REDISEÑO DE ANTENAS

8/8/2019 REDISEO DE ANTENAS

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CAPTULO 2

2.1 RESUMEN

El presente captulo empieza con una breve introduccin sobre sistemas

inalmbricos en lo referente a: conceptos bsicos de antenas y propagacin,

zona de Fresnel, OFDM (Multiplexaje por Divisin de Frecuencias

Ortogonales), modulacin adaptativa y duplexacin; posteriormente, se

exponen los criterios para el rediseo de una red inalmbrica y finalmente se

hace una descripcin del software de anlisis y planificacin del sistema de

radiocomunicaciones externos fijo o mvil Radio Mobile.

2.2 PRINCIPIOS BSICOS DE SISTEMAS INALMBRICOS

2.2.1 Conceptos bsicos de antenas y propagacin

2.2.1.1Antenas

Es un dispositivo generalmente metlico utilizado para recibir o emitir energa

electromagntica. En el proceso de comunicacin las antenas transforman la

energa elctrica en ondas electromagnticas y viceversa.

2.2.1.1.1 Parmetros de una antena

a) Diagrama de radiacin

Es una representacin de la potencia de la seal transmitida en funcin del

ngulo espacial. Aquellas antenas que tienen la capacidad de irradiar ondas

electromagnticas con la misma capacidad y magnitud en todas las direcciones

en un solo plano se las conoce como antenas omnidireccionales; aquellas

CONCEPTOS GENERALES PARA EL REDISEO DEREDES INALMBRICAS

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antenas que irradian la onda electromagntica en una sola direccin se las

denomina antenas directivas.

b) Ganancia

Es la intensidad de radiacin que produce una antena en una direccin

determinada, con respecto a la intensidad de radiacin que produce una antena

de referencia o ideal denominada antena isotrpica (que irradia o recibe

energa uniforme en todas las direcciones, sirve como referencia para las

propiedades direccionales de las antenas reales), en el mismo punto y bajo las

mismas condiciones. Se mide en dBi o dBd (0 dBd es igual a 2,14 dBi).

c) Polarizacin:

La polarizacin de la antena se refiere a la orientacin del campo elctrico

emitido por la antena. Normalmente, dos antenas que forman un enlace entre

s deben fijarse a la misma polarizacin.

Una antena puede polarizarse en forma lineal (horizontal o vertical), en forma

elptica, o en forma circular. Si el campo elctrico permanece en la direccin

vertical durante toda la trayectoria de una onda electromagntica, la antena

est polarizada verticalmente; si la antena irradia una onda electromagntica

en donde el campo elctrico permanece en direccin horizontal, se dice que la

antena est polarizada horizontalmente; si el campo elctrico gira en un patrn

elptico, se dice que la antena est polarizada elpticamente; y si el campo

elctrico gira en un patrn circular, se dice que la antena est polarizadacircularmente.

d) EIRP (Effective Isotropic Radiated Power)

Equivalente a PIRE (Potencia Isotrpica Irradiada Efectiva). Es la mxima

potencia irradiada, esto equivale a la suma de la potencia transmitida y la

ganancia de la antena menos la prdida de cables y acoplamiento.

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2.2.1.1.2 Tipos de antenas comnmente utilizadas para la implementacin deredes inalmbricas

TIPO DE ANTENA DESCRIPCIN GRFICO

Dipolo de medialongitud de onda

Formada por 2 conductores,cada uno de un cuarto delongitud de onda, su patrn deradiacin es de 360 grados enel plano vertical y de 75 gradosen el plano horizontal,asumiendo que la antena estcolocada de forma horizontal.

Monopolo o AntenaMarconi

Es un solo conductor de un

cuarto de longitud de onda, muyusado en radiodifusin AM.

Log-Peridica(LDPA)

Es una antena donde laimpedancia de entrada vara enforma repetitiva cuando segrfica en funcin de lafrecuencia. Es unidireccional obidireccionales y tiene un granancho de banda.

Sectorial

Normalmente estn polarizadasverticalmente, son muy usadaspara aislar reas con altosniveles de ruido de RF, y paraalcanzar largas distanciascubriendo un rea extensa.

Yagi-UDA

Formada por elementos pasivos(directores) que se aade aldipolo de media onda y un

reflector.

ReflectorParablico

Se asemejan a un plato o fuentey proporcionan ganancias muyaltas y son muy directivas; seutiliza especialmente para latransmisin y recepcin vasatlite.

Tabla 2.1 Antenas utilizadas comnmente para la implementacin deredes inalmbricas

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Patch o PlanaFormada por dos placas demetal paralelas con un aislanteen la mitad.

Antena array oArreglo de Antenas

Es un conjunto de antenasalimentadas con amplitudes yfases variadas intencionalmentecon el objetivo de que lasinterferencias de los camposradiados por las antenas delconjunto permitan alterar eldiagrama de radiacin.

Tabla 2.1 Continuacin

2.2.1.2Propagacin

2.2.1.2.1 Principales fenmenos que afectan a las ondas electromagnticas

Desvanecimiento(fading)

Se refiere a las variaciones de la intensidad de la seal recibida,

provocadas por cambios en el medio (cambios atmosfricos comolluvia) o por las diferentes trayectorias tomadas por las seales(multicaminos) que causan interferencia. El receptor recibirvarias seales con diferentes fases que pueden sumarse,restarse o anularse, estos cambios provocarn que la amplitud dela seal se incremente o se desvanezca.

Absorcin

Cuando las ondas electromagnticas atraviesan algn materialdurante su trayectoria, se produce una prdida en la potencia delas mismas, sta decrece de manera exponencial. Los materialesms absorbentes son el metal y el agua (lluvia, niebla, vapor ynubes bajas).

Reflexin

Una onda de radio es reflejada cuando entra en materiales de

superficie reflectora, como son el metal y el agua, en el caso de lareflexin el ngulo con el cual una onda incide en una superficieser igual al ngulo con el cual es desviado (ngulo de reflexin).

Como consecuencia de la reflexin se produce la multitrayectoria,sta se genera cuando una onda electromagntica incide en losobstculos y se generan mltiples copias de la seal viajando endiferentes direcciones y con retardos variables.

Tabla 2.2 Principales fenmenos que afectan a las ondas

electromagnticas

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Difraccin

Es el comportamiento de una onda cuando choca contra los bordesde un obstculo y dan la impresin de doblarse; esto se explica yaque cada punto de un obstculo genera un nuevo frente de ondas,el nuevo frente puede rodear un obstculo. Es proporcional a lalongitud de onda, las ondas ms largas se difractan ms, dando laimpresin de voltear la esquina.

RefraccinCuando una onda electromagntica pasa de un medio con unadensidad a otro de densidad diferente, cambia de velocidad y enconsecuencia de direccin, en el lmite de los dos medios.

Interferencia

Existen varios tipos de interferencia. La interferencia constructivase da cuando los dos crestas de dos ondas coinciden, por lo tantose suman. La interferencia destructiva se da cuando una cresta deuna onda coincide con un valle de otra onda y se anulan entre si.En redes inalmbricas la interferencia es considerada comoalteraciones provocadas por otras redes o fuentes de microondas.Las tcnicas de modulacin y el uso de canales mltiples ayudan adisminuir la interferencia.

