planificación de radioenlaces de visibilidad directa (nera)

Ingvar HennePer Thorvaldsen

Planificacin de radioenlacesde visibilidad directa

Segunda edicin Nera 2002, 1999

La ilustracin de la cubierta nos muestrael desvanecimiento en un vano deBotswana. Las medidas fueron hechasen la banda 6.8 GHz en Agosto de 1993.Los niveles de entrada del receptorprincipal y del de diversidad de espacio,se registraron con una escala de tiempode 5 horas/ancho de pgina. La pginafrontal muestra los desvanecimientosdurante la noche, y la contracubiertamuestra la actividad por la tarde, con unacada del nivel de seal distinta alanochecer.

Impreso en Bergen en 2002

Prlogo a la segunda edicin i

Prlogo a la segunda edicinAlgo viejo, algo nuevo, algo prestado y algo azul. Aqu estamos de nuevo.Ante nuestro asombro se han agotado todo las copias de la primera ediciny hemos aprovechado esta dorada oportunidad para hacer una versinligeramente reforzada del libro. La primera edicin se hizo en 1994 y desdeentonces ha habido cambios en los objetivos de calidad, los modelos deprediccin y la manera en que utilizamos el medio inalmbrico. El rpidocrecimiento del sector de las telecomunicaciones ha sido muy favorablepara los radioenlaces. Los enlaces va radio han encontrado ahora suutilidad tanto en redes troncales como en redes de acceso. La tendenciaactual es usar frecuencias ms altas y tcnicas de eficiencia espectral. stoscambios se reflejan en la nueva edicin del libro. Desde 1994 se hanrealizado tambin ms medidas de campo y se han incluido en el textocorrespondiente bajo del lema: ver es creer

Los siguientes temas son nuevos en la segunda edicin:

El captulo de replanteo en campo (captulo 4) se ha vuelto a escribir

Nuevas recomendaciones (captulo 5) como:ITU-T G.827, ITU-R F.1189, F.1092& F.1397

Atenuacin atmosfrica (captulo 7)

Nuevo mapa de lluvias (captulo 8)

Nuevo modelo de prediccin ITU-R del desvanecimiento multitrayecto(captulo 9)

Nuevo modelo ITU-R de diversidad (captulo 10)

Interferencia por polarizacin cruzada (captulo 11)

Estudio de planes de frecuencias (captulo 14)

Diciembre, 99

Ingvar Henne & Per Thorvaldsen.

ii Prlogo

PrlogoEste libro describe la planificacin e ingeniera de redes para radioenlacesde visibilidad directa. sta es la segunda edicin de un libro de texto delplan de publicaciones, preparado por el grupo de propagacin de Nera. Sedescribir de forma general la planificacin de la viabilidad de los sistemasde radioenlaces de visibilidad directa. El objetivo principal es asegurar queun radioenlace obtenga los requisitos de cumplimiento y disponibilidadrequeridos. A los autores les gustara agradecer a Knut Erik Lande y suscompaeros por sus tiles comentarios y por sus correcciones.

Se cubrirn los temas siguientes:

Propagacin de ondas en la atmsfera

Localizacin de emplazamientos y alturas de antena

Perfiles del terreno

Introduccin al replanteo

Objetivos de calidad y disponibilidad

Desvanecimiento plano y selectivo

Propagacin y precipitacin

Planificacin de frecuencias

Fiabilidad de equipos

Diciembre, 99

Ingvar Henne & Per Thorvaldsen

Contents iii

Contents

Prlogo a la segunda edicin .................................................................... iPrlogo ...................................................................................................... iiContents..................................................................................................... iii1. Consideraciones generales .................................................................... 12. Propagacin de ondas en la atmsfera.................................................. 3

2.1 Principios de la ptica del rayo ................................................. 42.2 El ndice de refraccin en la atmsfera ..................................... 52.3 Curvatura del rayo con respecto a la tierra................................ 72.4 Valor K ..................................................................................... 72.5 Propagacin atmosfrica multitrayecto..................................... 82.5.1 Conduccin basada por tierra ................................................ 92.5.2 Conduccin elevada ............................................................... 9

2.5.3 Formacin de un conducto............................................ 102.5.4 Probabilidad de formacin de conductos ..................... 11

3. Perfiles del terreno ................................................................................ 143.1 Introduccin............................................................................... 143.2 Perfiles de vano ......................................................................... 143.3 Zona de Fresnel ......................................................................... 173.4 Curvatura de la tierra ................................................................. 183.5 Reflexines en la tierra.............................................................. 18

3.5.1 Mtodo geomtrico ....................................................... 203.5.2 Mtodo analtico ........................................................... 21

4. Replanteo de campo .............................................................................. 244.1 Procedimientos del Replanteo................................................... 24

4.1.1 Preparativos................................................................... 244.1.2 Trabajo de campo.......................................................... 25

4.2 Equipo necesario para un replanteo .......................................... 284.3 Informe del replanteo ................................................................ 294.4 reas con dificultad para enlaces de microondas ..................... 29

5. Objetivos de calidad y disponibilidad .................................................. 305.1 Introduccin............................................................................... 30

5.1.1 Resumen de objetivos ITU ........................................... 305.2 Objetivos basados en ITU-T G.821 .......................................... 31

5.2.1 Objetivos de calidad...................................................... 315.2.1.1 Algunas definiciones ........................................ 315.2.1.2 Objetivos .......................................................... 33

5.2.2 Objetivos de disponibilidad .......................................... 345.2.3 Clasificacin de circuitos.............................................. 35

5.2.3.1 Circuitos de Grado alto .................................... 35

iv Contents

5.2.3.2 Circuitos de Grado medio .................................375.2.3.3 Circuitos de Grado local ...................................38

