Diseño de Radio enlaces

Universidad Catolica

“Nuestra Senora de la Asuncion”

Sede Regional Asuncion

Facultad de Ciencias y Tecnologıa

Departamento de Ingenierıa

Electronica e Informatica

Carrera de Ingenierıa Electronica

Telecomunicaciones IIIng. Fernando Brunetti PhD.

Da Silva, Karol <[email protected]>Ramırez, Pedro <[email protected]>

TRABAJO FINAL 1Diseno de Radio-enlaces

24 de enero de 2015

INDICE 2

Indice

1. Objetivo General 3

2. Diagramas de bloques y topologıa de la red 42.1. Diagrama de bloques del Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2. Topologıa de la Red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3. Descripcion funcional de la red y equipos Instalados en las esta-ciones 53.1. Descripcion Funcional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2. Equipos Instalados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3. Caracterısticas del Radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.4. Caracterıstica de la Antena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.5. Caracterıstica de los Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4. Ubicacion del sitio de las estaciones terrenas 9

5. Calculo del enlace de microondas 115.1. Visibilidad de los Vanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

5.1.1. Criterio para despejamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.1.2. Calculo de las Alturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5.2. Datos de los Vanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155.2.1. Vano 1 - Villarica a Numi . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155.2.2. Vano 2 - Numi a Torre3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165.2.3. Vano 3 - Torre3 a Caazapa . . . . . . . . . . . . . . . . . 175.2.4. Vano 4 - Caazapa a Bertoni . . . . . . . . . . . . . . . . . 185.2.5. Vano 5 - Bertoni a Yegros . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.2.6. Resumen de los Vanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205.2.7. Algoritmo de Matlab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5.3. Calculo de las Atenuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215.3.1. Atenuacion en el Espacio Libre . . . . . . . . . . . . . . . 215.3.2. Gases y Vapores Atmosfericos . . . . . . . . . . . . . . . . 215.3.3. Atenuacion por lluvia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235.3.4. Resumen de las Atenuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5.4. Parametros de Referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4.1. Potencia de Transmision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4.2. Perdida de acoplamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255.4.3. Ganancia de la antena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.4.4. Perdida basica de propagacion . . . . . . . . . . . . . . . 265.4.5. Potencia Recibida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265.4.6. Tasa de Bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.4.7. Ancho de Banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.4.8. Factor de ruido del Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . 275.4.9. Umbral del Receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1 Objetivo General 3

6. Analisis de Calidad y de Disponibilidad 286.1. Evaluacion de la Indisponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6.1.1. Indisponibilidad del Equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . 286.2. Objetivos de la Indisponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6.2.1. Resumen de Indisponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . 306.3. Evaluacion de la Calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

6.3.1. Resumen de Calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7. Estandares de los equipos terminales 327.0.2. Trama E1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327.0.3. G.703 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

8. Verificacion de Interferencia 338.1. Calculo de la relacion Portadora/Interferencia . . . . . . . . . . . 338.2. Relacion Portadora a Ruido Normalizada . . . . . . . . . . . . . 348.3. Control de las interferencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358.4. Gestion de la Potencia de RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

9. Propuesta de Stock de Respuestos 36

10.Conclusion 39

1. Objetivo General

Desarrollar los enlaces que unan Yegros y Villarrica para Copaco en labanda de frecuencia de 19 GHz, utilizando 16-QAM o QPSK donde laconfiguracion de la red podrıa ser tanto 1+0 o 1+1 el cual va a transmitira un estandar de 16 E1, en donde se pretende integrar un protocolo detransmision de voz sobre una portadora digital “G703”.

Resumen La solucion del problema consiste en disenar un enlace entre las ciu-dades mencionadas, donde se relevaran los datos con herramientas como GoogleEarth para conocer el terreno y las caracterısticas de la misma, por ser un disenode tipo academico, algunas variables se tomaran como ideales, pero se tratara deajustar lo mas posible para una aplicacion real de la misma, otro factor impor-tante a mencionar en el diseno es la ubicacion de las torres, donde se tratara porsobre todo que el coste de las mismas sea lo mas mınimo posible. Por ultimo, secalcularan la calidad, disponibilidad del enlace para determinar que tan buenoes el diseno y puntualizar la limitacion de la misma.

2 Diagramas de bloques y topologıa de la red 4

2. Diagramas de bloques y topologıa de la red

2.1. Diagrama de bloques del Sistema

La arquitectura del equipo seleccionado, consiste de [1] IDU para montajeen bastidor y ocupando una U/M, [1] Unidad de RF de Exterior [ODU], y [1]cable de interconexion entre estas dos unidades, y finalmente [1] antena externa,ya sea montada directamente a la ODU o a traves de una guıa de onda para labanda de operacion del equipo/enlace.

Optional IO Cards

Standard I/O

IDU Controller

Figura 1: IDU y las interfaces desde un punto de vista de funcionalidad

La Figura 1 muestra los bloques de funciones de I/O [entrada/salida], ModemFI, Fuente de poder. La IDU viene con la capacidad estandar de I/O, la quepuede ser mejorada. Adicionalmente, la funcion de Modem/FI es modular. Estopermite el agregar un segundo Modem para soportar proteccion. La fuente depoder es similarmente modular.

Las funciones principales de la IDU pueden ser resumidas en la siguienteforma:

Procesamiento de Entrada/salida [I/O] - La IDU viene con unacapacidad de I/O estandar, capacidad que incluye soporte para hasta16xT1/E1. La arquitectura de la IDU es flexible y permite la adicionde otros tipos de I/O, en el futuro.

Switch/Framing - La IDU incluye un Switch Ethernet, que esta disenadopara trabajar con la conmutacion en proteccion 1+1 y funciones de controlde redes.

Procesador de Redes - La IDU incluye un Procesador de Redes querealiza funciones Gestion de Redes.

Modem/FI - El modem de la IDU Modem realiza funciones codificacionde FEC prediccion de errores], modulacion y demodulacion PSK/QAM,

2.2 Topologıa de la Red 5

ecualizacion, y decodificacion de FEC. La cadena de FI provee la portadorade 350 MHz y recibe la portadora de 140 MHz.

Fuente de Poder - La Fuente de Poder de la IDU acepta -48 Vdc nomi-nal, y alimenta tanto a la IDU como la ODU. Una segunda unidad [fuentede poder redundante] puede ser incorporada al chasis de la IDU.

2.2. Topologıa de la Red

Observando el terreno y la ubicacion de las ciudades, decidimos utilizar latopologıa Lınea para en enlace punto-punto, que es la que mas se acerca deacuerdo a la ubicacion de las torres.

REPETIDOR3 CAAZAPA BERTONI YEGROSVILLARICA ÑUMI

Figura 2: Topologıa tipo lınea

Por lo tanto, la disposicion de las antenas se puede ver en la Figura 5.La IDU de los terminales soporta configuraciones 1+1 para repetidor multi-

salto, incluyendo la capacidad de bajar e insertar [drop/insert] datos, como sepuede apreciar en la Figura 3.

DR

OP

/IN

SER

T

DR

OP

/IN

SER

T

DR

OP

/IN

SER

T

DR

OP

/IN

SER

T

DR

OP

/IN

SER

T

DR

OP

/IN

SER

T

Figura 3: Drop e Insert en cada terminal

3. Descripcion funcional de la red y equipos In-stalados en las estaciones

3.1. Descripcion Funcional

Desde le punto de vista logico, se disena una red ”punto-punto” entre laCiudad de Villarica a Yegros, pero como la distancia es grande fısicamente, existe

3.2 Equipos Instalados 6

entre estas estaciones extremas repetidores que estan ubicadas estrategicamentetanto para el acceso como para salvar algunas irregularidades del terrerno.

El enlace va a transmitir un estandar de 16E1, en donde se pretende integrarun protocolo de transmision de voz sobre una portadora digital G.703.

La frecuencia utilizada es de 19 GHz y se eligio utilizar la modulacion QPSK.En cada terminal se pueden insertar y obtener informacion, toda la red se

puede controlar desde una de las terminales.

3.2. Equipos Instalados

ODU

COAXIAL

IDU

WAVEGUIDE

ANDE

GENERADOR

Figura 4: Diagrama del equipo instalado

Un terminal de microondas esta compuesto por una unidad de interior IDU(Indoor Unit), y una unidad de exterior, ODU (Outdoor Unit).