Dispersin(Scattering)

Fenmeno en el cual la direccin, frecuencia o polarizacin deonda es cambiada cuando la onda encuentra discontinuidades enel medio, o interacta con el material a nivel atmico omolecular[13]


2.2.1.2.2 Modelos de propagacin en exteriores

El objetivo de estos modelos es predecir las prdidas que una onda

electromagntica afrontar durante su viaje desde el transmisor hasta elreceptor. Estos modelos han sido construidos en funcin de pruebas que se

han realizado en diferentes circunstancias y lugares; es decir, consideran el

viaje de las ondas a travs de zonas urbanas, zonas rurales, forestales,

montaosas, en espacios libres, etc. Los modelos generalmente se basan en

mtodos probabilsticos.

Tabla 2.3 Modelos de propagacin en exteriores

Modelo de FriisSe deduce de las ecuaciones de Maxwell, calcula la potenciarecibida en funcin de la distancia, trabaja en condicionesideales, no considera obstculos.

Modelo de dos RayosReflexin terrestre, se basa en ptica geomtrica, considerala altura del transmisor y la del receptor, es el ms adecuadoen distancias de varios kilmetros.

Modelo Okumura

Usado en entornos urbanos en el rango de frecuencias de150 MHz a 1920 MHz (VHF y UHF), distancias de 1 Km a100 Km.

Modelo Okumura-Hata

Se basa en Okumura, considera el rango de frecuencias de150 MHz a 1500 MHz (VHF y UHF), su modelo fue

propuesto para entornos suburbanos y rurales, consideroterrenos ligeramente montaosos.

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Modelo Walfish-Bertoni

Usa modelos de difraccin, calcula la potencia media de laseal al nivel del pavimento, considera techos y alturas deedificios.

Modelo Walfisch-

Ikegami

Este modelo es usado en entornos urbanos, corresponde afrecuencias del rango de 800 - 2000 MHz, considera ladifraccin descendente hasta el nivel de las calles yparmetros como densidad de edificios, altura promedio deedificios, altura de las antenas, ancho de las calles, etc.

Modelo dePropagacin en elEspacio Libre

Predice la potencia de la seal, debe existir lnea de vistaentre transmisor y receptor, muy usado en enlacesmicroondas y satelitales.

Modelo Cost 231Es una extensin del modelo de Hata, cubre hasta el rangode los 2 GHz.

Modelo de Longley-Rice

Modelo usado para sistemas de punto a punto con un rangode frecuencias de 40 MHz a 100 GHz, considera diferentestipos de terrenos.

Modelo de Durkin

Predice el campo sobre terrenos irregulares, trabaja

inicialmente en funcin de una base de datos topogrficapara obtener datos del perfil topogrfico, asume que la sealest libre de multipropagacin, posteriormente calcula lasprdidas de la seal, su desventaja es que no prediceprdidas debido a edificios, rboles, no considera el efectomultitrayectoria.

Modelo Dual-SlopeBasado en el modelo de Dos Rayos, usado en entornos enlos que existe lnea de vista, la prdida est en funcin de ladistancia que existe entre transmisor y receptor.


2.2.2 Zona de Fresnel

Para determinar las Zonas de Fresnel primeramente se debe determinar la

lnea de vista comnmente llamada LOS (Line of Sight), que representa la lnea

visual entre el receptor y transmisor, se debe verificar que la lnea de vista no

est bloqueada por ningn tipo de obstculo, posteriormente se debe

determinar las zonas de Fresnel que son las zonas alrededor del rayo directo

en forma de elipse; pero la que ms interesa es la primera zona de Fresnel, sedebe garantizar un 60% de su despeje, caso contrario si esta zona es obstruida

por algn tipo de obstculo (rbol, edificios, montaas, etc.), la seal es

atenuada.

El grfico 2.1 indica los parmetros que se deben considerar para el clculo de

la primera zona de Fresnel, donde el clculo del radio de la zona de Fresnel rf1

est en funcin de la distancia y la frecuencia.

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Grfico 2.1 Zona de Fresnel

Ecuacin para calcular de la primera zona de Fresnel:

( )df

ddrf

*

2*131,171 = [15] (2.1)

Donde:

rf1 es el radio de la primera zona en kilmetros.

d1 y d2 son las distancias desde el obstculo a los extremos del enlace

en kilmetros.

d es la distancia total del enlace en metros, es d1 + d2.

fes la frecuencia en MHz.

2.2.3 Modulacin Adaptativa

Permite adaptar el sistema de modulacin del canal, dependiendo de la

condicin de la relacin seal a ruido (SNR) del enlace, es decir que si el

enlace sufre un desvanecimiento de la seal el esquema de modulacin ser

menor con el fin de mantener estable la conexin. En el grfico 2.2 se puede

observar que modulaciones ms complejas implican que el rea de cobertura

sea menor, que la zona presente menores niveles de interferencia, ruido y poco

desvanecimiento.

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Grfico 2.2 Caractersticas de la modulacin adaptativa[14]

2.2.4 OFDM (Multiplexaje por Divisin de Frecuencias Ortogonales)[16]

OFDM es un esquema de modulacin que permite trabajar en ambientes

NLOS, superar los problemas de ISI (interferencia intersmbolos), tener una alta

eficiencia espectral y baja susceptibilidad al retardo sufrido por

multitrayectorias.

La seal OFDM est compuesta por mltiples subportadoras ortogonales

solapadas. Las frecuencias de las subportadoras son precisas, garantizando

que no exista interferencia entre ellas debido a los solapes; cada canal esta

formado por 52 subportadoras ortogonales, 48 para la transmisin de datos y 4

para control. Las subportadoras son moduladas utilizando BPSK (modulacinpor desplazamiento de fase binaria) para 6 y 9 Mbps, en este nivel se codifica 1

bit por subportadora o 48 bits por smbolo OFDM. Las tasas de transmisin de

datos de 6 Mbps se logra utilizando codificacin convolucional de 1/2, la de 9

Mbps se obtiene con una tasa de cdigo de 3/4. La codificacin convolucional

significa que ya sea la mitad o 1/4 de los bits, sern bits de redundancia

utilizados para la correccin de errores, as que solamente se tendrn 24 o 36

bits de datos por smbolo OFDM; QPSK (modulacin por desplazamiento defase cuaternaria) para 12 y 18 Mbps, codifica 2 bits por subcanal para un total

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de 96 bits por smbolo OFDM. Despus de sustraer los bits introducidos por el

codificador convolucional, el receptor recibe 48 o 72 bits de datos por smbolo

OFDM; 16-QAM (modulacin de amplitud en cuadratura de 16 niveles) para 24

y 36 Mbps, codifica 4 bits por subcanal utilizando tasas de codificacin de 1/2 y

3/4 o 64 QAM (modulacin de amplitud en cuadratura de 64 niveles) para 48 y

54 Mbps, codifica 6 bits por subcanal utilizando tasas de codificacin de 2/3 y

3/4, esto se resume en la tabla 2.4

Tabla 2.4 Tasa de datos y de cdigo segn el tipo de modulacin,

definidas por 802.11a[16]

2.2.5 Duplexacin

Duplexacin se refiere al proceso de crear canales bi-direccionales para

transmisin de datos uplink(enlace de subida) y downlink(enlace de bajada).

Los dos mtodos comunes de duplicidad que se emplean en varios sistemasinalmbricos son la Duplexacin por Divisin de Frecuencia (Frequency

Divisin Duplexing, FDD) y la Duplexacin por Divisin de Tiempo (Time-

Division Duplexing, TDD).