5.6 Objetivos basados en G.826 y G.827.........................................395.6.1 Objetivos de calidad ......................................................39

5.6.1.1 Algunas definiciones.........................................395.6.1.2 Parmetros.........................................................405.6.1.3 Objetivos de calidad..........................................41

5.6.1.3.1 Segmento Internacional pararadioenlaces .........................................................425.6.1.3.2 Segmento Nacional pararadioenlaces .........................................................43

6. Antenas ..................................................................................................446.1 Parmetros de la antena .......................................................................44

6.1.1 Ganancia de antena........................................................456.1.2 ROE ...............................................................................466.1.3 Niveles de lbulo lateral y posterior .............................466.1.4 Polarizacin cruzada......................................................476.1.5 Anchura del haz.............................................................486.1.6 Estabilidad mecnica .....................................................486.1.7 Potencia de radiacin isotrpica efectiva......................48

6.2 Repetidores pasivos ...................................................................496.2.1 Reflectores planos .........................................................50

6.2.1.1 Ganancia de reflector plano ..............................506.2.2 Antenas espalda espalda.............................................51

7. Clculo de potencia recibida .................................................................537.1 Prdidas en espacio libre............................................................537.2 Atenuacin atmosfrica..............................................................547.2 Estudio del enlace ......................................................................56

8. Precipitacin ..........................................................................................588.1 Caractersticas de precipitacin .................................................58

8.1.1 Precipitacin orogrfica ................................................588.1.2 Precipitacin convencional ...........................................598.1.3 Precipitacin ciclnica ..................................................598.1.4 Tormentas tropicales .....................................................60

8.2 Cmo afectan las precipitaciones a la propagacin de lasondas.................................................................................................60

8.2.1 Dispersin......................................................................618.2.2 Absorcin ......................................................................618.2.3 Atenuacin total por lluvia en un radioenlace ..............618.2.4 Medidas de lluvia ..........................................................628.2.5 Formas de la gota de lluvia............................................63

8.3 Indisponibilidad por lluvia.........................................................638.3.1 Longitud efectiva de vano .............................................63

Contents v

8.3.2 Profundidad de desvanecimiento debido a la lluvia..... 649. Predicciones de calidad......................................................................... 68

9.1 Por qu un margen de desvanecimiento? ................................ 689.2 Desvanecimiento multitrayecto................................................. 69

9.2.1 Desvanecimientoplano.................................................. 709.2.1.1 Mtodo de la prediccin antiguo...................... 709.2.1.2 Nuevo mtodo de la prediccin........................ 71

9.2.1.2.1 Enlaces en interior ............................... 729.2.1.2.2 Enlaces costeros encima / cerca degrandes masas de agua ........................................ 749.2.1.2.3 Enlaces costeros encima / cerca demasas de agua medianas ..................................... 759.2.1.2.4 Definicin de vano poco claro............. 76

9.2.2 Desvanecimiento selectivo de frecuencia..................... 769.2.2.1 Tipologa .......................................................... 81

9.2.2.1.1 Modelo ................................................. 819.2.2.1.2 Retardo medio...................................... 829.2.2.1.3 Ranuras vs. nivel de............................. 82entrada................................................................. 829.2.2.1.4 Pendiente dinmica .............................. 82

10. Diversidad ........................................................................................... 8310.1 Concepto bsico de proteccin por diversidad ....................... 83

10.1.1 Mejora por diversidad................................................. 8310.2 Diversidad simple.................................................................... 85

10.2.1 Diversidad de espacio ................................................. 8510.2.1.1 Tcnicas de diversidad en sistemasanalgicos ..................................................................... 8510.2.1.2 Tcnicas de diversidad en sistemasdigitales......................................................................... 87

10.2.2 Diversidad de frecuencia ............................................ 8910.2.2.1 Sistema redundante 1+1 ................................. 9010.2.2.2 Sistema redundante N+1 ................................ 9110.2.2.3 Secciones de conmutacin ............................. 92

10.2.3 Configuracin Hot standby......................................... 9210.2.4 Diversidad hbrida ...................................................... 92

10.3 Diversidad angular .................................................................. 9310.3.1 Prediccin de tiempo de corte usando diversidadangular.................................................................................... 95

10.4 Diversidad combinada............................................................. 9610.5 Diversidad de trayecto............................................................. 97

11. Interferencia por polarizacin cruzada ............................................... 9911.1 Descripcin cuantitativa.......................................................... 10011.2 Corte debido efectos del aire................................................... 101

vi Contents

11.2.1 Un procedimiento paso a paso para predecircortes.......................................................................................10311.2.2 Mejora por diversidad de espacio ...............................105

11.3 Corte debido al efecto de la precipitacin ...............................10611.3.1 Estadsticas XPD .........................................................10711.3.2 Un procedimiento paso a paso para predecir elcorte ........................................................................................107

12. Interferencias .......................................................................................10912.1 Ruido ........................................................................................109

12.1.1 Ruido trmico ..............................................................10912.1.2 Factor de ruido.............................................................11012.1.3 Ruido en sistemas digitales .........................................110

12.2 Impacto de las seales interferentes en los niveles deumbral del receptor ..........................................................................112

12.2.1 Interferencia co-canal ..................................................11312.2.2 Interferencia por canal adyacente................................114

13. Propagacin en clculos de interferencia ............................................11613.1 rea de coordinacin ...............................................................11613.2 Mecanismos de la propagacin................................................118

13.2.1 Mecanismos de interferencia a largo plazo .................11813.2.2 Mecanismos de interferencia a corto plazo .................119

13.3 Mtodos de la prediccin .........................................................11913.3.1 Procedimiento global...................................................12013.3.2 Clasificacin del trayecto ............................................12213.3.3 Interferencia por formacin de conductos ..................123