En la Figura 4 podemos ver el diagrama del equipo instalado en la estacion,con su correspondiente modulo ODU, se encuentra a la intemperie, va conectadoa la antena por medio de una guıa de onda (Waveguide). El IDU, esta dentrodel recinto donde va a estar protegido de las condiciones climaticas y con ali-mentacion constante (Lınea de suministro (Ande), UPS y Generador).

La IDU es disenada para operar independiente de la frecuencia, y la ODUes disenada para operar independiente de la capacidad. La IDU permite la se-leccion de multiples opciones de capacidad, tipos de modulacion, canales deradiofrecuencia, niveles de Potencia de Transmision, para acomodar y adherir alos requerimientos regulatorios de los diferentes paıses, y de eficiencia espectral.La ODU que complementa estas funciones de la IDU, permite operar en lasbandas de frecuencia.

3.3 Caracterısticas del Radio 7

3.3. Caracterısticas del Radio

El equipo elegido es IP1000c de familia de equipos de WNI que utilizan IDUconfigurables por software, proveen una alta capacidad de transmision, flexibil-idad, caracterısticas operacionales, y conveniencia para implementar redes decomunicaciones inalambricas digitales. Algunas caracterısticas son:

Repetidor Este/Oeste (2 + 0) Eficiencia Espectral Seleccionable, enlacecon suministro de modulaciones QPSK, 16 -256 QAM. Poderosa Modu-lacion con codificacion Trellis.

Ecualizador Adaptivo incorporado.

Control de Potencia Adaptiva.

Software incorporado.

Arquitectura de anillo, de puntos consecutivos.

Monitoreo de comportamiento de BER [tasa de error] incorporado.

Para obtener mas detalles del mismo se puede acceder a la pagina web delproducto y ver precios, cumple con todas las especificaciones que necesitamospara el trabajo.

La conexion entre la IDU y la ODU se realiza mediante un cable coaxial, yentre la ODU y la antena mediante una guıa de onda como podemos ver en laFigura 4.

Las caracterısticas del cable coaxial que podemos utilizar de Times Mi-crowave se detalla en la Tabla 1.

Tipo de Loss at (dB/100m)Cable RX=140 MHz Tx=350 MHz Longitud Maxima

LMR-200 12,6 20,1 100 mLMR-300 7,6 12,1 165 mLMR-400 4,9 7,8 256 m

Cuadro 1: Longitudes Maximas de Cable de FI

Elegimos el LMR-400 por ser la que menor perdida tiene1 0,049dB/m en Rxy 0,078dB/m en Tx con una Impedancia de 50Ω.

La guıa de onda que utilizaremos para conectar la ODU con la antena (conec-tor tipo k), esta detallada en la Tabla 2.

La IDU soporta configuraciones no protegidas 1+0, proteccion 1+1. Unacaracterıstica adicional de la IDU, es la provision para albergar un segundomodulo modem/IF enchufable, para proveer configuraciones de repetidor, redesEste/Oeste.

Por lo tanto, en las estaciones extremas (Villarica y Yegros) se utilizaran unsolo modulo, pero en las estaciones intermedias, se utilizara el modulo adicionalpara que funcione como repetidor.

1No incluye las perdidas del conector.

http://wnint.com/product/licensed/ip1000c/

http://wnint.com/

http://www.timesmicrowave.com/

http://www.timesmicrowave.com/

http://www.timesmicrowave.com/documents/resources/LMR-400.pdf

http://www.grante.hu/products/passives/WGA/WGA.pdf

3.4 Caracterıstica de la Antena 8

Frequency Waveguide Designation Impedancia Flange AttenuationRange (Ghz) British WG IEC R EIA WR (Ω) Designation (dB/m)17.6 - 26.7 20 220 42 50 UBR 220 Type 0.28

Cuadro 2: Waveguide Data

3.4. Caracterıstica de la Antena

Utilizaremos la marca RFS (Radio Frequency System), el modelo SB2-190BB,siguientes caracterısticas se ven en la Tabla 3:

Technical Features

Frequency, GHz 17.7 - 19.7Diameter, ft (m) 2 (0.6)

Gain, dBi 39.5

Cuadro 3: Caracterısticas de la antena

3.5. Caracterıstica de los Equipos

Caracterısticas Tecnicas

Specification-TypicalFrecuencia de Transmision, GHz 19

TransmitterPower Max. QPSK, dBm 25

AntennaGanancia de la antena, dBi 39.5

ReceiverSensibilidad en el Receptor, dBm -65

ODU InterfaceTX IF Frequency, MHz 350RX IF Frequency, MHz 140Cable Impedance, Ohm 50

Cuadro 4: Caracterısticas mas relevantes de los equipos

http://www.rfsworld.com/

http://www.rfsworld.com/userfiles/pdf/18ghz_aws_relocation_kit.pdf

4 Ubicacion del sitio de las estaciones terrenas 9

4. Ubicacion del sitio de las estaciones terrenas

La ubicacion de cada torre se realizo mediante iterativas pruebas, donde seiba buscando la mejor altura natural del terreno que diera una mejor LOS paraası tener menor altura de las torres, pero tambien otras consideraciones, comopor ejemplo que alguna estacion de Copaco (ver Tabla 5) este lo mas cercaposible, ademas que el lugar sea accesible, que haya cerca un tendido electricode la Ande o en otras palabras que este a lo largo de la ruta numero 8 que es laque une la ciudad de Villarica-Yegros todo esto con el fin de abaratar costos deinstalacion, reparacion y mantenimiento.

Figura 5: Ubicacion de las Estaciones.

Ciudad Estacion Copaco Lat / Long

Villarica Alejo Garcıa e/ Cnel. Bogado y Humaita 2546’54.30′′S, 56°26’55.64′′O

Numi –Caazapa Gral. Genes c/ Mariscal Estigarribia 26°11’47.51′′S, 56°22’4.28′′OYegros Tte. Aguirre c/ Pedro Farina Arce 26°27’20.32′′S, 56°24’19.70′′O

Moises Bertoni Avda. Principal Ruta N° 8 Blas Garay 2621’14.75′′S, 5629’27.78′′O

Cuadro 5: Estaciones de Copaco en Ciudades de Interes

En total, se ubicaron 5 vanos, fue un poco tediosa la busqueda por las car-acterısticas del terreno, Las Cordilleras Ybytyruzu y San Rafael que estan ady-acentes a estas ciudades (ver Tabla 6) hacen que el terreno tenga muchas varia-ciones en el perfil de elevacion.

Otra de las consideraciones que tuvimos es inter-conectar todas las ciudadesmas relevantes que unen Villarica-Yegros (ver Tabla 7), que son la ciudad de

4 Ubicacion del sitio de las estaciones terrenas 10

Pico Elevacion sobre el nivel del mar (m) Departamento

1 Cerro Tres Kandu 842 Guaira2 Cerro Capi’i 816 Guaira3 Cerro Pero 815 Guaira4 Cerro Amor 765 Guaira5 Cerro Acatı 697 Guaira6 Cerro Tatuy 503 Guaira7 Cordillera del Caaguazu 456 Caazapa

Cuadro 6: Principales Relieves de los Departamentos de Guaira (Villarica) yCaazapa (Yegros).

Numi, Caazapa y Moises Bertoni, esto para en un futuro si se quiere extender lared, se puede ir desde estas ciudades a las demas sin mucha inversion en nuevastorres.

Ciudad Origen Ciudad Destino Distancia (km)

Villarica Numi 28

Numi Caazapa 80Caazapa Moises Bertoni 34

Moises Bertoni Yegros 17

Cuadro 7: Distancia entre ciudades (Ruta Asfaltada)

Tambien se busco que la cantidad de vano sea la mınima posible, menosvanos implica mas distancia entre torres, mas distancia entre torresimplica mas potencia de transmision, mas potencia de transmisionimplica equipos mas caros, por lo tanto hay un trade-off que cumplir.

5 Calculo del enlace de microondas 11

5. Calculo del enlace de microondas

Los calculos se detallaran para el enlace dicho, las caracterısticas de propa-gacion de una onda dependen de la forma del trayecto de propagacion respectoa los obstaculos(vegetacion, edificios, colinas), de propiedades fısicas del medio(intensidad de precipitaciones, absorcion por gases y vapores), de la frecuenciay la polarizacion de la onda.

