Diseño de Redes Microondas · 2020. 5. 21. · Curso de Actualización Profesional: Diseño de...

Curso de Actualización Profesional: Diseño de

Redes Microondas

Mg. Ing. Javier More

02 de mayo de 2020

[email protected]

WhatsAPP: https://wa.me/5199105634

7

Webinar disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=fvlvdN7VR2A

mailto:[email protected]

https://wa.me/51991056347

https://www.youtube.com/watch?v=fvlvdN7VR2A

Teoría electromagnética aplicado a las redes Microondas

Diseño de redes de transporte de microondas

Herramientas para el diseño de redes microondas

Caso práctico

Laboratorio

Índice

Copyright: . Ing. Javier More

1.- Teoría electromagnética aplicada a redes microondas

Copyright: . Ing. Javier More

¿Qué es el espectro radioeléctrico?

𝝀𝝀 = Longitud

de onda

𝜆 =𝑐

𝑓

f = 10 GHz

𝜆 =300,000,000

1,000,000,000= 3cm

𝝀

Banda E (80 GHz) → 𝝀 = 0.38 cm = 4 milímetrosCopyright: . Ing. Javier More

Microondas: Rango entre 300 MHz a 300 GHz. Usualmente se le conoce al rango de frecuencias que se encuentran entre 3 a 100 GHz.

Nombre Rango

VLF Very Low Frequency 3 kHz - 30 kHz

LF Low Frequency 30 kHz - 300 kHz

MF Medium Frequency 300 kHz - 3 MHz

HF High Frequency 3 MHz - 30 MHz

VHF Very High Frequency 30 MHz - 300 MHz

UHF Ultra High Frequency 300 MHz - 3 GHz

SHF Super High Frequency 3 GHz - 30 GHz

EHF Extremely High Frequency 30 GHz - 300 GHz

Radio AM

TV VHF, Radio FM

TV UHF, Telefonía Móvil

Redes Microondas

Redes Microondas, Banda Ka

Radios HF

Espectro Radioeléctrico

Copyright: Ing. Javier More

¿Quién regula el espectro radioeléctrico?

ANEMinTIC

MTC

IFT SUBTEL

ARCOTELATT


Bandas de espectro para redes Microondas

En los Planes de Frecuencia de cada país, se indican las bandas que se pueden usar para enlaces microondas

Bandas Licenciadas: Solo para operadores de TelecomunicacionesCopyright: Ing. Javier More

Bandas No Licenciadas

915 - 928 MHz5150 - 5250

MHz2400 - 2483.5

MHz

5250 - 5230 MHz

5725 - 5850 MHz

5450 - 5725 MHz

Algunos países imponen limitaciones de PIRE (Potencia)

Difiere, según el país.Copyright: Ing. Javier More

¿Qué es el dBm?

Muy usado en Telecomunicaciones para medir niveles de potencia.

Representa un nivel de potencia en base a 1mW

+ Sumar 3dBm es igual a doblar la potencia.- Restar 3dBm es igual a dividir la potencia entre 2.

27 dBm = 0.5 W

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒆𝒏 𝒅𝑩𝒎 = 10 ∗ log [𝑃 𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠

1 𝑚𝑊]

𝑷𝒐𝒕𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒆𝒏𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔 = 10𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑑𝐵𝑚−30

10

Regla práctica

-15 dBm = 0.032 mW

Datasheet utilizado: https://cdn.cambiumnetworks.com/wp-content/uploads/2017/08/SS_ePMP_Force190_06222018.pdf


https://cdn.cambiumnetworks.com/wp-content/uploads/2017/08/SS_ePMP_Force190_06222018.pdf

¿Qué es el dBi?

Datasheet utilizado: https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/261522-p360-vhlp4-11w-a-external.pdf

Unidad utilizada para medir la ganancia de las Antenas


https://www.commscope.com/globalassets/digizuite/261522-p360-vhlp4-11w-a-external.pdf

Canales en Banda Licenciadas

Banda 4400 – 5000 MHz

CH1MHz

80 MHz

4450 4530 4610

300 MHz

CH2 CH3 CH1

80 MHz

4750 4830 4910

CH2 CH3


¿Qué frecuencia es recomendable usar?

3 GHz 11 GHz 50 GHz

Redes de Larga Distancia

8 GHz

Redes de Área Local


2.- Diseño de Redes Microondas


Línea de Vista (LOS: Line of sight)


Atenuación en el Espacio Libre (AEL)

𝐿𝑠 𝑑𝐵 = 92.4 + 20 log(𝑓𝑥𝑑)

d = 10 km

f= 2.4 GHz

𝐿𝑠 𝑑𝐵 = 92.4 + 20 log(2.4 ∗ 10) = 120 dB

Si se dobla la distancia → AEL se incrementa en 6dB


Producto del efecto de “difracción”, las ondas de microondas se trasmiten en un espacio determinado.

La potencia se concentra en la Primera Zona de Fresnel.

