ejercicio enlace
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CACULO DE UN ENLACE DE RADIO
PUENTE NACIONAL - LA UNION
Caculo de curvatura de la tierra: Procederemos según los niveles del mapa del Agustin Codazi, a calcular las características del relieve del terreno, sobre el cual se realizara el enlace de microondas.
NOMBRE ALTURADISTANCIA
(dx)Puente nacional. 1700 0
Jesús Maria 1500 10X 1500 20X 1000 30
Quebrada cobre 1500 40X 500 50
Rio ermitaño 1000 60X 500 70X 200 80
Qga Marañal 500 90X 200 100X 200 110
Rio cocorna 200 120Quebrada la cristalina 500 130
X 500 140Rio caldera 1200 150
San francisco 1200 160Rio santo domingo 2000 170
X 2000 180La unión 2700 187
1. Con los valores anteriores procederemos a calcular la curvatura de la tierra con la siguiente formula.
Donde: hx = altura de la curvatura d = 187 Km. (Distancia del enlace) dx = distancia cada 10 Km R = 6380 Km. (Radio de la tierra)
Realizando la ecuación anterior para dx = 10 Km, tenemos:
hx = = 138,9 m
La siguiente tabla nos da el resultado de la curvatura de la tierra:
Dx hx0 0
10 138,93249620 262,16640530 369,70172740 461,53846250 537,67660960 598,1161770 642,85714380 671,89952990 685,243328
100 682,88854110 664,835165120 631,083203130 581,632653140 516,483516150 435,635793160 339,089482170 226,844584180 98,9010989187 0
El relieve de la zona escogida teniendo en cuenta la curvatura de la tierra es:
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 50 100 150 200
Puente Nacional La Union
De acuerdo con la grafica del perfil del enlace se reqeririan torres de 500 metros en cada lado del enlace,asi como potencias del orden de 100 vatios por la distancia tan grande 187 Km, lo cual es impracticable en la realidad., debemos realizar un enlace multisalto. Para lo cual debemos calcular varios enlaces y realizar los perfiles de cada uno de diferentes trayectos:El primer enlace es Puente Nacional – Quebrada Cobre, el perfil calculado es:
Distancia 0 10 20 30 40Curvatura 0 23.54 31.39 23.54 0
Altura 1700 1500 1500 1000 1500
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 50 100 150 200
Puente Nacional-Q. cobre
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 10 20 30 40 50
RelieveZLOS
La altura de las torres va a ser de 40 mts para evitar problemas con las zonas de fresnel:
En la figura anterior se muetra el perfil de elevación, vemos que en Jesus Maria (kilometro 20) hay un pico que dificulta el enlace para las zonas de fresnel lo cual debemos realizar el calculoEl cálculo de las zonas de fresnel:
La primera zona de fresnel tiene que estar a una distancia mínima del pico a 19,42 m
Para saber la altura de las antenas hallamos:
Aunque las torres pueden ser de 30 mts por la distancia tan corta utilizamos torres de 40 mts para evitar inconvenientes con las zonas de Fresnel.Segundo enlace: Q. cobre – Qga Marañal cuyo perfil es:
Distancia 0 10 20 30 40 50Curvatura 0 31.39 47.09 47.09 31.39 0
Altura 1500 500 1000 500 200 500
Q. cobre - Qag Marañal
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 20 40 60
RelieveZLOS
En la figura anterior se muetra el perfil de elevación, vemos que en Rio Ermitaño (kilometro 20) hay un pico que dificulta el enlace para las zonas de fresnel lo cual debemos realizar el calculo
El cálculo de las zonas de fresnel:
Para saber la altura de las antenas hallamos:
Aunque las torres que soportan las antenas pueden ser de 40 metros utlizamos torres de 50mts para evitar inconvenientes con las zonas de Fresnel.