5.1. Visibilidad de los Vanos

La visibilidad de los vanos nos ayuda como primer paso del diseno para hallarlas alturas de las antenas para que el enlace se pueda dar, con condiciones simplescomo el despejamiento completo del primer radio de Fresnel para evitar perdidaspor difraccion que deteriore el enlace. Esto es considerando la curvatura de latierra, que tiene un efecto sobre la altura de las antenas.

5.1.1. Criterio para despejamiento

Paso 1 Se determinan las alturas de antenas necesarias para el valor medianoapropiado del factor k en el punto (vesase UIT-R P.453; en ausencia dedatos, utilıcese k=4/3) y un despejamiento de 1,0F1 por encima del ob-staculo mas alto.

Paso 2 Se obtiene el valor de k efectivo, rebasado el 99.9 % del tiempo para el mesmas desfavorable, ke(0.1 %) a partir de las estadısticas de refractividad, sise dispone de ellas, como se indica en el apartado anterior. Si se carece deesta informacion puede utilizarse a curva de la Figura 6, para la longituddel trayecto en cuestion.

Paso 3 Se calculan de nuevo las alturas de antena necesaria para el valor de keobtenido en el Paso 2 (ver Tabla 8) y los siguientes radios de despejamientode la zona de Fresnel.

Clima templado Clima tropical0,0F1 (incidencia rasante) si 0,6F1 para longitudes desolo existe una obstruccion trayecto superiores a unos

aislada del trayecto 30 km0,3F1 si la obstruccion deltrayecto se extiende a lo

largo de una parte de este

Cuadro 8: Radio de despejamiento de la zona de Fresnel

Paso 4 Utilıcese las mayores alturas de antena obtenidas en los Pasos 1 y 3.

5.1 Visibilidad de los Vanos 12

Figura 6: Valor de ke en funcion de la longitud del vano

5.1.2. Calculo de las Alturas

La Figura 7 muestra las variables que se utilizan para hallar la altura de lasantenas en cada vano.

Figura 7: Variables para el calculo de la altura de las antenas

Se realiza mediante las siguientes formulas:

hA2i = h1 + hA1 + [Bi − (h1 + hA1)]d

di− h2 (1)

Donde:Bi = fE (k) +Oi + C.F1 (2)

fE (k) =4

51.(d− di) .di

k(3)


F1 = 17,3.

√(d− di) .di

f.d(4)

Las distancias estan dadas en km, alturas en metros y frecuencia en GHz.Los datos proveıdos por Google Earth nos da el perfil de elevacion estando

sujeto al suelo, se debe corregir esto agregando un valor constante estimadorespecto al suelo, que va representar algun obstaculo que puede haber en elenlace, como pueden ser vegetacion o edificaciones.

La Vegetacion Segun LINK en el paraguay la flora puede describirse en fun-cion a cuatro tipos basicos de organizacion vegetal:

Bosque alto, caracterizado por arboles en promedio de mas de 20 metrosde altura.

Bosque bajo, con arboles que no sobrepasan los 20 metros de altura.

Praderas y llanuras, palmeras, arboles bajos y arbustos.

Lugares bajos, pantanosos, carentes de arboles, pasto, hierbas y bambues.

La Edificacion Cada nivel de un edificio tiene en promedio 2.5 metros dealtura, como el enlace de micro-ondas se realiza en el interior del paıs, porconocimiento del lugar sabemos que no hay edificaciones muy altas que puedanafectar el enlace, realizando una comparacion con la vegetacion, representarıaa un edificio de 8 niveles, encontrar un edificio de tal magnitud en el trayectode nuestro enlace es poco probable. Para estimar lo probable (o improbable, yaque no se busca algo exacto, mas bien una respuesta como si/no se puede), elmetodo mas rustico pero eficiente serıa ir y recorrer todo el trayecto del enlacey verificar la validez de esta afirmacion cosa que no realizamos.

Por lo tanto, se toma el peor caso para nuestro interes, siendo el promediode altura de arboles 20 metros. En otras palabras,

Oi = PEGE + 20 (5)

Para la aplicacion de estas formulas, primeramente de fija la altura inicialde la antena transmisora hA1, la altura del suelo de obtiene a traves del perfilde elevacion que nos da Google Earth que esta dada con respecto al nivel delmar PEGE

2 que sera la base de nuestra torre. Luego de esto, se va analizandocada elevacion Oi a distancia di de la torre de transmision.

La altura de la antena receptora es calculada teniendo en cuenta las alturasde los obstaculos corregidas de forma que representen la curvatura de la trayec-toria fE(k), la altura Oi ya explicada, CF1 que representa el despejamiento delprimer radio de Fresnel y la altura del suelo donde estara la antena h2. Esto se

2PEGE Perfil de Elevacion de Google Earth

http://www.ssme.gov.py/VMME/archivos%20varios/publicaciones/Ptr1-p2.pdf


realiza iterativa-mente para cada di hasta el valor de d que es la longitud delvano, al final se elije el hA2i mas grande obtenido.

El valor de ke se obtiene de la Figura 6 para cada longitud del vano.Se aplico el metodo descrito en la Seccion 5.1.1 para el factor de despe-

jamiento del primer radio de Fresnel donde se tomo el valor de C = 1 paraevitar posibles perdidas por difraccion.

Se utilizo la herramienta dada en el siguiente LINK para el procesamientode los datos obtenidos con Google Earth, con esta se marcan los puntos de laantena transmisora y receptora, se guarda la ruta en el formato .kml y con laherramienta se obtiene varios puntos con su respectivo perfil de elevacion, seexporta a un archivo .csv se procesa con Microsoft Excel (.xslx) y luego se tienelos datos para utilizar en Matlab (.mat).

http://www.geocontext.org/publ/2010/04/profiler/en/?import=kml

5.2 Datos de los Vanos 15

5.2. Datos de los Vanos

5.2.1. Vano 1 - Villarica a Numi

El transmisor esta en la ciudad de Villarrica y el Receptor cerca de la ciudadde Numi, la estacion de Copaco mas cercana a cada ciudad se puede ver en laTabla 5,

Vano 1 Datos

Ubicacion del Transmisor Estacion de Copaco VillaricaUbicacion del Receptor 25°55’28.86”S / 56°22’25.76”O

Altura Torre de Transmision 7,100 [m]Altura Torre de Recepcion 7,618 [m]

Longitud del Vano 17,608 [km]Valor de k 0,560Valor de C 1

Cuadro 9: Datos del Vano 1

Con Matlab se aplico la ecuacion 1, el primer radio de Fresnel con despe-jamiento completo (C = 1), el valor de k de acuerdo a la longitud del vano encuestion, estimado de la Figura 6, se obtuvo lo siguiente:

0 2 4 6 8 10 12 14 160

50

100

150

200

250

Longitud (km)

Altu

ra (

m)

Perfil del terrenoLine of SightCurved EarthFresnel

Figura 8: Perfil de Elevacion, y los valores de interes del vano 1


5.2.2. Vano 2 - Numi a Torre3

El transmisor esta cerca de la ciudad de Numi y el Receptor en un puntointermedio entre Numi-Caazapa, la estacion de Copaco mas cercana a cadaciudad se puede ver en la Tabla 5,

Vano 2 Datos

Ubicacion del Transmisor 25°55’28.86”S / 56°22’25.76”OUbicacion del Receptor 26° 6’14.36”S / 56°21’35.49”O





0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

50

100

150

200

250

Longitud (km)

Altu

ra (

m)




5.2.3. Vano 3 - Torre3 a Caazapa

El transmisor esta en un punto intermedio entre la ciudad de Numi-Caazapa yel Receptor cercana a la ciudad de Caazapa, la estacion de Copaco mas cercanaa cada ciudad se puede ver en la Tabla 5,

Vano 3 Datos

Ubicacion del Transmisor 26° 6’14.36” / 56°21’35.49”OUbicacion del Receptor 26°10’33.36”S / 56°22’21.38”O





0 1 2 3 4 5 6 7 80

50

100

150

200

250

Longitud (km)

Altu

ra (

m)




5.2.4. Vano 4 - Caazapa a Bertoni

El transmisor esta cercano a a ciudad de Caazapa y el Receptor en la ciudadde Moises Bertoni, la estacion de Copaco mas cercana a cada ciudad se puedever en la Tabla 5,