En el diseño de un enlace microondas se debetener en cuenta que la Primera Zona de Fresnelquede despejada (libre de obstáculos)

1° 𝑍𝑜𝑛𝑎 𝑑𝑒 𝐹𝑟𝑒𝑠𝑛𝑒𝑙 = 𝐹1 = 17.32𝑑1 𝑘𝑚 𝑥 𝑑2(𝑘𝑚)

𝑓 𝐺𝐻𝑧 ∗ 𝑑(𝑘𝑚)

Zonas de Fresnel


Equipos Microondas

IDU

ODU

Antena

Cable FI

Guía de Onda / Acoplador


Potencia de Transmisión de Equipos Microondas (1/3)

RTN 620

• Banda: 14 GHz• Pot Transmisión: 21 dBm• Ganancia de Antena: 35 dBi• Sensibilidad: -69 dBm @128QAM

PIRE = 21dBm + 35dBi = 56 dBm



RTN 980

• Banda: 8 GHz• Pot Transmisión: 26.5 dBm @1024 QAM• Ganancia de Antena: 45.3 dBi• Sensibilidad: -69 dBm @128QAM

PIRE = 26.5dBm - 1dB + 45.3dBi = 70.8 dBm

Datasheet: https://support.huawei.com/enterprise/en/doc/EDOC1100042209?section=j009

Guía de Onda

Cable de RF


https://support.huawei.com/enterprise/en/doc/EDOC1100042209?section=j009


Cambium ePMP Force 300-25

Datsheet: https://cdn.cambiumnetworks.com/wp-content/uploads/2018/10/SS_ePMP_Force300-25_08212019.pdf

• Banda: 5 GHz• Pot Transmisión: 27 dBm• Ganancia de Antena: 25 dBi• Sensibilidad: -63 dBm @256QAM

PIRE = 27dBm + 25dBi = 52 dBm


https://cdn.cambiumnetworks.com/wp-content/uploads/2018/10/SS_ePMP_Force300-25_08212019.pdf

Link Budget

- AEL y otras atenuaciones (lluvia)

+ Ganancia Antena A

+ Ganancia Antena B

+ Pot TX

- AtenuaciónCable y Conectores A

= Pot RX

-AtenuaciónCable y Conectores B

𝑷𝑹𝑿 = 𝑃𝑇𝑋 − 𝐿 𝐶𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐴 𝑦 𝐶𝑎𝑏𝑙𝑒𝐴 + 𝐺 𝐴𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 𝐴 − 𝐴𝐸𝐿 + 𝐺 𝐴𝑛𝑡𝑒𝑛𝑎 𝐵 − 𝐿 𝐶𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑒𝑠 𝐵 𝑦 𝐶𝑎𝑏𝑙𝑒 𝐵


Margen de Desvanecimiento

Los niveles de FM son datos de Fabricantes del Equipo. Están basados en la Sensibilidad del Receptor.

PRx NominalPRx Real

FM6: Para un BER de 10^(-6)

FM3: Para un BER de 10^(-3)


23

Modelo Huawei RTN 620

IDU

ODU

Cable de FI

Banda de Operación: 14 GHzTráfico: PDH, SDH y EthernetModulación: QPSK/16QAM/32QAM/64QAM/128QAMPTx = 21 dBmBER 10-6 = -87.5 dBm @ 7GHz, 16QAM y 4xE1Ganancia de Antena: 35 dBiPerdida por conectores: 2dBDisponibilidad del Enlace: 99.99904%

Ejemplo


24

¿Que pasa si el equipo se setea para transmitir 1-STM 1 @ 128 QAM?

Dato : BER E-6 = -69.5 dB (1 STM-1 @ 128 QAM)

Ejemplo


Efecto de la Refracción

Atmosférica. Factor K

El efecto de la Refracción Atmosférica ocasiona que las microondas no viajen enlínea recta, sino que tengan cierta curvatura, la misma que esta en función al radiode la tierra y a un factor “K”.

Por lo general, K adopta el valor de 4/3. para zonas tropicales.

El parámetro K se ve reflejado en el cálculo del efecto de la curvatura de la tierra.

𝐶 =4

51∗𝑑1 ∗ 𝑑2

𝐾 c

d1 (km) d2 (km)


Cálculo de altura de Torres (1)

En un enlace microondas, la obstrucción por edificios, picos de montañas, árboles,muchas veces es inevitable.Si el obstáculo interfiere con la primera zona de Fresnel, hay atenuación delenlace.

ha

Ha

hb

Hb

ha = Altura Torre “A”Ha = Altura sobre el nivel del mar del punto A.D: Despejamiento

d1 d2

H

c

D

C: Valor por curvatura de tierraH = Altura del obstáculo.hb: Altura Torre “B” Copyright: Ing. Javier More

Elevación del Terreno: Cartas

Geográficas

http://sigmed.minedu.gob.pe/descargas/


http://sigmed.minedu.gob.pe/descargas/

Cálculo de Altura de Torres (2)

H1 =Ha+ha

H2 = Hb+hb

d1

H3 = c+H+D

d2

𝐻3 − 𝐻1

𝑑1=𝐻2 − 𝐻3

𝑑2

Se conocen todas las variable, excepto elvalor de la altura de las torres: ha y hb.