14. Planificacin de frecuencias ................................................................12514.1 Activacin del plan de frecuencias ..........................................125

14.1.1 Condiciones .................................................................12514.1.2 Plan internacional de frecuencias................................126

14.1.2.1 Disposicin de la canalizacin porcanales alternos .............................................................12614.1.2.2 Disposicin de la canalizacin co-canal .........12914.1.2.3 Disposicin de la canalizacinentrelazada.....................................................................129

14.1.3 Separacin del canal adyacente...................................13214.1.3.1 Trayecto comn...............................................13214.1.3.2 Trayectos separados ........................................133

14.2 Asignacin de frecuencias de radio .........................................13314.2.1 Preparacin ..................................................................13314.2.2 Condiciones .................................................................13414.2.3 Determinacin de la frecuencia...................................135

14.2.3.1 Consideraciones generales..............................13514.2.3.2 Red troncal ......................................................135

Contents vii

14.2.3.2.1 Uso repetido de la mismafrecuencia ............................................................ 13714.2.3.2.2 Planificacin detallada....................... 137

14.2.3.3 Redes enlazadas.............................................. 13915. Clculos de las interferencias ............................................................. 141

15.1 Ejemplos de acoplamientos en RF .......................................... 14115.2 Principios de clculo para redes digitales ............................... 14215.3 Seleccin de la antena ............................................................. 146

15.3.1 Perturbaciones externas por una estacin nodal......... 14615.3.2 Perturbaciones externas sobre una estacin nodal ..... 14615.3.3 Condiciones ptimas................................................... 14715.3.4 Atenuacin entre antenas en la misma torre............... 147

15.4 Clculo del nivel de seal interferente .................................... 14815.4.1 Frmula general .......................................................... 14815.4.2 Frmulas para configuracin triangular ..................... 151

15.4.2.1 Perturbaciones externas por una estacinnodal ............................................................................. 15115.4.2.2 Perturbaciones externas sobre unaestacin nodal ............................................................... 15215.4.2.3 Condiciones ptimas ...................................... 152

15.5 Procedimiento de clculo ........................................................ 15315.5.1 Precondiciones ............................................................ 15315.5.2 Clculos de interferencias en redes digitales.............. 154

15.5.2.1 Evaluaciones de la interferencia..................... 15515.5.2.2 Resumen de clculos de la interferencia ........ 162

15.6 El plan de frecuencias.............................................................. 16216. Fiabilidad ............................................................................................ 163

16.1 Tasa de fallos del equipo ......................................................... 16416.2 MTBF de los mdulos............................................................. 16516.3 Calculo de indisponibilidad..................................................... 165

16.3.1 Indisponibilidad de un mdulo del equipo................. 16516.3.3 Indisponibilidad de mdulos paralelos....................... 16616.3.4 Indisponibilidad de un sistema redundante n+1......... 167

Referencias ................................................................................................ 170ndice lfabtico.......................................................................................... 188

1. Consideraciones generales 1

Capitulo

1. Consideraciones generalesLa planificacin de sistemas abarca los principales parmetros de lossistemas de radioenlace. ste incluye la configuracin de la red, lacapacidad del sistema, los objetivos de la ejecucin y la banda defrecuencia. La seleccin de sitios, necesidades de energa, torres y salas deequipos, no se trataran en este libro.

La parte mas detallada de la planificacin cubre los parmetros de vano,como alturas de las antenas, tipos de antena y tamaos, cumplimiento yclculos de la disponibilidad, configuracin de diversidad y planificacinde la frecuencia.

La propagacin de ondas en la atmsfera y su impacto en la ejecucin deradioenlaces digitales es el tema principal en este libro. Se incluirnfundamentos, modelos de calculo y medidas para explicar la imprevisiblepropagacin de las ondas de radio por la atmsfera. El principal propsitode la planificacin del sistema, es conseguir un medio de la transmisinfiable que cumpla las especificaciones internacionales, en cuanto a tasa deerror y objetivos de disponibilidad. La explicacin de los objetivos ascomo los modelos de la prediccin, son por tanto muy importantes en unaingeniera de planificacin de sistemas. Deben ser evaluados elfuncionamiento e indisponibilidad debido a los efectos de la propagacin,precipitaciones, problemas de interferencias y averas de los equipos.

El nmero de frecuencias para radioenlaces es limitado. La planificacinde frecuencias es por lo tanto una parte importante en la planificacin delsistema. La tarea de una ingeniera de planificacin de sistemas est enseleccionar frecuencias de radio y tipos de antena de la manera mas

2 1. Consideraciones generales

eficiente. Se debe tener presente tambin la expansin futura de lossistemas.

La disponibilidad de un radioenlace esta en relacin entre los efectos de lapropagacin y las averas del equipo. Se presenta la disponibilidad de losmdulos del equipo radio por medio del MTBF (Tiempo Medio EntreAveras). La experiencia prctica demuestra que la disponibilidad delsistema total a menudo esta limitada por otros factores distintos al equiporadio en s mismo.

La indisponibilidad debido a problemas del mantenimiento, averas deenerga, etc. a menudo pueden ser la principal causa de la indisponibilidaddel sistema, sobre todo en reas rurales.

Se incluyen medidas sobre radioenlaces en servicio para ilustrar modelosde propagacin. Estas medidas son principalmente de tres vanos:

Vano en rea desrtica en Botswana.Frecuencia del radio: 6.8 GHz Capacidad: 140 Mb/ sDiversidad de frecuencia y de espacio.

Vano sobre el agua en el sur de Inglaterra.Frecuencia del radio: 7.5 GHz Capacidad: 34 Mb/ sDiversidad de espacio.Se usa este vano en particular como ejemplo en otros apartados del libro.