Vano 4 Datos

Ubicacion del Transmisor 26°10’33.36”S / 56°22’21.38”OUbicacion del Receptor 26°20’53.12”S / 56°29’11.82”O





0 5 10 15 200

50

100

150

200

250

Longitud (km)

Altu

ra (

m)




5.2.5. Vano 5 - Bertoni a Yegros

El transmisor esta cercano a la ciudad de Moises Bertoni y el Receptor enla ciudad de Yegros, la estacion de Copaco mas cercana a cada ciudad se puedever en la Tabla 5,

Vano 5 Datos

Ubicacion del Transmisor 26°20’53.12”S / 56°29’11.82”OUbicacion del Receptor 26°26’34.81”S / 56°24’58.14”O





0 2 4 6 8 10 120

50

100

150

200

250

Longitud (km)

Altu

ra (

m)




5.2.6. Resumen de los Vanos

Aquı se presenta una tabla donde estan los datos de cada vano,

Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5Ubicacion del Transmisor 25°46’54.07”S 25°55’28.86”S 26° 6’14.36”S 26°10’33.36”S 26°20’53.12”S

56°26’55.90”O 56°22’25.76”O 56°21’35.49”O 56°22’21.38”O 56°29’11.82”OUbicacion del Receptor 25°55’28.86”S 26° 6’14.36”S 26°10’33.36”S 26°20’53.12”S 26°26’34.81”S

56°22’25.76”O 56°21’35.49”O 56°22’21.38”O 56°29’11.82”O 6°24’58.14”OAltura Torre de Transmision (m) 7,100 2,4 1,6 13,900 4,100Altura Torre de Recepcion (m) 7,618 1,452 0,637 12,930 4,141

Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686Valor de ke 0,560 0,580 0,45 0,590 0,520Valor de C 1 1 1 1 1

Cuadro 14: Resumen de los Vanos

Obviamente dos vanos consecutivos comparten la misma torre, esta sera delvalor mayor de cada vano, es decir, la torre sera la mas alta que de el valor decada vano, pero el otro equipo estara a la altura que deberıa. Por ejemplo, entreel Vano 1 y Vano 2, la altura de la torre sera 7,618 metros (Receptor) y el otroequipo estara a 2,400 metros (Transmisor).

5.2.7. Algoritmo de Matlab

Como se dijo, se utilizo la ecuacion 1 para realizar el calculo de la alturade las antenas de transmision y recepcion, se puede acceder a los datos de losvanos de Google Earth y al script de Matlab (obtener altura.m) descargando elsiguiente LINK.

Basicamente el script de Matlab aplica la formula mencionada, pero ademastrata de obtener que el transmisor y el receptor tengan la misma altura, estoes porque el algoritmo exige un valor inicial para la torre de transmision y deacuerdo a esto estima el de recepcion, nosotros inicialmente damos un valor muygrande al transmisor, y el algoritmo se encarga de hallar el valor que cumplecon todas las condiciones (C = 1 y ke) y ademas que las torres sean la demenor altura y lo mas parecido posible. En el Script la variable de la altura deltransmisor se llama hA1 que por defecto tiene el valor de 100 que esta dado enmetros.

Como se menciono en la Seccion 5.1.2, la vegetacion tiene un efecto directosobre el LOS, por lo tanto se debe tener en cuenta, Google Earth da los valoresdel perfil de elevacion sujeto al suelo, se explico cual es el valor promedio dela zona boscosa en el Paraguay para insertar en nuestros calculos, en el Scriptexiste una variable llamada delta h que por defecto esta a cero, aquı se debeagregar el valor que estimamos tiene la vegetacion en el trayecto de nuestroenlace para que el algoritmo tome esto como un obstaculo mas que vencer paraque se de el enlace. Todos los calculos se realizaron tomando el valor de estavariable a cero por ser un trabajo de tipo academico.

https://dl.dropboxusercontent.com/u/72511690/matlab_teleco2_radio_enlace.rar

5.3 Calculo de las Atenuaciones 21

5.3. Calculo de las Atenuaciones

Como hemos dicho, se ha tomado la decision de que el primer radio de Fresneleste completamente despejado (C = 1), entonces se puede considerar todas lasperdidas por difraccion igual a cero.. El calculo teorico de la perdida enexceso debido a la difraccion en los obstaculos del terreno es muy complejo. Enla recomendacion UIT-R P.526 se explican con detalle los metodos practicos delcalculo de la difraccion en obstaculos.

Cuando el receptor de un sistema de radiocomunicacion se encuentra en elinterior de un terreno boscoso, hay una perdida adicional por penetracion delas ondas a traves de la vegetacion, para su evaluacion esta la recomendacionUIT-R P.833, en nuestro caso, el enlace esta fuera de un obstaculo boscoso, enla Seccion 5.2.7 se explico como se puede dar un valor a una zona boscosa paraque con Matlab se puede evitar esto a traves de una mayor altura de las antenasy por ende se tiene que las perdidas por vegetacion es igual a cero.

5.3.1. Atenuacion en el Espacio Libre

En un sistema de radiocomunicaciones siempre interviene de alguna formael medio de propagacion. Sin embargo, se analiza el caso ideal de propagacionen el espacio libre como marco de referencia y para la determinacion de laperdida de propagacion mınima que debe esperar en un enlace. Seguidamentese van anadiendo a esa perdida diversas correcciones o atenuaciones adicionalesen funcion de las caracterısticas especıficas del medio de propagacion, comoson: presencia de obstaculos, desvanecimientos, interferencia por lluvia, gasesatmosfericos, etc.

En radio-enlaces micro-ondas se tiene que:

Lbf (dB) = 92,45 + 20 log f(GHz) + 20 log d(km) (6)

Sacando los valores de longitud de los vanos dado en la Tabla 14, utilizandola Ecuacion 6, se tiene la Tabla 15

Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5

Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686Espacio Libre Lbf (dB) 142,939 144,049 136,199 144,987 140,091

Cuadro 15: Atenuacion en el espacio libre para cada vano.

5.3.2. Gases y Vapores Atmosfericos

En trayectos troposfericos las moleculas de O2 y H2O absorben energıa elec-tromagnetica, produciendo una atenuacion que puede ser muy elevada en ciertasfrecuencias. Esta atenuacion adicional solo tiene importancia en frecuencias su-periores a 10GHz.

En los trayectos poco inclinados, proximos al suelo, la atenuacion debido aestos efectos se calcula mediante la expresion:


Aa = γa.d (7)

donde γa es la atenuacion especıfica (dB/km) y d, la distancia. El parametroγa se desglosa en dos:

γa = γ0 + γw (8)

donde γ0 y γw son las atenuaciones especıficas del oxı geno y el vapor deagua, respectivamente y se han representado en la Figura 13

100

101

10-3

10-2

10-1

100

101

102

Ate

nuac

ión

espe

cífic

a (d

B/k

m)

Frecuencia, f(GHz)

Atenuación específica debida a los gases atmosféricos

o (O

2)

w

(H2O)

a

Figura 13: Atenuacion especıfica debida a los gases atmosfericos

En la Figura 13 se observa que tanto el O2 como el H2O presentan crestas deelevada atenuacion que corresponden a las frecuencias de resonancia molecular.

La recomendacion UIT-R P.676 proporciona expresiones para el calculo deγ0 y γw.

En el caso de aire seco, la atenuacion γ0 en dB/km viene dada por:

γ0 =

[7,27rt

f2 + 0,351r2pr2t

+7,5

(f − 57)2

+ 2,44r2pr5t

]f2r2pr

2t × 10−3 (9)

para f ≤ 57GHz


en donde:f : frecuencia GHzrp = p/1013rt = 288/(273 + t)p : presion (hPa)t : temperatura (C)

En el caso de vapor de agua, la atenuacion γw en dB/km viene dada por:

γw =

[3,27× 10−2rt + 1,67× 10−3

ρr7trp

+ 7,7× 10−4f0,5 + 3,79(f−22,235)2+9,81r2prt

+ 11,73rt(f−183,31)2+11,85r2prt

+ 4,01rt(f−325,153)2+10,44r2prt

]f2ρrprt×10−4

(10)

para f ≤ 350GHz.

donde ρ es la densidad de vapor de agua (g/m3).La Figura 13 hecha con Matlab, muestra la atenuacion especıfica de 1 a

57GHz a nivel del mar para aire seco y para vapor de agua con una densidadde 7, 5g/m3, Presion a 1013hPa y Temperatura a 15C, se pueden sacar lossiguientes valores para nuestra frecuencia de interes (19GHz):

γo = 9,134× 10−3 γw = 6,386× 10−2 γa = 7,297× 10−2 (11)

Sacando los valores de longitud de los vanos dado en la Tabla 14, utilizandola Ecuacion 7 y la atenuacion hallada en la Ecuacion 11, se realiza la Tabla 16de Atenuacion debida a los gases y vapores atmosfericos.


Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686Atenuacion Especıfica γa (dB/km) 7, 297 · 10−2 7, 297 · 10−2 7, 297 · 10−2 7, 297 · 10−2 7, 297 · 10−2

Atenuacion Adicional Aa (dB) 0,555 1,460 0,591 1,626 0,925

Cuadro 16: Atenuacion Adicional para cada vano

5.3.3. Atenuacion por lluvia

Puede producirse atenuacion como resultado de la absorcion y dispersionprovocadas por hidrometeoros como la lluvia, la nieve, el granizo y la niebla.Aunque puede hacerse caso omiso de la atenuacion debida a la lluvia para fre-cuencias por debajo de unos 5 GHz, debe incluirse en los calculos de diseno afrecuencias superiores, en las que su importancia aumenta rapidamente.

Para radio-enlaces terrenales, la Recomendacion UIT-R P.530, establece elsiguiente procedimiento para evaluar la atenuacion por lluvia rebasada duranteun porcentaje de tiempo p%. Tal atenuacion es:

A(R, p) = γ(R, p) · Lef (12)


donde γ(R, p) es la atenuacion especıfica(dB/km) para la intensidad de lluviaR(mm/h) y el porcentaje de tiempo p( %) y Lef (km) es a longitud efectiva deltrayecto.

La atenuacion especıfica se calcula, segun la Recomendacion UIT-R P-838,en funcion de la intensidad de la lluvia mediante la ley potencial:

γ = k ·Rαp (13)

Las constantes k y α dependen de la frecuencia y la polarizacion. Segun laRecomendacion UIT-R P.838, se calculan mediante las siguientes expresiones:

log k =

4∑j=1

g(aj , bj , cj , f) +mk · log f + ck (14a)

α =

5∑j=1

g(aj , bj , cj , f) +mα · log f + cα (14b)

donde:

g(aj , bj , cj , f) = aj · exp

[−(

log f − bjcj

)2]

(15)

f : Frecuencia (GHz).k : kH o kV .α : αH o αV .

La variable R de (13), es la intensidad de lluvia (mm/h) excedida el p%de tiempo, con un tiempo de integracion de 1 minuto y se obtiene a partirde estadısticas de lluvia. Del siguiente LINK estimamos el valor de R0,01 =45mm/h para el departamento de Guaira y Caazapa.

La longitud efectiva se calcula mediante la expresion:

Lef =d

1 + d/d0(16)

donde, para el 0,001 % del tiempo y una intensidad de lluvia menor que100mm/h:

d0 = 35 · exp(−0,015R0,001) (17)

Si se conoce la atenuacion excedida el 0,01 % del tiempo, puede calcularse suvalor para otros porcentajes de tiempo, en la gama de 0,001 % a 0,1 %, mediantela expresion:

Ap = A0,01 · 0,12 · p−(0,546+0,043·log p) (18)

Sacando los valores e longitud de los vanos dado en la Tabla 14, utilizandolas ecuaciones 12, 13 y 16 se obtiene a siguiente Tabla 17 que representa laatenuacion para cada vano:

http://www.annp.gov.py/archivos/documentos/Boletin_5_cmpress_iso8gd2c.pdf

5.4 Parametros de Referencia 25


Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686Atenuacion Especıfica γ (dB/km) 4,733 4,733 4,733 4,733 4,733

Longitud Efectiva Le (km) 8,856 9,425 5,570 9,903 7,410Atenuacion por lluvia (dB) 41,919 44,611 26,367 46,871 35,073

Cuadro 17: Atenuacion debida a la lluvia para cada vano

5.3.4. Resumen de las Atenuaciones

En la Tabla 18 se tiene un resumen de las atenuaciones:

Atenuaciones Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5

Difraccion (dB) 0 0 0 0 0Vegetacion (dB) 0 0 0 0 0

Espacio Libre (dB) 142,939 144,049 136,199 144,987 140,091Gases (dB) 0,555 1,460 0,591 1,626 0,925Lluvia (dB) 41,919 44,611 26,367 46,871 35,073

Cuadro 18: Resumen de las atenuaciones para cada vano

5.4. Parametros de Referencia

Los parametros de mayor relieve por su influencia en los calculos de calidaddel enlace son los siguientes:

5.4.1. Potencia de Transmision

Es la potencia entregada por el amplificador del transmisor a los circuitosde acoplamiento la antena. De la Tabla 4 se tiene que:

PT = 25dBm

5.4.2. Perdida de acoplamiento

Son perdidas en los circuitos de acoplamiento a la antena del transmisor yreceptor. Se suelen llamar perdidas en terminales. Consideramos la longitud delcable coaxial es de unos 5 metros ademas de la altura de cada antena que sepuede ver en la Tabla 14, la longitud de la guıa de onda consideremos 1 metro.La atenuacion de las mismas se pueden ver en las Tablas 1 y 2. La formula esla siguiente para el transmisor:

LTT = LDFT + αt · ltLa formula analoga para el receptor:

LTR = LDFT + αr · lr


donde:LTT (dB) : Perdida total en los elementos terminales del transmisor.LDFT (dB) : Perdida en duplexores, circuladores y filtros del transmisor.αt(dB/m) : Atenuacion unitaria en el alimentador de antena.lt(m) : Longitud del alimentador de antena.

Los resultados de cada vano vemos en a Tabla 19

Torre LTT (dB) LTR (dB)

Villarica 1,223 -

Numi 0,857 0,898Torre3 0,794 0,596

Caazapa 1,754 0,556Bertoni 0,989 1,158Yegros - 0,727

Cuadro 19: Perdida de acoplamiento

5.4.3. Ganancia de la antena

De la Tabla 4 se tiene que:

GT = GR = 39,5dBi

5.4.4. Perdida basica de propagacion

Se puede ver en la Tabla 15.

5.4.5. Potencia Recibida

La potencia recibida se define a la entrada del amplificador RF del receptor.Se calcula mediante la ecuacion de balance de enlace:

PR(dBm) = PT (dBm)− LTT (dB) +GT (dB)− Lb(dB) +GR(dB)− LTR(dB)

Torre PR (dBm)

Numi -42,359Torre3 -35,049

Caazapa -35,100Bertoni -44,760Yegros -37,743

Cuadro 20: Potencia recibida en el receptor.


5.4.6. Tasa de Bits

Transmitiremos 16 canales E1, cada una de ellas equivale a 2048 kilobits,por lo tanto:

BR = 2048kb · 16 = 32Mbps

5.4.7. Ancho de Banda

El ancho de banda por cada radiocanal se define como:

BW = K · F · Vb ·R (19)

Donde:

K : Factor de Modulacion. Considerado 1 para QPSK.

F : Factor de especificacion, considerado normalmente igual a 1.5 paraQPSK

Vb : Tasa de bits de transmision.

R : Factor de anchura de banda (R = 1/log2M), M = 4 para QPSK.

Aplicando la formula, se tiene que:

BW = 24MHz

5.4.8. Factor de ruido del Receptor

Sacado de la pagina del fabricante.

FR = 7,0dB

5.4.9. Umbral del Receptor

Th3 = −174 +BW + FR + 10 logBR

Th3 = −68dBm

http://wnint.com/product/licensed/ip1000c/

6 Analisis de Calidad y de Disponibilidad 28

6. Analisis de Calidad y de Disponibilidad

Uno de los objetivos de los radioenlaces digitales es conseguir la longitudoptima de vano compatible con la cumplimentacion de las clausulas de las Re-comendaciones del UIT-R en cuanto a indisponibilidad y calidad. Es obvio decuanto mayor sea la longitud, se requeriran menos equipos y emplazamientospara establecer una ruta dada, con la consiguiente ventaja economica.