Se asume el valor para una torre y secalcula el valor para otra torre.

ℎ𝑏 =𝑑2

𝑑1∗ 𝑐 + 𝐻 + 𝐷 − 𝐻𝑎 − ℎ𝑎 − 𝐻𝑏 + 𝐶 + 𝐻 + 𝐷

Si en el calculo sale hb < 0entonces no se necesita alturade torre. Se recomienda unatorre de 10m para eliminar elefecto de campo cercano


Desvanecimiento de Señal

Principales razones del Desvanecimiento de Señal Microondas

Atenuación en el Espacio Libre

Desvanecimiento selectivo de Frecuencia

Desvanecimiento por lluvia

Desvanecimiento por variación Factor K

Desvanecimiento por Multitrayectoría


Ejemplo: Red de Microondas Yurimaguas - Iquitos

Instalación de una Red de Transporte Inalámbrica de Microondas de alta capacidadSe instalaron 11 torres de más de 120 metros cada una a lo largo de 370 km.El servicio se inauguró en Marzo de 2014.


Ejemplo: Equipos Comerciales

SDH/PDH

Imágenes extraidas de Alibaba

RTN 620


Equipos Microondas Split-Mount

Adaptado de Huawei

Antena

ODU (Outdoor Unit)

Cable de FI

IDU (Indoor Unit)

La Unidad de RF es una UnidadOutdoor (ODU).

El procesamiento de la Señal IF y lasunidades MUX/DEMUX están en unaUnidad Indoor (IDU)

El ODU y la antena pueden estar enuna misma unidad o pueden estarseparadas (unidas por una guía deonda pequeña).

Los IDUs se instalan en los Racks y losODUs en la torre.

Es la más usada. Rápido despliegue.

Ejemplo: OptiX RTN 600, 900

Muy usado para Backhaul móvilCopyright: Ing. Javier More

Polarización

Pol Vertical

Pol Horizontal

Adaptado de Huawei y SAF TechnikaCopyright: Ing. Javier More

Arquitectura de redes

Microondas

Extraído de Huawei

Anillo Cadena

Add-Drop


Alineación de Antenas

Adaptado de Huawei y SAF

CorrectoIncorrectoIncorrectoUbicación del lóbulo lateral

AGCPunto de Detección

VAGC

Ubicación del lóbulo principal

Ángulo

El alineamiento deantenas se hacemoviendo la antena yasea en forma vertical(ángulo de elevación) uhorizontal (Azimut).


3.- Herramientas para el diseño de redes Microondas


37

Herramientas de Software

Libre

Propietario

Microsoft ExcelRadio MobileGoogle Earth (Visualización)Link PlannerHerramientas Web

Los vendors tienen herramientaspropietarias que se adecuan a lasparticularidades de sus equipos.Atoll, PathLoss, ArcGIS


38

Radio Mobile

• Usado para cálculos de propagación en enlaces punto a punto yenlaces punto a multipunto.

• http://www.cplus.org/rmw/english1.html

• http://radiomobileperu.blogspot.com/

• http://www.g3tvu.co.uk/Radio_Mobile.htm


http://www.cplus.org/rmw/english1.html

http://radiomobileperu.blogspot.com/

http://www.g3tvu.co.uk/Radio_Mobile.htm

39

Google Earth

• Permite visualizar los resultados exportados de Radio Mobile o de algún software GIS.

• http://www.google.es/intl/es/earth/download/ge/agree.html


http://www.google.es/intl/es/earth/download/ge/agree.html

40

Caso de Estudio usando Radio Mobile – Google Earth

Abrir Radio Mobile y seguir las indicaciones

Se realizará un Enlace Punto a Punto. Se realizará calculo de perfiles, zonas deFresnel.

La red trabajada se exportará a Google Earth.


41

Ejercicio Usando Radio Mobile

Se requiere realizar un enlace microondas en el departamento de Ica:Universidad San Luis Gonzaga – Hotel Huacachina.

Parámetro Valor

Throughput Típico 7.5Mbps

Banda de Frecuencia 2.4GHz

Ganancia de antena 8dBi

Sensitividad Nominal -86dBm

Resistencia al viento 190Km/h

Datos del Equipamiento a ser utilizado

Estación Latitud Longitud Altitud (msnm)

Universidad SLG 14°05’15.89"S 75°44‘01.35"O 402

Hotel Huacachina 14°05‘18.61"S 75°45‘46.68"O 404.4Copyright: Ing. Javier More

42

Cargar los DEM de elevación en RM


43

Agregar Unidades


44

Configurar la Red


45

Calcular la Altura de la Antena


46

Exportar a Google Earth


5.- Caso práctico


5.- Laboratorio


Laboratorio


Gracias

Mg. Ing. Javier More

02 de mayo de 2020

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