Un sistema basado en Duplexacin por Divisin de Frecuencia (FDD) requiere

dos canales que son separados para minimizar la interferencia, uno para

transmisin y otro para recepcin. La mayora de las bandas FDD sonasignadas a voz porque la arquitectura bi-direccional de FDD permite manejar

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la voz con demoras mnimas, FDD est diseada para trfico simtrico y no

requiere de tiempo de guarda. Sin embargo, FDD tiene componentes

adicionales al sistema y esto eleva los costos.

Un sistema basado en Duplexacin por Divisin de Tiempo (TDD), ofrece un

nico canal que soporta el trfico de los enlaces directo e inverso, con un breve

intervalo de tiempo usado para separar las transmisiones en cada direccin,

esto significa que no puede transmitir y recibir al mismo tiempo. Un sistema

TDD puede asignar dinmicamente ancho de banda al uplinky downlink, segn

su trfico. La transferencia asimtrica es apropiada para el trfico de Internet

en el que hay grandes volmenes de datos en downlink.

2.2.6 Conceptos bsicos de comunicaciones de datos

Ancho deBanda

Es el rango de frecuencias que permite pasar un canal detransmisin, por lo tanto el ancho de banda determina lacapacidad del canal, es decir que entre mayor sea el ancho debanda habr mayor capacidad. Se lo mide en Hz.

Latencia

Retardo que se produce entre el tiempo en el que un bitcomienza a dejar el dispositivo de origen y el tiempo en que el

ltimo bit llega a su destino. Es un factor muy importante quese debe considerar en un diseo, aplicaciones de tiempo realrequieren retardos mnimos.

ThroughputEs la cantidad de informacin que se transmite a travs de unmedio de transmisin en una unidad de tiempo. Es latransferencia real de datos desde un nodo a otro.

CapacidadEs la velocidad mxima a la que se puede transmitir lainformacin a travs de un medio de manera confiable y bajociertas restricciones. Se mide en bits/segundo.

JitterEs un fenmeno que se origina a causa de la fluctuacin de lafase (ensanchamiento y alargamiento de la anchura de unpulso). Es la variacin del retardo.

Calidad deServicio

(QoS)

La calidad de servicio es aquella que garantiza el throughputdelas aplicaciones, considera parmetros como el retardo, lavariacin del retardo y la prdida de paquetes. Dentro de losobjetivos de la calidad de servicio est asignar el ancho debanda de forma diferenciada, administrar la congestin de lared, permitir el manejo de prioridades segn el tipo de trfico ymodelar el trfico de la red.

RelacinSeal/RuidoS/N

La relacin seal/ruido (S/N) se define como el margen que hayentre la potencia de la seal que se transmite y la potencia delruido que la degrada. Este margen es medido en decibelios.

Tabla 2.5 Conceptos bsicos de comunicaciones de datos

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RelacinPortadora/RuidoC/N

La relacion C/N se define como la relacin del nivel de potenciade la portadora de la seal con respecto al nivel de ruido delsistema, se expresa en decibelios.

Tipos de Red

Punto a Punto:Es usado para intercomunicar localidades bastante lejanas,trabajan con antenas altamente directivas y los enlaces tienenuna capacidad de Mbps y Gbps generalmente usado en redesfijas.

Redes punto a multipunto:En este tipo de redes existe un nodo central que se conectacon dos o ms puntos remotos, este tipo de redes ofrecen grancapacidad de conexin.

Redes Mesho de malla:Las redes malladas (mesh) inalmbricas son una topologa enla que cada nodo est conectado a uno o ms nodos de la red,

formando comunicaciones redundantes de mltiples saltos quepermiten que la transmisin de datos pueda realizarse pordiferentes caminos y, adicionalmente, extienden la coberturade la red inalmbrica. Cuantos ms nodos, mejor ser lacobertura y la red, es as que si la red es una malla completa,se garantiza que no exista interrupcin en las comunicaciones.


2.3 CRITERIOS PARA EL REDISEO DE UNA RED

INALMBRICA

El rediseo de una red inalmbrica implica abandonar el esquema actual de

funcionamiento para lograr cambios significativos en el rendimiento de la red

(disponibilidad, operabilidad, calidad de servicio, tiempos de respuesta, costos,

entre otros).

El proceso a seguir para la ejecucin de un rediseo de una red inalmbrica es:

2.3.1 Evaluacin de la situacin actual de la red inalmbrica

Implica en realizar una evaluacin de las condiciones actuales de la red

inalmbrica, en lo referente a: aplicaciones y servicios que soporta la red, los

dispositivos inalmbricos instalados, estructura fsica (equipamiento fsico de

los dispositivos inalmbricos, instalaciones y protecciones elctricas, etc.) y

lgica (direccionamiento IP, etc.), disponibilidad, operabilidad y seguridades;

con el fin de determinar las falencias existentes en la red.

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2.3.2 Decisin de rediseo de la red inalmbrica

Implica la toma de decisin de rediseo de la red inalmbrica en base al

diagnstico de la situacin actual.

En el caso de que el diagnstico de la situacin actual de la red inalmbrica

sea desfavorable, sin duda se debe realizar un rediseo total de la red

inalmbrica, pues no est cumpliendo con el propsito para la cual fue

implementada; caso contrario se deben aplicar medidas correctivas para su

mejoramiento y sostenimiento en el tiempo en base a las sugerencias

propuestas en el diagnstico de la red.

2.3.3 Rediseo de la red inalmbrica

2.3.3.1Expectativas de los usuarios de la red inalmbrica

Implica la recoleccin de los requerimientos que la red inalmbrica debe

cumplir para satisfacer las demandas propuestas por los usuarios actuales de

la red.

Los requerimientos a considerarse son: rea de cobertura, localizacin

geogrfica de los usuarios a conectarse a la red, disponibilidad del servicio,

operabilidad de la infraestructura fsica inalmbrica, tiempos de respuesta,

seguridad (fiabilidad, confidencialidad, integridad) y costo/beneficio de la

tecnologa inalmbrica a implementarse.

2.3.3.2Dimensionamiento de la red inalmbrica

Implica realizar el dimensionamiento de la red inalmbrica en base a las

expectativas de los usuarios a beneficiarse de la red inalmbrica.

a) Capacidad de la red inalmbrica

Uno de los datos importantes a la hora de dimensionar la red inalmbrica es

determinar la capacidad que requiere la red para soportar las aplicaciones de

voz, video y datos (Web, Correo Electrnico, FTP, VoIP etc.), en base al patrn

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de uso de las aplicaciones, el nmero de usuarios simultneos y la

caracterstica de las aplicaciones.

Caracterstica de las aplicaciones de voz, video y datos

En el diseo de la red inalmbrica es importante determinar el tipo de

aplicaciones que debe soportar la red y la capacidad que stas necesitan,

especialmente las aplicaciones de tiempo real, que son aquellas aplicaciones

que requieren que los retardos y la variacin del retardo (jitter) sean mnimos

durante la transmisin.