Vano co-canal en Suiza.Frecuencia del radio: 4 GHz Capacidad: 155 Mb/ sDiversidad de espacio.

2. Propagacin de ondas en la atmsfera 3

Capitulo

2. Propagacin de ondas en la atmsferaSe indica en la figura 1 la propagacin de una onda radioelctrica en elespacio libre (sin atmsfera). La onda radioelctrica sigue una lnea rectadesde el punto de radiacin. La interaccin con las molculas de laatmsfera, curva la onda radioelctrica tal como se indica en la figura 2.Las ondas se curvan hacia zonas con ndice de refraccin ms alto (medioms denso). En condiciones atmosfricas normales, la densidad de laatmsfera decrece proporcionalmente con la altura con respecto a la tierra,de tal forma que el ndice de refraccin disminuye con la altura. Estoimplica un ndice de refraccin ms alto cerca a la superficie de tierra, ypor consiguiente las ondas se doblan hacia la tierra, como se ve en lafigura 2.

sin atmosphra

Figura 1 Rayos rectos en vacio

con atmosfera

Figura 2 Rayos curvados conatmosfera

4 2. Propagacin de ondas en la atmsfera

La onda de radio se puede tratar como un rayoes buena si la longitud de onda


donde c es la velocidadde la luz en el vaco y[vi] es la velocidad de laonda radio en el mediodado. [ 46]

La ley de Snell (ecuacin1) indica que los rayos,en dos medios distintos,se curvan hacia el msdenso. En la atmsferael ndice de refraccinvara continuamente.

n

Por consiguiente no existir ningn limite distintivo entre medios. Verfigura 4. La curvatura de los rayos en la atmsfera puede ser considerada,debido al paso por un gran numero de medios, con una variacin pequean.

2.2 El ndice de refraccin en la atmsfera

El ndice de refraccin en el aire, para las frecuencias que nos interesan,esta muy cercano al de vaco. Debido a eso, en lugar el radio derefractividad, N, se usa n.

3) N = (n 1) . 10 6La frmula emprica para N es

4)

+=Tep

TN 48106.77

c

n =1.33w

n = 1

c

'

n1

n2

El experimento del vaso

superficie del agua

Para >c la superficie actua como un espejoPara agua: nwsin c = 1 c = 49

Porqu es c c ?

Muchos vanos de radioenlace salencon un angulo muy cerrado enhorizontal. Suponer un n de talforma que el angulo de ataque sea 1para experimentar la reflexin enhorizontal

Reflexion

total


T es la temperatura en grados Kelvin.(= grados en Celsius+ 273.15)

p es la presin atmosfrica total en hPa (= mbar)

e es la presin del vapor del agua en [hPa]

Dado que p, e y T sontodas funcin de la altura,consiguientemente tambinN es una funcin de altura.

Por una atmsfera normal(heterognea) la variacinde N con la altura es

5) kmunidades-N40=

dhdN

6) N(h) = 315e (-0.136h)

donde h es la altura sobretierra en kilmetros.

ste indica que una atmsfera normal es ms densa cerca de tierra, por locual, los rayos se curvan hacia ella. El radio de curvatura r viene dado por

7) 1 1r n

dndh

= cos

donde es el ngulo de los rayos con respecto al horizontal. [ 38]

Temperatura [C]

0

10

20

30

40

50

60

-15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35

Calculo de e(presion de vapor de agua)

donde es la humedad relativa en %

donde es la temperatura Ces=6.1121 .e

17.502t(t+240.97)

e=H

100.es


2.3 Curvatura del rayo con respecto a la tierra

La curvatura del rayo, dada por la ecuacin 7) puede ser referida al radiofsico de la tierra por un radio efectivo de la curvatura del rayo:

8) 6101571111

+=+==

dhdN

dhdn

arare

donde a es la radio de la tierra = 6370 Km

En la ecuacin 8) se ha asumido que n es casi uno y es casi cero.

Vamos a definir el radio de refractividad modificado M comodMdh

dNdh

= +157Si dMdh

= 0 , los rayos seguirn la misma curvatura que la tierra.

Si dMdh

< 0 los rayos se curvarn ms que la tierra y se crear un trayecto

radio.

Figura 5 Sombra Radio con 0


9)

+

=

+

==

6101

11

1

dhdNaa

dhdn

aar

K e

Para una atmsfera normal dNdh

= 40 . El valor K correspondiente es

10) ( )( ) 34

1040637011

6 =+

=

K

Figura 6 Variaciones del valor de K.M

2.5 Propagacin atmosfrica multitrayecto

La propagacin multitrayecto ocurre cuando llega al receptor ms de unrayo. La transmisin multitrayecto es la causa principal deldesvanecimiento.

El multitrayecto slo ocurre cuando dNdh vara con altura.

h (km)

1

2

3

0 3 0 0

K =1

4/3 2/3

-2/3

-2/3K =

4/312/3

N-unidades

Tran

smis

or

Re c

epto

r


2.5.1 Conduccin basada por tierra

La Figura 7 muestra una conduccin basada por tierra. La atmsfera tieneuna capa muy densa junto a la tierra, con una capa delgada por encima.Habr reflexin casi total en la unin de las capas. [47]

Figura 7 Conduccion de superficie [47]

2.5.2 Conduccin elevada

La atmsfera tiene una capa espesa elevada sobre tierra. Si ambos, eltransmisor y el receptor estn dentro de esta capa, alcanzaran al receptormltiples rayos. Si uno est dentro y el otro fuera de la capa, al receptor nole llegara casi nada de energa. [47]

M

h

K = 4/3

M M1 2

M

K = -2/3

h

region 2

region 1

Capa dereflexionatmosferica

Tran

smis

or

Rec

epto

r

Rayo directo

Rayoreflejado


Figura 8 Conduccion elevada [47]