Tercer enlace: Qga Marañal – Rio Caldera, el perfil calculado sera:
Distancia 0 10 20 30 40 50 60Curvatura 0 39.24 62.7 70.64 62.7 39.24 0
Altura 500 200 200 200 500 500 1200
El cálculo de las zonas de Fresnel:
Aquí no hay problemas con las zonas de Fresnel
Aunque las torres pueden ser de 20 mts por la distancia tan corta utilizamos torres de menor altura para las antenas
Cuarto enlace: Rio Caldera – La Union
Distancia 0 10 20 30 37Curvatura 0 21.19 26.68 16.48 0
Altura 1200 1200 2000 2000 2700
Qag Marañal - Rio Caldera
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80
RelieveZLOS
En la figura anterior se muetra el perfil de elevación, vemos que en Rio Santo Domingo (kilometro 20) hay un pico que dificulta el enlace para las zonas de fresnel lo cual debemos realizar el calculo
El cálculo de las zonas de fresnel:
Para saber la altura de las antenas hallamos:
Aunque las torres pueden ser de 30 mts por la distancia tan corta utilizamos torres de 50 mts para evitar inconvenientes con las zonas de Fresnel.
Ecuaciones
Primera zona de Fresnel
para el calculo de la zona fresnel h = 0.6 * Rf + 3 m
Rio Caldera - La Union
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 10 20 30 40
RelieveZLOS
Altura de las antenasd = 17*hh = d /17
Margen de desvanecimiento
d = distancia del enlace en KmA = Factor rugosidad del terrenoB = Factor climaticoF = GHz R = objetivo de confiabilidad. Se asume 99.99%
Perdidas por espacio libre
f = frecuencia portadora en MHzd = distancia de cada enlace en Km
Perdidas por acoplamientoEs un dato proporcionado por el fabricante y es de 0.5 a 1dB, se escogió 0.5dB, por punto de conexión. Es decir que hay una atenuación de 0.5dB por cada conector, en un enlace existen dos antenas y cada una con dos conectores.
Perdidas por línea de transmisiónEl cable utilizado posee una atenuación de 1.6 dBi por cada 100m, este dato es proporcionado por el fabricante.La longitud de la línea es la altura de la antena mas 3m de blonda para conexiones y estación.
La atenuación se multiplica por dos ya que son dos líneas por enlace
Ruido
B = ancho de banda de ruido (Hz)
Sensibilidad del receptor
Relación señal a ruido = 25dB para servicio de vozC min = potencia de portadora mínima de recepción
Ganancia del sistema:
At = Ar = Ganancia de antenas. Dato proporcionado por el fabricante, depende del tamaño de la antena
Potencia Minima de transmision (PTx)
Gs = Pt - C minGs = Ganancia del sistemaC min = potencia de portadora mínima de recepción PTx = Gs + C min.
CALCULO DE NIVELES DE POTENCIA
Potencia del Transmisores: 1 vatio. Frecuencia de trabajo: 4 GHz Ganancia antenas: 30 dBi Temperatura: 290°K Ancho de Banda: 4 MHz Factor Rugosidad: 0,25 Factor Conversión de Probabilidad Anual: 0,125
Para la línea de transmisión se escogió la guía de onda Heliax EW34, que es apropiada para transmisión en el rango de frecuencias de 3,7-4,2 GHz.con una perdida total por tramo de 30 metros de 2.13 dB (Lf)
Perdida de circuladores 2 dB por cada uno (Lb) Ancho de Banda: 4 MHz C/N = 24dB Confiabilidad: 99,99% Sensibilidad del receptor = -80 dBm
Calculo para el trayecto Puente Nacional - Quebrada el cobre. ( primer enlace)d1 = 20 KMd2 = 20 Km d = 40 Km
Pérdidas por trayectoria de espacio libre:
Margen de desvanecimiento:
Ganancia del sistema
Potencia Minima de transmision (Pt)
Este valor esta por debajo del valor de la potencia del tranmisor 30dBm, por lo tanto no hay problema y el enlace es viable
Para el segundo enlace: Quebrada el cobre – Qag. - Marañald1 = 20 KMd2 = 30 Km d = 50 Km
Pérdidas por trayectoria de espacio libre:
Margen de desvanecimiento:
Ganancia del sistema
Potencia Minima de transmision (Pt)
Este valor esta muy cerca del valor de la potencia del tranmisor 30dBm, por lo tanto no es viable. Tendremos que cambiar los transmisores por unos de mayor potencia minimo de 2 vatios osea de 33 dBm.