La videoconferencia sobre IP tolera latencias menores a 400 ms y una prdida

de paquetes menores al 1%. La capacidad que requiere una videoconferencia

est entre 128 Kbps y 768 Kbps, esto depende del codecde audio (Tabla 2.7) y

video (H.261, H.263) definido en el estndar H.323, del formato y la resolucin

del video: el formato CIF (Common Interchange Format) cuya resolucin es de

352 x 288, el formato QCIF (Quarter CIF) cuya resolucin es de 176 x 144, el

formato SCIF (Super CIF) cuya resolucin es de 704 x 576, el formato 4CIF de

702x576 o 720x576 de resolucin, el formato 16CIF 4:3 de 1408x1152 o1440x1152 o el formato 16CIF 16:9 de resolucin 1920x1152 y del nmero de

imgenes por segundo (15 a 30 cuadros por segundo). [17]

La Voz sobre IP (VoIP) se refiere al transporte de trfico de voz sobre el

protocolo IP, acepta una prdida de paquetes menores al 1% y tolera latencias

menores a 250 ms, generalmente para una buena calidad de voz se debe

asegurar retrasos menores a 40 ms. La capacidad requerida est entre los 20 a256 Kbps, depende del codecde audio (Tabla 2.7) que se este utilizando par la

transmisin y si hay o no supresin de silencios.[17],[18],[19]

En la tabla 2.6 se indica una comparacin de las aplicaciones ms comunes,

sus caractersticas y la capacidad que stas necesitan. La tabla 2.7 muestra los

codecsque se usan en aplicaciones de VoIP.

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Aplicacin Tipo Latencia CapacidadVideoconferencia Tiempo Real Baja 128 a 768 KbpsVoIP Tiempo Real Baja 20 a 256 KbpsWeb Tiempo no Real Alta 64 a 1,5 MbpsCorreo Electrnico Tiempo no Real Alta 4 a 20 KbpsTransferencia de archivos Tiempo no Real Alta 10 a 600 Mbps

Tabla 2.6 Caractersticas de trfico[20],[18],[17]

Codec Mtodo de compresin Capacidad MOSG.711 PCM Pulse Codec Modulation 64 Kbps 4.4G. 723.1 CELP Code Excited Linear Prediction 5.3 Kbps 3.98 a 3.5G.723.1 MP-MPLQ Law bit rate vocoder for Multimedia 6.4 Kbps 3.98 a 3.5G.726 ADPCM Adaptative Differential PCM 32 Kbps 4.2G.728 LD-CELP Law Delay CELP 16 Kbps 4.2G.729a CS-ACELP Conjugate Strcture Alebraic CELP 8 Kbps 4.2

Tabla 2.7 Caractersticas de los codecs - VoIP[19],[21]

Nmero de usuarios simultneos en la red

Para estimar el nmero de usuarios simultneos primeramente se debe

conocer el nmero de usuarios que se conectarn a la red; luego se debe

estimar un factor de simultaneidad segn el tipo de usuarios de la red y

finalmente se debe estimar el patrn de uso de las aplicaciones por parte de los

usuarios de la red.

Con los datos obtenidos anteriormente, el nmero de usuarios simultneos es:

b) Estimacin de la capacidad futura de la red

Otro factor importante a considerar una vez estimada la capacidad que requiere

la red inalmbrica es la estimacin de la capacidad futura, con el fin de

determinar el crecimiento de la red inalmbrica considerando el nmero de

usuarios y poder estimar el hardware necesario para cubrir sus necesidades.

Para estimar la capacidad futura se debe considerar las caractersticas de

trfico que la red a presentado, las mismas que se obtienen de los software de

administracin y el crecimiento de los usuarios, estos datos nos ayudan a

formar una lnea de tendencia, puede ser exponencial, lineal, logartmica,

polinmica y potencial, que nos permita realizar la proyeccin de estimacin de

Usuarios simultneos= #usuarios totales x % simultaneidad x %uso de las aplicaciones (2.2)

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la capacidad futura de la red, para ello se hace uso de paquetes

computacionales como Microsoft Excel.

2.3.3.3Seleccin de la tecnologa inalmbrica

En base a las expectativas de los usuarios y la capacidad que requiere la red

inalmbrica se debe realizar un anlisis comparativo de tecnologas existentes

en el mercado con la tecnologa que se est usando, con el fin de determinar si

se debe mantener la tecnologa actual o es necesario cambiarla.

Los parmetros a considerarse en la comparacin de la tecnologa actual con

otras tecnologas existentes en el mercado son:

Frecuencia de operacin

Capacidad de la red

Costo de los equipos por unidad

Nmero mximo de saltos

Nmero mximo de nodos

Latencia

Cobertura

Throughput

2.3.3.4Planificacin de enlaces inalmbricos

Seleccin de los sitios donde se colocarn los equipos del backhaul inalmbrico

Para realizar la seleccin de los sitios en donde se colocarn los equipos del

backhaul inalmbrico se debe hacer un exhaustivo estudio de mapas y

prospeccin en sitio, que permita determinar el lugar idneo para la colocacin

de los equipos del backhaulinalmbrico.

1. En los sitios:

Ubicacin geogrfica real (altitud, latitud y longitud)

Naturaleza del terreno (clima, caractersticas elctricas, etc.)

Clima de terreno Datos informativos del dueo del terreno

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Restricciones de montaje del equipo inalmbrico debido a

regulaciones estatales

2. Medios de acceso

Caminos de acceso existentes al terreno

3. Suministro de energa

Disponibilidad del suministro de energa (elctrica, elica, solar)

Voltajes y frecuencias de la energa de alimentacin

Disposicin de sistemas de puestas a tierra

Informacin sobre regulacin del voltaje y las fallas de

alimentacin

4. Torres y mstiles

Cimentacin de la torre o mstil

Resistencia mecnica de la torre o mstil y capacidad para el

montaje de las antenas

5. Propagacin de radio

Confirmacin de visibilidad directa

Confirmacin de despeje de la primera zona de Fresnel.

Confirmacin de fuentes que afecten a la propagacin de ondas

electromagnticas (interferencias, atenuaciones, etc.)

Simulacin del sistema inalmbrico

Si bien dimensionar manualmente un sistema inalmbrico es factible, hoy en

da es mejor utilizar herramientas que ayuden a la automatizacin del proceso.

Estas herramientas toman en cuenta factores relevantes tales como:

fenmenos que afectan a la propagacin de ondas electromagnticas(absorcin, interferencia, reflexin, refraccin, etc.), caractersticas del terreno

(clima, caractersticas elctricas, velocidad del viento, topografa, etc.),

caractersticas de los equipos inalmbricos, etc.

De entre las herramientas existentes en el mercado, el software hoy en da

utilizado por un buen nmero de profesionales del sector de las

telecomunicaciones es el conocido programa Radio Mobile, programa que en

un inicio fue concebido para sistemas de radio aficionados tradicionales

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(comunicaciones de voz y datos en UHF y VHF), pero por su versatilidad se ha

utilizado en estos ltimos tiempos para todo tipo de sistemas inalmbricos que

operen en el rango de frecuencias de 20MHz a 20GHz.

En la seccin 2.4 se describe ms ampliamente las caractersticas de este

software gratuito de anlisis y planificacin de sistemas inalmbricos.

2.3.3.5Gestin de la red y medidas de seguridad

Gestin de Redes

Se deben considerar procedimientos administrativos para llevar un control ymonitorizacin del desenvolvimiento de la red inalmbrica, as como tambin es

importante establecer niveles de calidad de servicio que permitan garantizar el

throughput de las aplicaciones, considerando los retardos, la variacin de

retardos y las prdidas de paquetes.

Direccionamiento lgico de redes

Implica organizacin y distribucin direcciones lgicas de red (direcciones IP) acada nodo de la red inalmbrica para llevar un control de cuantos elementos

estn conectndose a la red. El direccionamiento est ntimamente ligado al

nmero de equipos a implementarse en la red inalmbrica y debe considerarse

el rango de direcciones IP privadas designados por IANA (Tabla 2.8).

