dB - (32.4 +20 + 60) dB - 20 - 10

Sr= -85 dBm

* se observa que el área de cobertura con adecuada penetración es 10 Km. aprox.

Evolución de los modelos de Propagación

Cálculos de Radioenlaces: Aproximación al espacio libre

Tx Receptor

Ptx 100W 50dBmN= -90 dBm

Ga = 10dB

Lf = PERDIDAS DE PROPAGACION

Lp = 3dB

PENETRACION

Pe=20 dB

Sr

Elementos en un radioenlace

Tx/Rx

Torres

Antenas

Cable

coaxial

Equipos de Tx / Rx

Medio de Transmision

Tx/Rx

Cables coaxiales

Características

1. Impedancia

2. Pérdidas

3. Aislamiento

4. Potencia

ConductorBlindaje

Espuma

Características de los cables coaxiales

Relación de onda estacionaria en

instalaciones de radio

VSWR vs. Porcentaje de potencia reflejada

radio

Generador

-116 dBm

Ruido interno

Medidor de

SINAD

Desensitazión

TX RX

Ptx = 100wPtx = 100w

Sensibilidad del Receptor

Capacidad del receptor de recibir señales débiles con cierto grado de calidad,

-116 dBm a 12 dB de SINAD (relación a ruido que toma en cuanto la

distorsión del receptor, se mide en el laboratorio)

Modelo de enlace punto a punto

Pasos para implementar un radioenlace:

1. Ubicación de las estaciones usando cartas geográficas

2. Elaborar un perfil de enlace.

3. Verificar la línea de vista en función de:

• Altura de la torre.

• Frecuencia.

4. Cálculos de Radioenlace.

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Tx/RxTx/Rx

Modelo de enlace punto a punto

Modelo de enlace punto - multipunto

Banda de frecuencia: rango de operación de la antena, rango en el cual la

relación de onda estacionaria es menor de 1.5. No se

puede intercambiar con la antena de recepción.

820

Mhz

860

Mhz

Directividad: Esta relacionada con la dirección de irradiación máxima de la

energía, y tiene valor igual a la ganancia de la antena.

0

db

10 db

Antenas

Ancho de haz: Es el ángulo comprendido entre los puntos de media potencia

del patrón de irradiación de la antena.

0 db10 db

7 db

7 db

Ancho de haz = 60°

Tild: Inclinación del patrón de radiación en dirección vertical.

A

°

Antenas

Ganancia: Es la relación entre la máxima potencia radiada con la antena

comparada con la potencia radiada por una antena dipolo o

isotrópica. La ganancia de una antena dipolo es 2.15 dBi.

G = 10dB/0dB = 10dBi G = 10dB/2.15dB = 7.85dBd

Antena dipolo

Antena isotrópica

Antena

evaluada

Polarización: Es la orientación del vector de campo eléctrico. Las antenas de

comunicaciones móviles son de polarización vertical. Las

antenas yagi pueden trabajar tanto en polarización horizontal

como en vertical.

Antenas

1. Comprobación Técnica

1. Medición de Potencia directa

2. Medición de Potencia Reflejada

3. Comprobacion de adecuado VSWR < 1.5

Instalación de estación

2. Comprobación Tecnica

1.Angulo en Azimut

Este ángulo se mide desde el norte geográfico en sentido de las

agujas del reloj.

Norte

Coordenadas

Latitud, longitud

Coordenadas

Latitud, longitud

Instalación de estación

2. Angulo en Elevación

El ángulo de elevación nos indicará la inclinación que le debemos dar a la

antena con respecto al plano horizontal.

d

= arctg (h2-h1 / d)

h2h1

Instalación de estación

R1 = ½ ( x D )

Donde:

R = Radio de la primera zona de Fresnel

= Longitud de onda

D = Distancia entre estaciones

Tx/Rx Tx/Rx

R

Punto 1Punto 2

Radio a la mitad del trayecto

Zona de Fresnel

Guiados vs. No guiados

Comparación de medios

Enlaces inalámbricos frente a redes tradicionales tienen algunas ventajas.

Movilidad. Información en tiempo real en cualquier lugar de la organización oempresa para todo usuario de la red. Tener información en tiempo realsignifica mayor productividad y posibilidades de servicio.

Facilidad de instalación. Evita obras para tirar cable por muros y techos.

Flexibilidad. Permite llegar donde el cable no puede.

Reducción de costes. Permite entornos dinámico, que pueden variar en eltiempo, el coste inicial más alto de la red sin cable es significativamente másbajo en el tiempo, porque tiene más tiempo de vida y menor gasto deinstalación.

Escalabilidad. Se puede cambiar de topología de red en forma sencillo y enredes pequeñas y grandes. A mayor velocidad de transmisión, menor área decobertura de la señal y viceversa.

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Comparación de medios

Costo, de materiales e instalación.

Velocidad, número máximo de bits/segundo que puede transmitir(fiable); varía con la frecuencia (más altas tx más bits) con el tamañofísico del medio, equipo de transporte y condiciones del conductor

Atenuación, saber que parte de la señal va a ser absorbida o disipadapor el medio (resistencia del cable extrae energía y disipa como calor)

Interferencia electromagnética, sensibilidad a la energíaelectromagnética externa que interfiere la señal: visual (efecto nieve)o audio (estática)

Seguridad, protección contra intrusos, algunos medios no blindadosson interceptables (par trenzado, radio) fácilmente, otros son másseguros (fibra)

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Consideraciones de diseño

•Ancho de banda disponible vs. necesario

–Determina la capacidad de transmisión

•Impacto de impedimentos del medio

–Atenuación y propagación multipasos

•Limitan la distancia máxima

•SNR

–Sensitividad a interferencia – coordinación de frecuencias con

otros servicios

•Restricciones legales o reglamentarias

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Rendimiento de medios de transmisión

Medio Costo Velocidad Atenuación EM Seguridad

UTP Bajo 1 – 100 Mbps Alto Alto Bajo

STP Moderado 1- 150 Mbps Alto Moderado Bajo

Coaxial Moderado 1 Mbps – 1 Gbps Moderado Moderado Bajo

Fibra Alto10 Mbps – 16

GbpsBajo Bajo Alto

Radio Moderado 1 – 10 Mbps Bajo – alto Alto Bajo

Microondas Alto 1 Mbps – 10 Gbps Varía Alto Moderado

Satélite Alto 1 Mbps – 10 Gbps Varía Alto Moderado

Celular Alto 9.6 – 19.2 Kbps Bajo Moderado Bajo

Proyección de la evolución de los transistores

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