Se ha llegado a la conclusion tras numerosas experiencias y pruebas quelos efectos de las precipitaciones tienen a determinar cada vez mas la longitudadmisible del vano a traves de los objetivos de interrupcion del radio-enlace(indisponibilidad) para frecuencias superiores a unos 10GHz.

Como los eventos de errores que afectan a la indisponibilidad son relativa-mente largos en comparacion con el desvanecimiento multitrayecto se realizanpor separado las evaluaciones de indisponibilidad y de fidelidad (calidad de er-ror).

6.1. Evaluacion de la Indisponibilidad

6.1.1. Indisponibilidad del Equipo

El calculo de la indisponibilidad debida a los equipos, UE , es complicado.Ademas de los equipos en sı, interviene la propia composicion del radioenlace.La indisponibilidad de equipo es, entonces:

UE =

N∑i=1

Usi (20)

donde:Usi : Indisponibilidad de la seccion de conmutacion i-esima, cuyo valor es:

Usi = 2Ui (21)

Ui es la indisponibilidad para cada sentido de transmision, en cuyo calculointervienen la indisponibilidad del radiocanal, de los elementos de conmutaciony de los elementos de diversidad.

La fiabilidad esta relacionada con el tiempo que transcurre entre averıassucesivas del equipo. Esta dada por:

p(t) =1

τexp (−t/τ) (22)

Al parametro τ se le denomina tiempo medio entre fallos, se designa porMBTF (Mean Time Between Failures) y constituye una caracterıstica de cadaequipo y una expresion de su fiabilidad.

Para establecer la indisponibilidad del equipo es necesario introducir el con-cepto de tiempo medio de reparacion, que se designa por MTTR (Mean Time ToRepair), y que es el valor medio del tiempo que transcurre entre la produccionde una averıa y el restablecimiento de la operacion del equipo.

6.2 Objetivos de la Indisponibilidad 29

El fabricante no facilita el valor de los mismos, estimamos que el valor deMTBF = 50.000 Horas y MTTR = 2.5 horas.

La indisponibilidad del equipo viene dado por:

U( %) =MTTR

MTBF +MTTR· 100 (23)

UE = 0,005 %

La indisponibilidad se evalua para atenuacion por lluvia y en frecuenciassuperiores a 10GHz. El calculo se realiza vano a vano, sumandose los porcentajesde indisponibilidad de cada vano. El porcentaje total, resultante de la suma, secompara con un valor objetivo calculado para la longitud total del enlace. Acontinuacion se representa una metodologıa de calculo para un vano generico dedistancia d(km):

1. Se evalua la indisponibilidad de equipo. Sea UE( %) el valor obtenido.Explicado en la Seccion 6.1.1.

2. Se obtiene del fabricante el valor del umbral de recepcion Th3 para la BER10−3. Se obtuvo en la Seccion 5.4.9.

3. Se calcula el margen para desvanecimiento plano:

M3 = Pt − LTT +GT − Lb +GR − LTR − Th3 (24)

Para el vano en estudio se calcula la atenuacion por lluvia excedida el 0,01 %del tiempo A0,01 explicado en la Seccion 5.3.3

Empleando la Ecuacion 18 se calcula la atenuacion para el p% del tiempo.Se iguala esta atenuacion al margen M3 de 24 y resulta:

M3 = 0,12 ·A0,01 · p−(0,546+00,043 log p) (25)

Se resuelve esta ecuacion cuya incognita es p( %), el valor obtenido es laindisponibilidad de propagacion Up( %). La indisponibilidad del vano es UE +Up( %)

6.2. Objetivos de la Indisponibilidad

La Recomendacion UIT-R F.1703, establece los objetivos de indisponibilidadpara enlaces inalambricos fijos digitales reales, utilizados en las conexiones ytrayectos ficticios de referencia de 27.500km, sobre la base de los parametroscaracterısticos de error de la Recomendacion UIT-R F.1668.

https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/f/R-REC-F.1703-0-200501-I!!PDF-S.pdf

https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/f/R-REC-F.1668-0-200401-S!!PDF-E.pdf

6.3 Evaluacion de la Calidad 30


Lbf (dB) 142,939 144,049 136,199 144,987 140,091LTT (dB) 1,223 0,857 0,794 1,754 0,989LTR (dB) 0,898 0,596 0,556 1,158 0,727M3 (dB) 28,94 28,498 36,451 26,101 32,193A0,01(dB) 41,919 44,611 26,367 46,871 35,073Up ( %) 0,02563 0,03094 0,004015 0.04282 0,01248UE ( %) 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005

U = 2Up + UE ( %) 0,03563 0,04094 0,01401 0,0582 0,02248

Cuadro 21: Tabla de Indisponibilidad para cada vano.

6.2.1. Resumen de Indisponibilidad

Segun la Recomendacion UIT-R F.1703 el valor maximo de porcentaje deindisponibilidad es de 0.05 % para un tramo de acceso y una longitud lımitede 250km. La longitud total de nuestro enlace es de 80.3km. Casi todos losvanos verificados en la Tabla 21 cumplen con los objetivos excepto el vano 4,esto se da por 2 motivos, primero por la longitud del vano se ve en la Tabla 18es la superior a todas, esto hace que el Lbf sea mayor ya que es directamenteproporcional a la distancia, segundo, la atenuacion por lluvia es excesiva, esto sepuede ver de la Figura 13, nuestra frecuencia de operacion de 19GHz esta muycerca de la resonancia molecular del HO y O2 que ronda los 24GHz, por esoal estar operando cerca de esta frecuencia las atenuaciones son mayores. Unasolucion rapida serıa acortar la longitud del vano.

6.3. Evaluacion de la Calidad

La evaluacion de la calidad se realiza para cada vano, obteniendose el por-centaje de tiempo, sumando los porcentajes correspondientes a todos los vanosy comparando el resultado con la especificacion de calidad de la Tabla 22.

Valores ObjetivoParametros R < VP 1,5 ≤ R ≤ 5 5 ≤ R ≤ 15

ESR 0,04C 0,04C 0,05CSESR 0,002C 0,002C 0,002CBBER - 2C10−4 2C 10−4

Cuadro 22: Objetivos de calidad de error.

Utilizando la notacion de la Rec. 1668, los objetivos se expresan en funcionde las constantes B y C, cuyos valores estan comprendidos en la gama 0,075 a0,085 (7,5 % a 8,5 %).

Deben tenerse en cuenta los desvanecimientos plano y selectivo, de formaque, para cada vano, el porcentaje de tiempo total PTT , sera igual a la suma

https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/f/R-REC-F.1703-0-200501-I!!PDF-S.pdf

6.3 Evaluacion de la Calidad 31

de los porcentajes PTP y PTS correspondientes a los desvanecimientos plano yselectivo, respectivamente.

PTT = PTP + PTS (26)

Para radioenlaces digitales de pequena capacidad (< 34Mbit/s) como lanuestra, se evalua solamente el porcentaje para desvanecimiento plano:

PTT = PTPP0 · 10−M3/10 · 100 (27)

donde M3 es el margen bruto de desvanecimiento dado por:

M3(dB) = C(dBm)− Th3(dBm) (28)

donde:CdBm : Potencia Recibida, hallado en la Seccion 5.4.5. Th3dBm : Umbral,hallado en la Seccion 5.4.9.

P0 que es la probabilidad de desvanecimiento para el mes mas desfavorable.Usando el metodo de Mojoli,se tiene que:

P0 = 0,3 · a · b · f4· d

3

503(29)

donde a depende del clima, como tenemos un clima templado a = 1. f(GHz)es la frecuencia, d(km) longitud de cada vano y b es un parametro que depende dela influencia del terreno. Si s es la ondulacion del terreno, entonces, b = (s/15)1,3.

Vano s(m) b P0 PTT

1 14.7044 1.0262 0.9980 0.0027232 15.4006 0.9663 1.3788 0.0006993 11.4750 1.4166 0.1343 0.0000694 13.4459 1.1528 2.2740 0,00107845 10.4508 1.5996 0.5817 0.000548

Cuadro 23: Caracterısticas de desvanecimiento de los vanos en el mes mas des-favorable.

6.3.1. Resumen de Calidad

Observando la Tabla 22, tomando el peor caso (B = 0.085 y C = 0.085), setiene el valor de ESR = 0.0034 que es el valor mas pesimista, comparando losvalores de PTT de la Tabla 23 vemos que todos los valores son menores a esteultimo, por lo tanto, siendo que se cumple la calidad deseada.