Tabla 2.8 Rango de direcciones IP privadas[22]

Seguridad

Se deben establecer polticas y procedimientos para mantener la seguridad en

la red inalmbrica.

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En lo referente a procedimientos para la proteccin de la red inalmbrica es

importante considerar medidas para el control de acceso de usuarios y equipos

que estn autorizados a conectarse a la red inalmbrica. Entre los

procedimientos que se pueden utilizar estn: Gestin de Redes Locales

Virtuales (VLAN), Redes Virtuales Privadas (VPN), mtodos de autenticacin o

cualquier otro mecanismo que disponga la tecnologa inalmbrica a

implementarse en la red inalmbrica.

Todos los procedimientos y polticas para la proteccin de la red inalmbrica

deben estar documentados y reglamentados en un plan de seguridad de la red

inalmbrica.

2.3.3.6Presupuesto Referencial

El xito de un diseo no est determinado nicamente por su viabilidad tcnica.

Adems, debe ser rentable econmicamente hablando.

Resulta muy complejo establecer un mtodo exacto para realizar un

presupuesto, es por ello que se debe optar por una aproximacin msconservadora basada en un presupuesto referencial que permita tomar

decisiones ejecutivas en base al costo/beneficio de la implementacin de la

infraestructura inalmbrica.

2.4 SOFTWARE DE ANLISIS Y PLANIFICACIN DE

SISTEMAS INALMBRICOS EXTERNOS FIJO O MVIL

RADIO MOBILE

Radio Mobile es un software gratuito que est basado en el modelo Longley-

Rice tambin conocido como Irregular Terrain Model o ITM. El funcionamiento

de Radio Mobile es a travs de mapas topogrficos de las diferentes zonas del

mundo que incluyen datos digitales de elevacin del terreno, estos mapas son

incluidos en el programa generando mapas virtuales, sobre los cuales se

efectan los diferentes anlisis que permiten determinar parmetros (Grfico2.3) como la cobertura, los posibles niveles de seal en los diferentes partes de

78


19/38

la trayectoria, si existe o no lnea de vista entre el transmisor y el receptor,

tambin permite observar en vistas en 3D; en conclusin esta herramienta es

muy til para planificar sistemas inalmbricos.

Radio Mobile predice el comportamiento de un radioenlace entre dos sitios

dados, para ello realiza la simulacin del enlace tomando en cuenta:

Las caractersticas de los equipos de radio

La naturaleza del terreno

La teora de propagacin de ondas de radio usando el modelo Longley-

Rice

Grfico 2.3 Software de anlisis y planificacin de sistemas

inalmbricos Radio Mobile

2.4.1 Modelo Longley-Rice

El Modelo Longley-Rice tambin conocido como Irregular Terrain Model o

ITM, es un modelo basado en teora electromagntica y anlisis estadsticos de

las caractersticas de diferentes tipos de terrenos y mediciones de radio, que se

aplica en modo punto a punto y modo de prediccin de rea, fue diseado para

79


20/38

esquemas de comunicacin que trabajen en el rango de frecuencias de 20 MHz

a los 20 GHz y longitudes de trayecto entre 1 km a 2000 km.

2.4.1.1Parmetros de entrada[23]

Hacen referencia a las caractersticas del grupo de equipos de radio

involucrados en el estudio de propagacin.

Frecuencia:La frecuencia portadora de la seal transmitida. El modelo

de Longley-Rice es relativamente insensible a la frecuencia,

frecuentemente un valor definido puede cubrir un amplio ancho de

banda.

Distancia:La distancia angular entre dos terminales.

Altura de antenas: Hace referencia a la altura del equipo por sobre la

elevacin del terreno.

Polarizacin: La polarizacin de las antenas puede ser vertical u

horizontal. El modelo asume que ambas antenas usan la misma

polarizacin.

2.4.1.2Parmetros del entorno[23]

Son parmetros independientes del sistema de radio que describen de forma

estadstica las particularidades del sitio donde operar el sistema,

Variable de terreno irregular h: Las irregularidades del terreno que se

encuentran entre dos terminales se tratan como una funcin aleatoria de la

distancia entre los terminales. Para caracterizar esta funcin, el modelo ITM

utiliza un nico valor de h para representar de forma simplificada la altura

promedio de las irregularidades en el terreno. Algunos valores sugeridos se

indican en la Tabla 2.9.

80


21/38

Formas del terreno )(mh

Plano o superficie del agua 0

Llanura 30

Colinas 90

Montaas 200

Montaas escabrosas 500

Para un nivel promedio usar h = 90 m

Tabla 2.9 Modelo Longley-Rice. Valores sugeridos para el parmetro de

terreno irregular[23]

Constantes elctricas del terreno: considera la permitividad relativa y la

conductividad del suelo.

Conductividad del suelo (S/m): es una propiedad fsica del suelo que

representa la facilidad con la que los electrones pueden pasar por l.

Vara con la temperatura y es expresada en Siemens por metro. A mayor

conductividad es mayor el riesgo de tener atenuaciones o fluctuaciones en

la seal de radio (Tabla 2.10).

Permitividad relativa al suelo: es determinada por la habilidad de un

suelo de polarizarse en respuesta a un campo elctrico aplicado y, de esa

forma, cancelar parcialmente el campo dentro de l. Depende del tipo de

terreno y de la frecuencia de trabajo (Tabla 2.10).

Tabla 2.10 Modelo Longley-Rice. Constantes elctricas del terreno[23]

Refractividad de la superficie (Unidades-N): la refractividad de la superficie

se basa en la refractividad atmosfrica cercana al suelo. Se representa como

valor nico Ns (N-unidades) que decrece con la altura, comenzando con su

valor mximo en el nivel del mar. Para el modelo Longley-Rice se puede

CaractersticasDel terreno

Permitividad Relativaal suelo

Conductividaddel suelo (S/m)

Tierra media 15 0.005Tierra pobre 4 0.001Tierra rica 25 0.02Agua dulce 81 0.01Agua mar 81 5

81


22/38

introducir el valor de refractividad de superficie directamente, tpicamente en el

rango de 250 a 400 de N-unidades (correspondiente a valores de curvatura de

la tierra de 1.232 a 1.767). Una curvatura efectiva de la tierra de K=4/3

corresponde a una refractividad de superficie de valor aproximadamente 301 N-

unidades. Longley-Rice recomiendan este ltimo valor para condiciones

atmosfricas promedio (Tabla 2.11). La refractividad se define por la expresin

2.5:

=

KNs

11

046665.0

1ln3.179

[24] (2.5)

Donde:

Ns es la refractividad de la superficie

Kcurvatura de la tierra

Clima: este parmetro es utilizado para caracterizar a la atmsfera y su

variabilidad en el tiempo. Hay 7 modelos de clima caracterizados en el modelo

Longley-Rice:

Clima Ns (N-Unidades)

Ecuatorial (Congo) 360

Continental Subtropical (Sudan y Centro Amrica) 320

Martimo Subtropical (Oeste de las costas de frica) 370

Desierto (Sahara) 280

Continental Templado 301

Martimo Templado, sobre la tierra (Reino Unido y Continentes

de la costa Oeste)

320

Martimo Templado, sobre el mar 250Para condiciones promedio usar el clima continental temperado y Ns=301 N-unidades

Tabla 2.11 Modelos Longley-Rice. Valores sugeridos de Ns en funcin

del clima[23]

De acuerdo con el modelo, el clima continental templado es comn en la mayor

parte de grandes superficies de la zona templada. Se caracteriza por extremos

en la temperatura y cambios diurnos y de estaciones pronunciadas en la

propagacin. En latitudes medias, en zonas costeras, donde los vientos

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23/38

predominantes llevan el aire hmedo martimo hacia el interior, prevalece un

clima martimo templado; situacin tpica del Reino Unido y de las costas

occidentales de los Estados Unidos y Europa. El resto de los climas pueden

asociarse de la misma forma a otras regiones del mundo.