2.5.3 Formacin de un conducto

Durante el da, el solcalienta la tierra porconveccin y crea unaatmsfera homognea.La calma nocturnaliberar calor de la tierra,dando lugar a unainversin de la temperatura.Esto vuelve a dar una regincercana a la tierra donde

dMdh

< 0, resultando una

conduccin por tierra.

r

Day

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

Tmin Presion de vapore Delta T Debajo del umbrald

La semejanza entre la actividad de desvanecimiento yla diferencia de temperatura nocturna (delta T) y lapresion de vapor de agua se ve arriba.Un gran delta Tdenota una gran actividad de desvanecimient. Unpequeo contenido de vapor de agua denota una altaactividad de desvanecimiento o Tanto una grandiferencia de temperatura diurna como un bajovolumen de vapor de agua estan estrechamenteligados a la probabilidad de tener una inversion decapa generando un radioconducto conducto radio

actividad de desvanecimiento entre lapresion de vapor Tmin y delta T

en el peor mes, en un vano en AfricaTmin/Delta

Debajo delumbrald

M

h

M M1 2

M

h

region 2

region 1

region 2'

Limites de capasde reflexionatmosferica

Tran

smis

or Rayoreflejado

Rayo directo

Rayo refractado


Justo despus del amanecer, la tierra se calienta por el sol otra vez, y laconveccin comienza cerca de la tierra. La conduccin basada en tierra seeleva, dando como resultado una conduccin elevada como se indica en lafigura 9.

Figura 9 Formacin de conductos

2.5.4 Probabilidad de formacin de conductos

La figura 10 muestra el porcentaje de tiempo cuando dNdh es menor que -

100 N unidades / Km. en Mayo. Esta figura proporciona una buenaindicacin de dnde es ms probable experimentar la conduccin. En lafigura, se puede observar que las regiones ecuatoriales son ms vulnerablesa los conductos. En climas templados, la probabilidad de formacin deconductos es menor.

Esta diferencia en la probabilidad de conduccin puede ser explicada por ladiferencia de temperatura, pero sobre todo por la diferencia de humedad.

La probabilidad de conduccin sigue variaciones estacionales. En elapndice A, desde la figura A1 hasta la A4, se muestran probabilidades deconduccin en los diferentes meses. [18].

dMdh

>0

dMdh


Figura 10 Probabilidad de conduccin en Mayo (ITU-R rep. 563-4 [28])

2. Propagacin de o

Se utilizar el ejemlibro. El vano tienepor encima del mequipo de radio escon una configuradetalles sobre el sNTL (National Tra

0

5

10

15

20

25

30

35

M

O

Segundos severamente erroneos

i

DicEne93

El cuadro de arribprobabilidad de colos que se registrarEl peor mes es Mmayor nmero de contorno ITU-R Pprobabilidad de cGales. [44].ndas en la atmsfera 13

VANO DEL CANAL DE BRISTOL

plo del vano Ilfracombe St. Hilary a lo largo de este una longitud de 58.65 Km., de los cuales 2/3 transcurren

ar (cruzando el canal de Bristol en el Reino Unido). El el NL141de Nera , a 34 Mbit/s en la banda de 7.5 GHzcin en 2+0 y con diversidad de espacio. Se darn msistema en los prximos captulos. El sistema pertenece alnscommunications Ltd.).

NTL Ilfracombe - St. Hilary 92.11.27-93.11.29

edidas realizadas

bjectivos ITU-R escalados

AgosSept93

og

b

b

Ene

a muestra con claridad las variaciones estacionales de landuccin, expresado por el nmero total de segundos enon errores severos, medidos durante el perodo de un ao.ayo-Junio, y el perodo Mayo-Agosto es el que poseeerrores. Esto concuerda perfectamente con los mapas deL en el apndice A [28], donde los meses de mayor

onduccin son Mayo y Agosto para el rea del sur de

14 3. Perfiles del terreno

Capitulo

3. Perfiles del terreno3.1 Introduccin

Es necesario disponer del perfil del terreno para determinaremplazamientos y alturas de antenas. Se debe tener cuidado para asegurarvisin directa entre los emplazamientos y evitar reflexiones. En el captulo4 se tratarn parmetros adicionales sobre la evaluacin de emplazamientosde radio.

3.2 Perfiles de vano

Partiendo de un corte vertical de un boceto tridimensional simplificado delterreno, se podra dibujar el perfil del terreno de la figura 11.

torr

e

3. Perfiles del terreno 15

Figura 11 Perfil de vano tpico

La figura 11 muestra el perfil del vano, con el terreno que vara con elfactor-k. y con la primera zona de Fresnel. La lnea de visin est dibujadaen la figura 11 como una lnea recta , y la curvatura del rayo debida a lasvariaciones en el factor-k se aade a la altura del terreno. A fin de evitarque las prdidas por difraccin se sumen a las inevitables prdidas deespacio libre, el camino debe estar despejado para la primera zona deFresnel. La prdida por difraccin esperada puede obtenerse utilizando lafigura 12. [34]

Vano del canal de Bristol

primera zona de fresnel

linea de visibilidad

perfiles diversos con distinto valor de k

torre

torr e

Sitio:ILFRACOMBE Altitud:203.0 m amsl.Antena:10.00 m.

Sitio:ST. HILARY Altitud:126.0 m amsl.Antena:10.00 m.

Longitud:58.65 km.K:1.33 Zona Fresnel :1.00Frecuencia:7.70 GHz.Angulo:3.47 millirad.