7 Estandares de los equipos terminales 32

7. Estandares de los equipos terminales

7.0.2. Trama E1

E1 es una interfaz de comunicaciones diferenciales usando dos pares (TX yRX) conectados a traves de un unico conector RJ-48C o el uso de dos conexionescoaxiales (TX y RX) a traves de dos conectores BNC.

El protocolo E1 se creo hace muchos anos ya para interconectar troncalesentre centrales telefonicas y despues se le fue dando otras aplicaciones hastalas mas variadas que vemos hoy en dıa. La trama E1 consta en 32 divisiones(time slots) PCM (pulse code modulation) de 64k cada una, lo cual hace untotal de 30 lıneas de telefono normales mas 2 canales de senalizacion, en cuantoa conmutacion. Senalizacion es lo que usan las centrales para hablar entre ellasy decirse que es lo que pasa por el E1.

El ancho de banda se puede calcular multiplicando el numero de canales,que transmiten en paralelo, por el ancho de banda de cada canal:

canales× (ancho por canal) = 32canales× 64kbps = 2048kbps (30)

Una casilla de tiempo (TS0) es reservado para efectos de segmentacion, ytransmite alternadamente un patron arreglado. Esto permite al receptor detectarel inicio de cada trama y encontrar cada canal en el turno. Los estandarespermiten que se realice un chequeo de redundancia cıclica a traves de todos losbit transmitidos en cada segmento, para detectar si el circuito esta perdiendobits (informacion), pero esto no siempre es usado. 2

Una casilla de tiempo (TS16) es usualmente reservada para propositos desenalizacion, para controlar la configuracion de la llamada y desmonte de acuer-do a varios protocolos estandar de telecomunicaciones. Esto incluye senalizacionde canales asociados (Channel Associated Signaling - CAS) en donde un juegode bits es usado para replicar la apertura y cerrada del circuito (como si sedescolgara y se marcara en un telefono analogico). Sistemas mas recientes usansenalizacion de canal comun (Common Channel Signaling - CCS)como ISDNo sistema de senalizacion numero 7 (SS7 - Signalling System 7) el cual envıapequenos mensajes codificados con mas informacion de la llamada, incluyendoIdentificador de llamada (Caller ID), tipo de transmision requerida etc. ISDNes usado normalmente entre nodos locales de telefonıa y negocios principales,mientras que SS7 es casi exclusivamente usado entre nodos y operadores. SS7puede manejar hasta 4096 circuitos por canal de senalizacion, de esa manera eslevemente mas eficiente en el uso total de la transmision del ancho de banda.

A diferencia de los anteriores sistemas T-carrier desarrollados en Norteameri-ca, todos los 8 bits de cada muestreo estan disponibles en cada llamada. Estopermite el sistema E1 ser usado igualmente bien para circuitos de llamadas dedatos, sin riesgos de perdidas de informacion.

Resumiendo, un E1 equivale a 2048 kilobits en el vocabulario tecnologicoconvencional. Hoy contratar una trama E1 significa contratar el servicio de 30lıneas telefonicas digitales para nuestras comunicaciones.

http://es.wikipedia.org/wiki/RJ-48

http://es.wikipedia.org/wiki/Conector_BNC

8 Verificacion de Interferencia 33

El E1 se usa en todo el mundo excepto Canada, Estados Unidos y Japon.

7.0.3. G.703

G.703 es un estandar de la UIT-T que define las caracterısticas fısicas yelectricas de la interfaz para transmitir voz o datos sobre canales digitales comoE1 (hasta 2048 Kbit/s). Las interfaces G.703 son utilizadas, por ejemplo, parala interconexion de routers y multiplexores.

G.703 se suele transportar sobre cables equilibrados de par trenzado de120 ohm terminados en conector RJ-48C. Sin embargo, algunas companıastelefonicas usan cables no balanceados (dos cables coaxiales de 75 ohmios), tam-bien permitido por G.703.

8. Verificacion de Interferencia

Las interferencias de RF producen a la entrada de un receptor de radioenlacesenales no deseadas que pueden afectar la calidad de funcionamiento. Puedenclasificarse segun diversos criterios:

Atendiendo su generacion, puede distinguirse entre interferencias

Intrasistema.

Intersistema

Las primeras se generan en el propio sistema de radio-enlace, fundamen-talmente como consecuencia de re-utilizacion de frecuencias, aunque tambienpueden deberse a acoplamientos indeseables en el interior de los equipos ra-dioelectricos, a efectos de no linealidades en los circuitos de acoplo comunes ya respuestas parasitas de los receptores.

El segundo grupo comprende aquellas interferencias producidas entre dos omas sistemas diferentes, terrenales o espaciales.

Puede clasificarse tambien la interferencia, segun la posicion relativa de lasenal interferente respecto a la deseada (UIT-R I.779) en:

1. Interferencia en el mismo canal o cocanal. Son interferencias debida a unafuente modulada o no, de frecuencia proxima a la de portadora deseada.

2. Interferencia en un canal adyacente. Se trata de una interferencia prove-niente de un canal contiguo al deseado, en el Plan de canalizacion.

8.1. Calculo de la relacion Portadora/Interferencia

Es necesario evaluar la relacion de potencias senal deseada/senal interferentea la entrada del receptor interferido, denominada relacion portadora/interferenciay designada abreviadamente por C/I (dB). Se aplica para ello la ecuacion debalance de trayecto de la senal interferente, teniendo en cuenta las atenucacionesadicionales debidas a:

http://es.wikipedia.org/wiki/RJ-48

8.2 Relacion Portadora a Ruido Normalizada 34

Efecto de los filtros de RF del transmisor y receptor cuanto la interferenciano es cocanal.

Discriminacion angular de las antenas de emision y recepcion para eltrayecto interferente.

La relacion portadora interferencia se puede obtener por:

C/I(dB) = PTD +GTD −APD − PTI −GTI +API −DTI −DRI (31)

donde:PTD;TI : Potencias transmitidas de la senal deseada y la interferente.GTD;TI : Ganancias de las antenas transmisoras deseada e interferente.APD;PI : Atenuaciones de propagacion de la senal deseada y la interferenteDTI;TD : Discriminacion de la antena transmisora interferente y de la antenade recepcion a la senal interferente por apuntamiento.

8.2. Relacion Portadora a Ruido Normalizada

En los radio-enlaces digitales las interferencias, en general, no tienen un nivelsuficiente para producir errores en los circuitos de decision. En consecuencia, lainterferencia, como tal, no suele producir errores.

Puede calcularse la magnitud de la degradacion de la tasa de errores enpresencia de interferencia, cuando se conoce la distribucion estadıstica de laamplitud de la senal interferente recibida. El calculo, aunque abordable, es muylaborioso. Una estimacion aproximad, aunque pesimista, se basa en considerara la senal interferente con un ruido gaussiano que se suma en potencia a la senalde ruido termico.

Peb =1

2Erfc

[√c

n+ i

]=

1

2Erfc

[√1

nc + i

c

](32)

donde c/i es la relacion portadora/interferencia a la entrada del receptorinterferido y c/n la relacion portadora/ruido. En la practica, se suelen utilizarcurvas obtenidas mediante mediciones o simulaciones, que dan el incrementode W necesario para mantener la probabilidad de error Peb determinada enpresencia de interferencia, en funcion portadora/interferencia.

Se puede ver en la Figura 14 curvas de valores de BER en funcion de Wpara los siguientes casos:

Caso ideal, sin limitacion de banda.

Caso real, sin interferencia (C/I) =∞).

Con interferencia cocanal de diferente intensidad.

A partir de graficas como la anterior (para una modulacion determinada)y en funcion de la BER deseada y el valor de la C/I obtenemos el valor de larelacion portadora/ruido normalizada necesaria.

8.3 Control de las interferencias 35

Figura 14: Relacion Portadora a Ruido Normalizada

8.3. Control de las interferencias

La interferencia en el mismo canal por sobrealcance dentro de un mismosistema o entre redes diferentes, puede reducirse eligiendo convenientemente elemplazamiento de las antenas y procurando que sus lobulos laterales y posteri-ores de radiacion sean reducidos. en nuestro caso, el F/B Ratio es de 70dB, quees mayor que el recomendado (65dB).