2.4.1.3Parmetros estadsticos[23]

Estos parmetros de variabilidad describen las condiciones estadsticas del

escenario, estos parmetros pueden variar en funcin de las caractersticas del

terreno y las especificaciones del equipo.

% de tiempo: permite especificar cmo se desea tratar la variabilidad de

tiempo en respecto a los cambios atmosfricos y otros efectos. Expresado

como un porcentaje entre 0,1% y el 99,9%; tomar un porcentaje mayor en

este valor, reduce la variabilidad en el nivel de la seal.

% de ubicaciones: se expresa como un porcentaje de 0.1% a 99.9%.

Sucede lo mismo en los resultados que para el caso % de tiempo, pero en

respecto al mayor nmero de localizaciones en las que se pueda mantener

el nivel de la seal.

% de situaciones: esta variabilidad tiene en cuenta otro tipo de variables

que pueden denominarse variables ocultas. Este tipo de variables

representan efectos que no pueden explicarse o que simplemente se ha

decidido no controlar. Sirven para diferenciar casos con iguales equipos y

condiciones de entorno similares. Puede ser expresado como un porcentaje

entre 0.1 % y el 99.9 % para controlar lo mucho o poco que se quiere que

afecten.

Modo estadstico

Llamado tambin modo de variabilidad. El modelo de Longley-Rice define

cuatro modos de variabilidad (Tabla 2.12): modo de mensaje simple (modo

intento), modo individual (accidental), modo mvil, modo broadcast (difusin).

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24/38

El modo seleccionado determina el significado de la fiabilidad de los valores

usados en el modelo. El modo estadstico puede ser considerado como la

especificacin para determinar la fiabilidad de los clculos.

Modos de Variabilidad DescripcinIntento Transmisiones unicastentre estaciones fijasAccidental Usado para evaluacin de interferenciasMvil Propagacin en entorno mvilDifusin Transmisiones broadcastentre estaciones fijas

Tabla 2.12 Modelo Longley-Rice. Modos de variabilidad[25]

2.4.1.4Operacin del modelo Longley-Rice[23]

Una vez definidos los valores para los parmetros de entrada, entorno y

estadsticos (Tabla 2.13).

Parmetros de Entrada

Frecuencia:

Altura de antenas:

Distancia:

Polarizacin:

20 MHz a 20 GHz

0.5 m a 3000 m

1 Km a 2000 Km

Horizontal o Vertical

Parmetros del Entorno

Variable de terreno irregularh:Constantes elctricas del terreno:

Refractividad de la superficie:

Clima:

Rugosidad promedioPermitividad y Conductividad

250 a 400 N-unidades

Ecuatorial, Continental Subtropical,

Martimo Subtropical, Desierto,

Continental Templado, Martimo

Templado sobre la tierra y Martimo

Templado sobre el mar.

Parmetros estadsticos

Fiabilidad respecto a variabilidad detiempo, locacin y situacin

0.1% al 99.9%

Tabla 2.13 Modelo Longley-Rice. Parmetros del sistema[23]

El modelo de terreno irregular realiza estimaciones geomtricas sobre el

camino de propagacin, luego el modelo determina una atenuacin de

referencia la cual es un valor medio de atenuacin, relativo al espacio libre. La

atenuacin de referencia es tratada por el modelo como una funcin continua

de la distancia como lo indica en el grfico 2.4.

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25/38

En el grfico 2.4 se identifican tres regiones denominadas lnea vista, difraccin

y dispersin. La regin de lnea de vista es aquella en donde la curvatura de la

tierra no interrumpe la lnea directa de propagacin de ondas pero si pueden

existir obstrucciones tales como colinas, bosques, etc. La atenuacin de

referencia en la regin de lnea de vista se determina como una funcin

combinada lineal y logartmica de la distancia; en la regin de difraccin hay un

gran incremento lineal y a continuacin en la regin de dispersin hay un bajo

incremento lineal.

Grfico 2.4 Atenuacin de referencia vs. Distancia[26]

En muchos casos, es necesario obtener una media de la atenuacin referida a

las condiciones climticas de un lugar durante el transcurso de un ao. Para

ello, el modelo determina un promedio estadstico de atenuacin de referencia

para cada uno de los tipos de clima especificados. Para estos clculos el

modelo utiliza tratamientos tericos de reflexin sobre terreno accidentado,

refraccin a travs de una atmsfera estndar, difraccin alrededor de la tierra

y sobre obstculos agudos, y dispersin troposfrica. Esta combinacin de

teora elemental y datos experimentales por una parte, dan origen a un modelo

semi-emprico acorde a la realidad fsica y a ciertos valores de referencia de los

parmetros y por otra cumple con las leyes fsicas lo suficientemente bien

como para extrapolar stos a partir de los valores de referencia con un buen

grado de fiabilidad.[23],[26]

85


26/38

2.4.1.5Modos de operacin Longley-Rice

El mtodo Longley-Rice trabaja en dos modos: uno es cuando se dispone de

informacin detallada del trayecto de propagacin a partir de los datos

proporcionados por el equipo y por el entorno, facilitando la obtencin de losparmetros y prdidas de propagacin sobre un determinado trayecto, a esto

se le conoce como modo de prediccin punto a punto. El otro es cuando no se

conoce particularidades del camino de propagacin, por lo tanto genera una

proyeccin del rea de cobertura de un equipo, considerando sus

caractersticas y los distintos tipos de terreno y tipos de clima, a este modo se

le conoce como prediccin de rea.

2.4.2 Configuraciones de Radio Mobile

La mayor parte de parmetros que pueden ser configurados en Radio Mobile

son parte del modelo de propagacin Longley-Rice. Radio Mobile usa el modo

PTP (Punto a Punto) de ITM, ya que es fcil acceder a los datos SRTM en el

Internet.

2.4.2.1Sistemas de Coordenadas

Radio Mobile permite operar en 4 diferentes sistemas de coordenadas:

Latitud y Longitud (Lat. y Long.), la tierra es dividida en lneas circulares

horizontales paralelas al Ecuador llamadas paralelos, representan la

latitud, en el Ecuador es 0. La tierra es dividida crculos verticales que

pasan por los polos llamados meridianos, esto se lo conoce como

longitud. El meridiano de 0 pasa a travs de Greenwich.

Sistema Localizador Maidenhead o QRA, localiza las estaciones de

radio en cuadrculas en la tierra utilizando un nmero mnimo de

caracteres. El formato que usa es XY45xy, alternando los caracteres

X,4,x combinados representan la longitud y Y,5,y combinados

representan la latitud.

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27/38

El Sistema Grilla de Referencia Militar (MGRS Military Grid Reference

System). Es un sistema cuadrcula utilizado por los militares de EEUU,

se basa en la cuadrcula UTM, divide cada zona UTM en 8 y les asigna

letras.