0.0 15.0 30.0 45.0Distancia en km

0

50

100

150

200

250

Altit

ud e

n m


Figura 12 Prdida adicional debida a la difraccin

En ausencia de un procedimiento general, que proporcionara unaprevisible prdida por difraccin para pequeos porcentajes de tiempo (uncriterio estadstico de vano despejado), el ITU-R aconseja el siguienteprocedimiento: [31]

a) determinar la altura requerida de las antenas para el valor medio delfactor-k apropiado(en ausencia de otra dato, utilizar k =4/3) para unvano despejado (1.0F1) por encima del obstculo ms alto.

b) obtener el valor de k e (99.9%) de la figura 13 para la longitud del vanoen cuestin.

c) calcular la altura requerida de las antenas para el valor de ke obtenido enel paso b) y para los siguientes radios de zona de Fresnel:

0

5

10

0 1 2Despejamiento normalizado h/F1

Linea de visibilidad

valor espacio libre

Primerazonalibre

Segundazonalibre

Perdidas

de

difraccion

endB


Clima templado Clima tropical

0.0F1 si hay una obstruccin devano aislada y nica.

0.3F1 si la obstruccin se extiende alo largo de una parte del vano.

0.6F1 para longitudes de vanos msgrandes que 30 Km

d) utilizar las alturas ms grandes de antena o

Figura 13 Valor de ke excedido por aproximmes [31] (Clima templado

3.3 Zona de FresnelLa primera zona de Fresnel se defi

( ) 2213 =+ ddd . Esta ecuacindescribe una elipse, pero paraaplicaciones prcticas el radio F1 podra ser aproximado por la frmula

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

10 10020 50

ke

longitud de vano en kmbtenidas en los pasos a) y c).

adamente el 99.9% del peorcontinental)

ne como el lugar donde

F1

d3

d1 d2


--

-

-

-

-

-

-

-

-

11) Fd df d11 217 3=

. [m]

donde f es la frecuencia en GHz

la distancia total de vano es d d d= +1 2 en Km

3.4 Curvatura de la tierra

Para poder dibujar en un perfil de vano la lnea de visin de formarectilnea, hay que aadir a la altura de la tierra, la curvatura debido a lasvariaciones en el factor-k . La modificacin de la altura de la tierra vienedada por

12) d d

k1 2

12 74

. [m]

donde k es el factor-k

el resto de parmetros se han definidos anteriormente.

3.5 Reflexines en la tierra

La figura 14 muestra una tpica sealde reflexin desde la superficie delmar. Cuanto mejor conductor sea elsuelo, ms potente ser la reflexin.De este modo, las reflexiones del mar,de los pantanos, etc. son ms crticasque las reflexiones de tierras convegetacin. El coeficiente dereflexin de un tipo dado de tierradepende tambin de la frecuencia.Generalmente, el coeficiente dereflexin decrece con la frecuencia.Por otro lado, se requerirn reas msgrandes cuanto ms bajas sean lasfrecuencias de las seales a reflejar.

k=0.6

k=1.33k=

1.00.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Coeficientes de reflexin tpicos

para diferentes tipos de terreno

agua

este

pas

s in

l a v

e ge t

a ci

n

culti

vado

sc a

mp o

s

c ol in

a s c

o nlo

s a r

b ust

o s

Co l

ina s

con

los

rbo

les


El coeficiente de reflexin efectivo es tambin funcin del ngulo deincidencia y la curvatura de la tierra (el factor-k). Generalmente lapolarizacin vertical ofrece una reflexin reducida, especialmente a bajasfrecuencias. [34]

Figure 14 Reflexiones por tierra

Como se indica en la figura 14,la seal recibida es la suma dela seal directa y de la seal dereflejada.Si se suman estas dosseales, darn una potenciade seal que es funcin de laaltura del emplazamiento delreceptor como se indica en lafigura 15. Para neutralizarel efecto de las reflexionesde la tierra, se utilizanfrecuentemente configuracionesde diversidad de espacio, con dos antenas receptoras separadasverticalmente. Una separacin ptima entre antenas debera proporcionarun mximo en el nivel de seal recibida en la segunda antena cuando laantena principal se encuentra en un mnimo, y viceversa.

La seal recibidatotal es el vectorsuma de el rayodirecto y elreflejado

Proteccin del punto de reflexion

Las reflexiones pueden ser evitadas en algunosvanos reducciendo las alturas de las antenas


Figura 15 Separacin ptima de antenas para diversidad de espacio

Esta separacin ptima entre antenas se puede calcular utilizando uno delos dos mtodos siguientes:

1. Mtodo geomtrico utilizando zonas de Fresnel.

2. Mtodo analtico utilizando expansiones de series.

3.5.1 Mtodo geomtrico

Una propiedad geomtricade la elipse es que el ngulode incidencia iguala alngulo de reflexin en lacircunferencia. Esta propiedadpuede ser utilizada para encontrarel punto de reflexin. Cuandoel terreno iguala la tangente a la elipse, se ha encontrado un unto dereflexin. Consecuentemente el punto de reflexin se puede encontrarincrementando la zona de Fresnel hasta que roce el terreno. Si la tangentede la elipse es paralela al terreno, hay un punto de reflexin. (Ver figura16)

Separacionde antenas

optima

Campo recibido

altura

TANGENTE

1 = 2

12


Figura 16 Bsqueda del punto de reflexin grficamente

La separacin ptima de antenas se puede tambin calcular grficamente.Una vez calculado el punto de reflexin utilizando la figura 16, seincrementa o se decrementa la zona de Fresnel en media longitud de onda.Se coloca esta nueva elipse sobre el terreno como muestra la figura 17, y seexamina la variacin en la altura de la antena. La diferencia entre la alturade las antenas de las dos zonas de Fresnel dibujadas en la figura 17corresponde a la separacin vertical ptima entre antenas para unaconfiguracin de diversidad de espacio.