8.4. Gestion de la Potencia de RF

La administracion de la potencia de RF es una caracterıstica de diseno quecontrola el nivel de potencia [tıpicamente expresado en dBm] de la senal derecepcion, en el receptor, proveniente de un transmisor. El objetivo tradicionalde la ”gestion de potencia” es el asegurar que el nivel de la senal de RF enrecepcion es suficientemente robusta para mantener el radio enlace operando,aun bajo condiciones cambiantes/adversas” de clima y de propagacion.

Las IDUs de los equipos WNI-IP incorpora una tecnica llamada AdTPC, quepermite al Tx transmitir a un nivel mınimo de potencia necesario para manteneren enlace a pesar de las condiciones adversas de propagacion e interferencia. LaIDU esta disenada y fabricada para no exceder el valor maximo de potenciapermitida. El proposito del controlar la potencia, es la de minimizar el valor dela potencia de transmision, cuando son suficientes para la comunicacion. ATPC

9 Propuesta de Stock de Respuestos 36

tambien extiende el concepto de control de potencia, controlando no solo elnivel de potencia de RF sino que tambien, la calidad de la senal [relacion senala ruido].

Las tecnicas tradicionales de gestion de la potencia de RF tales como Con-trol Constante de la Potencia Transmitida [CTPC], y Control Automatico dela Potencia Transmitida [ATPC] transmiten a un nivel alto de potencia paracompensar los efectos adversos de desvanecimiento e interferencia. Sin embargo,estas tecnicas continuan operando a niveles altos de potencia - aun cuando lascondiciones adversas pudieron haber desaparecido, Radios que operen a un nivelalto de potencia, causaran interferencia en otras radios, aun si la fuente [Tx]esta a muchas millas del receptor. Niveles de alta interferencia pueden degradarla calidad de la senal hasta el punto en que los radio-enlaces llegan a ser noconfiables y la disponibilidad de comunicacion se ve afectada.

En contraste a ATPC, la tecnica TPC ajusta dinamica-mente la potencia desalida considerando el nivel actual y la calidad de la senal. La IDU monitoreaconstantemente el nivel de RF recibido para mantener una tasa de error de10−12 [BER] bajo condiciones cambiantes de propagacion e interferencia. CadaIDU puede detectar cuando ha habido una degradacion en el nivel de calidad dela senal de Rx, y ajustar el nivel de la potencia de Tx, en el terminal remoto.AdTPC provee la potencia maxima en instantes de alta interferencia y desvanec-imiento, y mınima potencia cuando las condiciones mejoran. Una potencia deTx a nivel mınimo reduce la interferencia co-canal y de canal adyacente, conotros dispositivos de RF que esten en la misma area.de servicio, asegurandode paso, el uso optimo del espectro. El beneficio que resulta de esto, es quelos operadores pueden instalar un mayor numero de radio-enlaces en un areapequena.

Como no tenemos datos de la interferencia del lugar ya sea por otro enlacecercano o por mediciones de campo como interferencias causadas por satelitesy/o otro tipo de interferencia, solo nos limitamos a describir y caracterizar lasinterferencias que pueden existir y algunas ventajas que tiene el equipo selec-cionado para contrarrestar esto.

9. Propuesta de Stock de Respuestos

Para calcular esta parte de propuesta de stock se necesitara supervision ymonitoreo de los equipos, es decir, un procedimiento de atencion y reparacionde averias.

El concepto de operacion y mantenimiento involucra dos aspectos impor-tantes:

Operacion : Se refiere a las mediciones de traficos o anchos de banda,mediciones para diagnosticos asi como eleboracion de estadisticas que per-mitan optimizaciones del sistema.

Mantenimiento :Se refiere a todas las acciones y esfuerzos que se real-izan para que el equipo funcione adecuadamente y sin interrupcion. Todos


involucran el suministro de respuestos y equipos en caso de ser necesario.

Para el calculo de los respectivos lotes de repuesto, Alcatel utiliza el siguienteprocedimiento:

La unidad de repuesto utilizada para sustituir la unidad averiada es rein-tegrada (al almacen de repuestos) con la misma unidad averiada despuesde su reparacion.

Para cada tipo de unidad presente o sustituible, el numero de las unidadesde repuestos esta determinado en funcion de los siguientes factores:

• Tiempo medio de reparacion de la unidad averiada.

• Probabilidad de que las unidades de repuesto sean ”suficientes”.

Por tiempo medio de reparacion se entiende el tiempo que transcurre desdeel momento en que un repuesto se utiliza, hasta que la unida averiada sustituidavuelve de la reparacion mas los tiempos administrativos y de transporte asoci-ados a este proceso. No se debe confundir con el MTTR usado en el calculo deindisponibilidad que es de algunas horas.

Por probabilidad de que las unidades de repuestos sean ”suficientes” se en-tiende a la probabilidad que exista una unidad de repuesto cuando se la necesite.

Las hipotesis de calculo son las siguientes:

Los procesos de averıa y reparacion se verifican en condiciones de equilibrioestadıstico.

Las unidades averiadas son enviadas a reparacion lo mas pronto posibley cada unidad es reparada y reexpedida de manera independiente de lasotras.

Cuando las unidas de repuesto estan agotadas no esta previsto algun pro-cedimiento especial de suministro, se espera que las partes vuelvan de lareparacion.

Considerando las hipotesis arriba mencionadas:

1− P ≤

(N · RMTBF )S+1

(S + 1)!∑S+1k=0

(N · RMTBF )k

k!

Tenemos que:

S: Numero de unidad de repuestos.

N: Numero de las unidades presentes en el sistema respecto de las cualesse calculan los repuestos (poblacion).


MTBF: Tiempo medio entre dos fallas de la unidad.

R: Tiempo medio de reparacion.

P: Probabilidad de que las unidades de repuestos sean suficientes.

Nosotros queremos que la probabilidad de que las unidades de respuestos seansuficientes para la IDU por ejemplo sean del P ≥ 99,99 % y lo que hacemos escalcular la probalidad para distintos valores de S, N = 6, MTBF = 8 anos69120 horas, R = 2 meses 1440 horas.

Reemplazando en la ecuacion determinamos que la probabilidad de que lasunidades de repuestos sean suficientes para los siguientes valores de S. es:

Para S = 1, P ≥ 99,3103 %Para S = 2, P ≥ 99,9713 %Para S = 3, P ≥ 99,9991 %

Con 3 equipos de reserva se puede cubrir el 99,99 % de cualquier fallas deequipo.

10 Conclusion 39

10. Conclusion

En el mundo moderno, la conexion inalambrica es muy habitual. En estetrabajo mostramos como se lleva a cabo un radioenlace que es una de las her-ramientas mas habituales para la comunicacion de hoy dia haciendo una con-cexion entre el emisor y el receptor utilizando como medio de propagacion elespacio libre.

Entender los elementos de un enlace en terminos de ganancias o perdidas escrucial para implementar una red inalambrica que funcione en forma confiable,por ejemplo las perdidas mas grandes del enlace se producen en la propagaciondel espacio libre debido a la atenuacion geometrica de la senal. Se utilizo lasmayores consideraciones posibles como definir la mejor ruta del enlace paralograr una buena propagacion de la senal, realizando el relevamiento del perfildel terreno y el analisis de las Zonas de Fresnel. Las estimaciones de condicionesambientales se realizan como promedio para una zona especifica del terreno.

Es necesario un amplio conocimiento de la herramienta usada y su adaptaciona los equipos que se van a usar eligiendo asi el equipo optimo para cumplir losrequirimientos planteados.

La sensibilidad del receptor es un paramentro que indica el valor mınimo depotencia que se necesita para alcanzar una cierta tasa de bit y en nuestro trabajoestaba en el rango que habitualmente se necesitan para que funcione de maneraoptima. Una vez realizado el estudio y diseno detallados de un radioenlace, seobtuvieron buenos resultados para la implementacion del mismo.

REFERENCIAS 40

Referencias

[1] Transmision por radio 6ta Edicion. Jose M. Hernando Rabanos.Madrid, febrero del 2008.

[2] http://www.itu.int/pub/R-REC/es.

[3] PDF: Ingenieria de Sistemas de Radioenlaces de Microondas.

Diseño de Radio enlaces

Engineering

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