Sistema de Coordenadas Universal Transversal de Mercator UTM, su

proyeccin es tangente a un meridiano, se expresa en metros

nicamente al nivel del mar. La tierra es dividida en 60 zonas de 6 de

longitud alrededor de la lnea ecuatorial, la regin se representa entre los

paralelos 84N y 80S. El Norte es la distancia desde el Ecuador (m)

mientras que el Este es la distancia (m) desde la longitud central de la

zona, con una adicin de 500.000.

2.4.2.2 Presupuesto del Enlace

La tabla 2.14 especifica los parmetros que Radio Mobile utiliza para realizar el

presupuesto del enlace.

Tx Potencia del transmisor en dBm10log (potencia transmitida en Watts) + 30

L1 Prdida de la lnea del transmisor en dBA1 Ganancia de la antena de transmisin relativa a la antena isotrpica (dBi)P Prdida de propagacin considerada en el modelo Longley-Rice en dBA2 Ganancia de la antena del receptor relativa a la antena isotrpica (dBi)L2 Prdida de la lnea del receptor en dB

RSensibilidad de recepcin en dBm20log (Umbral de recepcin en microvoltios) 107

M Margen de Desvanecimiento. Seal recibida en dBm R

Tabla 2.14 Radio Mobile. Parmetros involucrados en el presupuesto del

enlace[27]

2.4.2.2.1 Margen de desvanecimiento

El margen de desvanecimiento se expresa en dB como un valor sobre la

sensibilidad de recepcin del receptor, su equivalencia en UnidadesS

(medidas Radio Mobile) se puede ver en la tabla 2.15.

RLAPALTxM ++= )2211([26]

(2.6)

87


28/38

Para la mayora de los sistemas mviles, un margen de desvanecimiento de 6

a 10 dB es aceptable. Sistemas crticos tales como polica, bomberos y

ambulancia deben tener ms fiabilidad y un mayor margen de desvanecimiento

durante el diseo del sistema.

Frecuencias >= 30 MHz

S0 (M -1.5dB y M = 1.5dB y M 4.5dB y M < 7.5dB)S4 (M >= 7.5dB y M 10.5dB y M < 13.5dB)S6 (M >= 13.5dB y M 16.5dB y M < 19.5dB)S8 (M >= 19.5dB y M 22.5dB y M < 27dB)S9 + 10 (M >= 27dB y M < 39dB)S9 + 20 (M >= 39dB y M < 49dB)S9 + 30 (M >= 49dB y M < 59dB)

Tabla 2.15 Equivalencias Unidades-S en dB del margen de

desvanecimiento (M)[27]

2.4.2.3Parmetros de Radio Mobile

2.4.2.3.1 Parmetros Generales

Se definen en la seccin parmetros de propiedades de red de Radio Mobile

las caractersticas del sistema inalmbrico en base a la tabla 2.13.

Adicionalmente, se debe introducir la Prdida Adicional (Ciudad/Bosque) que

sirve para identificar el porcentaje aproximado de territorio de tipo boscoso o

urbano dentro del perfil geogrfico de estudio.

2.4.2.3.2 Topologa

Se define en la seccin topologa de propiedades de red de Radio Mobile el

tipo de topologa del sistema inalmbrico.

88


29/38

2.4.2.3.2.1 Tipos de Topologa

Red de voz (Controlador/Subordinado/Repetidor). Es la red que comunica las

unidades de mando (controlador) con las unidades subordinadas pero no las

unidades subordinadas entre s. Se pueden establecer unidades de

retransmisin (repetidor) para mejorar la comunicacin.

Red de datos, Topologa Estrella (Maestro/Esclavo). Son redes de datos en las

que las unidades maestro se comunican con las unidades esclavo pero no

hay enlaces entre las unidades esclavo.

Red de datos, cluster (Nodo/Terminal). Son redes de datos con nodos quepueden retransmitir datagramas. Si se escoge esta opcin se debe introducir el

nmero mximo de retrasmisiones permitidas, si se configura a 0, este

parmetro evitar el uso de reemisiones. Para otros casos, deber configurarse

un valor igual a TTL (Time To Live) 1.

2.4.2.3.3 Parmetros de los Equipos

Se definen en la seccin sistemas de propiedades de red en Radio Mobile losparmetros tcnicos de la tecnologa inalmbrica.

Potencia de Transmisor (Watt o dBm): potencia de transmisin en watios

(Watt) o en decibelios mili-watt (dBm). La potencia de transmisin es la

potencia de salida del radio. El lmite superior depende de las regulaciones

vigentes en cada pas, dependiendo de la frecuencia de operacin y puede

cambiar al variar el marco regulatorio. En general, los radios con mayor

potencia de salida son ms costosos.

La potencia de transmisin del radio, normalmente, se encuentra en las

especificaciones tcnicas del vendedor. Hay que tener en cuenta que las

especificaciones tcnicas dan valores ideales, los valores reales pueden variar

con factores como la temperatura y la tensin de alimentacin.

89


30/38

Solamente es necesario rellenar uno de los dos campos, ya que el programa

calcula automticamente el otro.

Umbral del Receptor (V o dBm): tambin conocida como sensibilidad del

receptor, se expresa en microvoltios (V) o en decibelios mili-watt (dBm). El

Umbral del Receptor depende de la tasa de transmisin, como regla general, la

tasa ms baja (1 Mbps) tiene la mayor sensibilidad. El mnimo va depender del

equipo y la tecnologa.

Solamente es necesario rellenar uno de los dos campos, ya que el programa

calcula automticamente el otro.

Prdidas de la lnea (dB) (Cable+cavidades+conectores): prdidas en la

lnea de transmisin, se debe tomar en cuenta las prdidas debido al cable

coaxial que conecta la placa madre con la antena, la insercin de las cavidades

(filtros, osciladores) y los conectores. Independientemente de lo bueno que sea

el cable, los conectores y las cavidades, siempre introducen prdidas.

En general, mientras ms grueso y ms rgido sea el cable menor atenuacin

presentar. Las prdidas en los cables crecen directamente proporcional a la

frecuencia. La prdida tpica en los cables coaxial est entre 0,1 dB/m y 1

dB/m.

En lo que respecta a los conectores considere un promedio de prdidas de 0,3

a 0,5 dB por conector como regla general.

En conclusin, la prdida de lnea, considerando cables coaxiales cortos,

conectores y cavidades, est aproximadamente entre el rango de 2-3 dB.

Ganancia de la antena (dBi/dBd): ganancia de la antena referida a la de la

antena isotrpica (dBi) o a la de la del dipolo de media longitud de onda de

trabajo (dBd). La ganancia de una antena vara entre 2 dBi (antena integrada

simple), 5-12 dBi (omnidireccional), 12-15 dBi (sectorial) y 21-30 dBi

90


31/38

(parablica). Solamente es necesario rellenar uno de los dos campos, ya que

el programa calcula automticamente el otro.

Altura de antena (m): altura de la antena sobre la lnea natural del terreno,

medido en metros, en base a la tabla 2.13.

Prdida adicional cable (dB/m): Atenuacin por unidad de longitud de la lnea

de transmisin que transcurre desde la base de la torre o mstil de la antena

hasta el conector de la misma. Esta atenuacin no se incluye en el apartado

Prdida de la lnea, porque Radio Mobile permite variar dinmicamente la altura

a la que se encuentra la antena. El valor aproximado que se puede considerar

es de 1 dB/m.

2.4.2.3.4 Modo de propagacin

Se define en la seccin estilo de las propiedades de redes de Radio Mobile.