Figura 17 ptima separacin de antenas (mtodo grfico)

3.5.2 Mtodo analtico

La localizacin del punto de reflexin puede ser calculado utilizando lasfrmulas dadas a continuacin. [34]

Separacionverticalptimade antenas


13) qh hh h

=

+1 2

1 2

q... parmetro para ser utilizado en formulash1... altura en la antena sobre el punto de reflexin en el emplazamiento A

(en metros)h2 ... altura en la antena sobre el punto de reflexin en el emplazamiento B

(en metros)

14) ( )

221

251

dhhk

Q

+=

Q... parmetro para ser utilizado en frmulask... factor de radio efectivo de la tierra (valor-k)d... longitud total del vano (en Km.)

15) Vq

Q

=

+1 1

V ... parmetro para ser utilizado en frmulas

16) ( )

= +=

0

2

1i ii

QVVZ

Ya que 16) converge con gran rapidez, puede ser determinado utilizandolos cuatro primeros trminos, lo que resulta una buena aproximacin:

17) ( ) ( )

++

++

++ 3

6

2

42

112

13

11

QV

QV

QVVZ

18) ( )Zdd += 121

19) ( ) 12 12 ddZdd ==


d1... distancia desde el emplazamiento A hasta el punto de reflexin (enKm.)

d2... distancia desde el emplazamiento B hasta el punto de reflexin (enKm.)

La diferencia de longitud entre las trayectorias de seal directa y sealreflejada expresada en metros 20) y en longitudes de onda 21) viene dadapor:

20)3

22

2

21

1 1074.1274.122

=

kdh

kdh

d

21) 3.0f

=

La distancia de paso (indicada en la figura 15) viene dada por:

22) 12

22

30 32

1

12 74

10=

.

.

df

h dk

23) 21

12

30 32

1

12 74

10=

.

.

df

h dk

Por lo tanto, la ptima separacin de antenases igual a la mitad de la distancia del paso:

24) h1 21 2

2( )( )

=

24 4. Replanteo de campo

Capitulo

4. Replanteo de campo

Durante la fase de planificacin de un sistema digital de microondas serequerir hacer un replanteo de campo.

Los objetivos de un replanteo de campo pueden ser los siguientes:

- Verificar la localizacin exacta del emplazamiento- Verificar la lnea de visin- Clasificar el tipo de vano- Confirmar el espacio en estaciones existentes- Comprobar las condiciones de la propagacin- Comprobar las posibilidades de interferencia de frecuencias- Comprobar las condiciones del suelo para nuevas torres- Comprobar el acceso de emplazamiento y la infraestructura en el rea

4.1 Procedimientos del Replanteo

4.1.1 Preparativos

Se debern hacer preparativos cuidadosos para reducir el trabajo de campo.Un estudio detallado del mapa es siempre un buen comienzo. Tras haberlocalizado todos los emplazamientos (incluyendo localizacionesalternativas), se debern preparar los perfiles del vano.

4. Replanteo de campo 25

Se deberan utilizar mapas a una escala de 1:50 000 (o ms detallados) paradibujar el perfil del vano de microondas. Los obstculos crticos debernmarcarse para verificar la lnea de visin y debern tambin ser anotadoslos posibles puntos de reflexin para comprobarlos en el campo.

Las alturas preliminares de las antenas se pueden determinar en esta fase.Es tambin importante organizar tan pronto como sea posible todo lorelativo a transporte e instalacin en reas remotas.Si se van a realizar medidas de interferencia de frecuencia, puede serimportante recopilar informacin sobre enlaces de microondas de otrosoperadores en el rea.

4.1.2 Trabajo de campo

Las siguientes actividades son tpicas para la planificacin de nuevossistemas y emplazamientos de microondas:

- Verificacin de posiciones y altitudes de emplazamientos.

Esto hoy en da, en la mayora de los casos, se realiza utilizando un GPS(Global Positioning System). La ubicacin por medio de teodolito se puedetambin utilizar para posicionamientos ms exactos, pero esto requieremucho tiempo.El GPS estndar hoy en da tiene una exactitud de 30 - 100 m dependiendode la calidad de las seales. Si se necesitara, se puede utilizar GPSdiferencial, pues proporciona coordenadas ms precisas. Sin embargo, esun equipamiento ms caro y el proceso es mucho ms complicado yrequiere mas tiempo.

- Confirmacin de la lnea de visibilidad.

Si se observan obstrucciones crticas en los perfiles de la vano, debern sercomprobadas con ms precisin. Normalmente esto suele hacerse medianteel test de lnea de visin, utilizando un espejo. Es muy sencillo de realizary el reflejo del sol se puede percibir desde distancias muy lejanas enbuenas condiciones climatolgicas. (Ms de 100 Km. en buenascondiciones).Para vanos ms cortos, se pueden utilizar varios mtodos . Se puedenutilizar globos para verificar la altura de la torre requerida si no hay visindesde el nivel de la tierra. Tambin pueden utilizarse potentes lmparas olinternas, particularmente al anochecer.


Otra posibilidad son las medidas de campo recibido, que pueden confirmarsi el vano tiene visin directa o si la seal esta obstruida. Las bandas dealta frecuencia estarn muy afectadas si no hay visin directa. Unacombinacin de altas frecuencias con frecuencias ms bajas puede dar unabuena indicacin de la obstruccin real del vano.

En algunos casos se utilizan altmetros para comprobar obstrucciones oelevaciones del terreno entre emplazamientos. Pueden utilizarse para reasllanas sin torres, por ejemplo.