Analice los calculos para el tercer enlace y cuarto enlace
Para el cuarto tramo: Rio Caldera – La Union
d1 = 20 KMd2 = 18 Km d = 37 Km
Pérdidas por trayectoria de espacio libre:
Margen de desvanecimiento:
Ganancia del sistema
Potencia Minima de transmision (Pt)
Este valor esta por debajo del valor de la potencia del tranmisor 30dBm, por lo tanto no hay problema y el enlace es viable
Ejemplo de diseño de sistema de transmisión por microondas
Supóngase que se desea diseñar un sistema de transmisión entre dos puntos distantes entre sí, 15 Km. Un punto está situado en un edificio de 5 pisos(20 m), la antena esta en la terraza y conecta por una línea de transmisión de fibra óptica al quinto piso donde se encuentra el sistema de transmisión - recepción, a través de 25 m. El otro punto esta en linea horizontal con los 15 Km mencionados, pero en una colina a 200 m de altitud, contando el edifico. Los puntos se conectan con un sistema de multiplexaje digital presincrono de 34368 Kbps y con una frecuencia de portadora de 10 GHz y modulación QPSK. La antena del edificio en el plano tiene un diámetro de 1 m, la potencia en transmisión es de 20 W.
Asumiremos transmisión desde el edificio en el plano y recepción en la colina.
1. En el transmisor:a. DT=1 mb. PT=20W = 10log20 = 13,0102999566dBWc. GT=?d. F=10 GHze. Lb=?
2. En el receptora. DR=b. PR=c. GR=
3. Cálculos:a. Ancho del Haz de las antenas:
i.
ii.DdB
703
b. Ganancia
i.
ii. En dB i, un buen nivel de ganancia,
encima del mínimo exigido de 20dBi.iii. Ae=4r2= 4(15000)2 = 2.827.433.388,23 m2, como la radiación es sobre 2,1 grado de la
circunferencia y no los 360 entonces
Ae2,1=16.493.361,1397m2
iv. GR
v. Lb
vi. Perdidas adicionales (La)
A la atenuación en espacio libre se le agregan algunos valores de atenuación debido a obstáculos:
6 dB: Incidencia restante.
40 dB: Bloqueo total del haz.
La atenuación puede variar de 6 a 20 dB dependiendo del tipo de superficie que provoca la difracción. Así:
6 dB: Para una difracción en filo de cuchilla, con incidencia resante.
20 dB: Difracción con incidencia resante en obstáculo mas redondeado como terreno ligeramente ondulado o agua que sigue la curvatura de la tierra.
En condiciones desfavorables las perdidas por reflexión pueden ser de hasta 50 db (propagación sobre mar).
Supongamos que hay algunas pérdidas por desvanecimiento de 1 dB
vii. PRPR(dBw) = 13,0102999566dBW + 37,8042dBi + 113,62276523dBi – 271,1927194734(dB) - La(dB) =-106.755454286dBW- 1dB =-107.775545. dBW
viii. Suponiendo los siguientes datos del manual del sistema de recepción TA = 30ºk TR = 80º KTo = 290ºKLa G/T = 230.290.765.286/(30+80) =2.093.552.411,69= 93,2088383784dB
ix. Densidad espectral de potencia
x. Ancho de banda:=72,3512426402dB.Hz
xi. Relación portadora ruido
..
xii. La energía de bit (Eo/No)
xiii. Margen considerando (Eo/No)o= 22,1683 dB, haciendo el análisis de disponibilidad e indisponibilidad del servicio
xiv. Analisis de calidad del servicio:
=
4. Otros factoresa. Plano del enlace
b. Análisis de la topografía para detectar obstáculosc. De haberlos diseño de perfiles en línea directa, luego teniendo en cuenta varios valores de K según
reflexión del haz
d. Radio a la enesima zona de fresnell
Rfn = Ö nhd1d2/d1+d2,m =1,4*10-6*1*0,03*5000*10000/5000+10000=10000 m
Supongamos 1,4 para 10 MHz
donde : Rfn = Radio de la n-esima zona de fresnel en metros. h = Longitud de onda en metros. d1 = Distancia del transmisor al punto considerado en metros. d2 = Distancia del punto considerado al receptor en metros.
e. p/RF = 5000/10000=0,5 quer corresponde al 0,5 de la primera zona de fresnel, como es inferior a 0,6 hay pérdidas a cponsiderar
f. Po(dB)=12p/Rf-10 = 12(0,5)-10 = 4 dBReelaborar teniendo en cuenta frecuencias f