Grfico 2.5 Estilo

Para determinar el modo de propagacin se debe utilizar las opciones Usar

dos lneas para lnea de Vista, adicionalmente se puede considerar

condiciones de propagacin con interferencia o normal. Respecto al anlisis de

91


32/38

la propagacin en condiciones de interferencia, el modelo que utiliza Radio

Mobile es optimista.

2.4.2.3.5 Rol de las unidades inalmbricas en la red.

Se define en la seccin Miembros de propiedades de red de Radio Mobile los

emplazamientos pertenecientes a la red, sus sistemas y el papel de las

unidades dentro de la red segn la topologa.

2.4.2.4rea de Cobertura[28]

En Radio Mobile la estimacin de la cobertura de radio est basada en teorade probabilidad. La cobertura del radio para una localidad especfica a una

distancia del transmisor puede ser especificada para un 50%, 90% o mayor de

comunicacin exitosa. La cobertura de radio no puede garantizar el 100% todo

el tiempo, debido a que es afectada por las condiciones climticas y

atmosfricas.

Debido a estas variables, las redes de radio se basan en un parmetro llamado

Margen de desvanecimiento". El Margen de desvanecimiento es el factor de

seguridad utilizado para determinar el nivel de probabilidad de xito de

comunicacin de radio. El margen de desvanecimiento es la seal adicional,

por encima de un umbral de receptor, que no es necesario para la

comunicacin, sin embargo, es necesario para la fiabilidad de prediccin.

En la tabla 2.16 se indica aproximadamente los mrgenes de desvanecimiento

comunes y la probabilidad de cobertura dentro y en el borde de la celda.

Margen sobre elmnimo nivel Rx (dB)

Probabilidad de coberturaen el borde de la celda

(%)

Probabilidad de coberturadentro de la celda (%)

0 50 775 75 907 84 969 90 9712 95 99

Tabla 2.16 Radio Mobile. rea de cobertura[28]

92


33/38

De la tabla 2.16 se concluye entonces, que cuanto mayor sea el margen de

desvanecimiento, mayor ser la probabilidad de que una seal de

comunicacin sea recibida, pero con reas de cobertura reducidas.

2.4.3 Herramientas de visualizacin Radio Mobile

2.4.3.1Enlace de Radio

Permite grficamente determinar las caractersticas del radio enlace

inalmbrico entre el transmisor y receptor. Radio Mobile proporciona

caractersticas del enlaces tales como:

Azimut:calcula el azimut de la antena desde el transmisor hasta el receptor. Elclculo est basado en la latitud y longitud de los dos sitios, especificados en

las propiedades de la unidad. El ngulo es calculado relativamente hacia el

norte.

Prdidas en la trayectoria: es el total de prdidas en la trayectoria entre

transmisor y receptor, estas prdidas estn en dB.

ngulo de Elevacin:es el ngulo con el que la seal sale de la antena de

transmisin. Este valor es usado para clculos de la interferencia

posteriormente.

Campo Elctrico:calcula el nivel de la seal en dBV/m. Este valor de campo

elctrico es usado para clculos de emisiones de radio y cobertura.

Obstruccin: identifica la primera obstruccin que la seal encuentra. La

primera obstruccin usualmente tiene un alto efecto, reduciendo el nivel de la

seal en un enlace de radio.

Nivel de Recepcin (dBm):calcula la seal recibida en dBm.

La peor zona de Fresnel: el despeje de la Zona de Fresnel ms baja se

calcula con el nmero de la Zona de Fresnel.

93


34/38

2.4.3.2 Cobertura Visual

Permite grficamente determinar el rea de cobertura de una unidad de radio.

Radio Mobile proporciona cuatro opciones grficas:

Polar Simple: Calcula el rea de cobertura de acuerdo a las coordenadas

polares alrededor de la estacin base seleccionada. Pueden ser ajustados el

intervalo del rango del radio y del azimut, y el incremento del azimut. La grfica

se puede representar en una escala de colores para indicar el nivel de seal

recibida en dBm.

Cartesiano Combinado:Calcula la cobertura en base a pequeos cuadradosde tamao de pxel variable, que pueden usarse para analizar la cobertura y el

nivel de seal en un determinado punto. Muchos sitios pueden ser usados para

producir una cobertura combinada con la mejor seal disponible en cada

posicin sobre el mapa. La resolucin es la misma sobre todo el mapa, sin

embargo, el proceso de clculo toma un tiempo significativo.

Interferencia:La cobertura es calculada de acuerdo a pequeos cuadrados detamao de pxel variable. Mediante este tipo de clculo considerando el mnimo

nivel de seal requerido y el margen de interferencia causada por otras

estaciones transmisoras, la herramienta muestra las regiones; una regin

identificada con un determinado color indicar niveles de interferencia

aceptables, el color de la otra regin representa que el nivel de interferencia

sobrepasa el mnimo establecido.

Fresnel:est herramienta muestra las regiones, sobre el mapa de elevaciones,

donde el despejamiento de la primera zona de Fresnel est entre los lmites

configurados.

94


35/38

2.5 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[13] Bernal Ivn. (2008). Revisin de conceptos bsicos de antenas y propagacin.

EPN. http://clusterfie.epn.edu.ec/ibernal/

[14] Enrique V. Diseo de Redes Wimax. USFQ. http://profesores.usfq.edu.ec/vinicioc

[15] WNDW Project. (2006). Redes Inalmbricas en los Pases en Desarrollo.

http://wndw.net/

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[18] Wilzer. Telefona VoIP. Per. http://wilzer-rocha- campos.blogspot.com/2008/11

[19] Vimos Y. y Prez T. (2001). Dimensionamiento del canal de datos para la

interconexin entre PBX IP para una empresa a nivel nacional. EPN.

[20] Charro F., y Erazo P. (2006). Estudio y diseo de una red LAN hbrida, utilizando las

tecnologas WIMAX y WI-FI, para brindar servicios de video sobre IP e Internet de

banda ancha incluyendo transmisin de voz y datos, en la Universidad Central del

Ecuador. EPN.

[21] Acurio Y. y Ramos T. (2006). Diseo de una red de comunicaciones para el

Honorable Consejo Provincial de Cotopaxi. EPN.

[22] Wikipedia. Red Privada. http://es.wikipedia.org/wiki/Direcci%C3%B3n_IP_privada

[23] Durney H., Castro C., y Ortiz R. Diseo e implementacin de radioenlaces y

estaciones repetidoras Wi-Fi para conectividad de escuelas rurales en zona sur de

Chile. UHTU. www.haps.cl/documentos/04.pdf

[24] SoftWright LLC. (2000). Notes on Longley-Rice Propagation. USA.

http://www.softwright.com/faq/engineering/prop_longley_rice.html

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[25] Red Radio de Emergencia REMER. Manual de clculo de coberturas con Radio

Mobile. http://www.telefonica.net/web2/ismael/REMER/RMDL/RMDL0_Indice.htm

[26] Hufford G., Longley A. y Kissick W. (1982). A Guide to the use of ITS Irregular

Terrain Model in the area prediction mode. EEUU.

http://www.its.bldrdoc.gov/pub/ntia-rpt/82-100/82-100.pdf

[27] Ayuda RadioMobile

[28] Radio Mobile. Radio coverage probability.http://radiomobile.pe1mew.nl/?Calculations:Propagation_calculation:Radio_covera

ge_probability

2.6 BIBLIOGRAFA

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Metropolitanas. Universidad Tecnolgica de Bolvar.

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