- Clasificacin de los vanos

El modelo de prediccin de un sistema utiliza diferentes tipos declasificacin de vanos para mejorar su exactitud. Para conseguir la mejorprediccin, debe llevarse a cabo una clasificacin correcta del vano. Seutilizan las siguientes clases:

Vanos terrestres:

Terreno liso / altitud baja (0 - 400m)Terreno accidentado / altitud baja (0 - 400m)Terreno liso / altitud media (400 - 700m)Terreno accidentado / altitud media (400 - 700m)Terreno liso /altitud alta (>700m)Terreno accidentado / altitud alta (>700m)Terreno montaoso / altitud alta (>700m)

La altitud se refiere a la altitud de la antena ms baja de entre las dosantenas.

Enlaces costeros o vanos por encima del agua:

Vanos cercanos /encima de grandes masas de aguaVanos cercanos /encima de masas de agua de mediano tamao

Ver captulo 9.2.1.2 Nuevo mtodo de prediccin (pgina 71) para msdetalles.


- Condiciones de propagacin

Las condiciones de propagacin dependen de las condiciones atmosfricastanto en el rea como tambin en el vano.Adems de la clasificacin del vano, se deben tener en cuentaobservaciones particulares del terreno. reas de terreno pantanoso lisocomo campos de arroz u otras superficies claramente reflectoras deberansituarse con exactitud para que potenciales reflejos nocivos puedan serdetectados y posiblemente evitados. Deberan anotarse reas desrticas ovanos paralelos al litoral, por supuesto en reas llanas y clidas. Vercaptulo 9.2.1.2 (Nuevo mtodo de prediccin) para ejemplos declasificaciones de vano y consideraciones relacionadas con la realizacinde predicciones.

- Probabilidades de interferencia de frecuencias

La posibilidad de existencia de interferencia de frecuencias puedecomprobarse utilizando una antena de bocina, un amplificador de bajoruido y un analizador de espectros. Las seales de microondas existentesen la banda de frecuencias en estudio, pueden ser recogidas y en base a laintensidad y direccin de las seales. es posible calcular los niveles deinterferencias. En caso de no disponer de estaciones o torres para larealizacin de estas medidas, se podra disponer en caso necesario deenerga y torres provisionales para dichos propsitos.

- Investigaciones del suelo

Puede ser necesario hacer pruebas del suelo con el fin de averiguar sunaturaleza para la cimentacin de las torres. Esto es importante all dondepudiera haber arcilla o niveles muy altos de agua, ya que podra requerirseuna cimentacin sobre pilares. Tambin es importante la naturaleza delsuelo en terrenos rocosos.

- Infraestructura en el rea

La presencia de energa elctrica comercial en el rea es importante paralas nuevas estaciones. Se comprobar la distancia a las lneas de energa.Tambin se comprobarn las distancias desde las carreteras a losemplazamientos y la posibilidad de construir nuevas carreteras de acceso.En caso de modificacin o expansin de los sistemas existentes, elreplanteo de campo tiene algunos puntos adicionales que son importantesde comprobar. Normalmente se utiliza una lista de chequeo, y se dibuja unesquema del emplazamiento:


Tipo de construccin: Cemento, madera, refugio prefabricado.Material utilizado en techos, paredes y suelo.Medidas de salas, altura del techo.Espacio para nuevo equipamiento en la sala de equipos.Cmo fijar guiaondas y cables a paredes y techo.Pasamuros de salida de guiaondas a travs de la pared, etc.Se requiere un nuevo secador de aire para las guiaondas?Energa disponible (AC - DC).Capacidad de las bateras existentes. Se necesitan nuevas bateras?Puede utilizarse una torre existente?Distancia desde la construccin a la torre.Cmo instalar las guiaondas en el exterior con seguridad.Espacio en la torre para las nuevas antenas a la altura correcta.Comprobar el sistema de tierra para la torre y la estacin.Posibles problemas de interconexin con el equipo existente.Posibles problemas de interferencias con el equipo existente.

4.2 Equipo necesario para un replanteo

La siguiente lista de equipos es la tpica para un replanteo de microondas yse puede utilizar siempre o en algunos casos.Mapas en escala 1 : 50 000 o mejorCmara, en algunos casos se usa la cmara digitalPrismticosBrjulaAltmetroTermmetroEspejos de sealizacinEquipo porttil de radio-comunicacinCinta mtricaEquipo de posicionamiento por satlite (GPS)TeodolitoAntenas de bocinaAmplificador de bajo ruidoAnalizador de espectroOrdenador personal porttilWalkie-talkie o telfono celular (verificar cobertura).


4.3 Informe del replanteo

Una vez concluido el replanteo de campo, generalmente se preparar uninforme del mismo.

Este informe puede incluir lo siguiente : Descripcin del sistema Descripcin del emplazamiento y planos Altura de antenas y torres Perfiles de los vanos Clculos del funcionamiento del sistema Planes de frecuencia Fotografas

4.4 reas con dificultad para enlaces de microondas

En lo que a los enlaces de microondas se refiere, algunas reas son mscomplicadas que otras, y las razones pueden ser las condicionesatmosfricas u otras razones dependientes del vano.

- Vanos por encima del aguaSiempre dificultosas debido a las reflexiones martimas, con un altocoeficiente de reflexin.La probabilidad de conduccin es tambin alta. Se pueden evitar lasreflexiones mediante la seleccin de emplazamientos que estn protegidosde los rayos reflejados.

- Pantanos y campos de arrozPueden causar fuertes reflexiones en la tierra. La probabilidad dedesvanecimiento por multitrayecto es alta. Las condiciones de propagacinpueden ser diferentes en distintos momentos del ao. El perodo crtico esla estacin de lluvia (monzn).

- reas desrticasPuede causar reflexiones en la tierra, aunque la arena no tiene un altocoeficiente de reflexin. La ms crtica es la alta posibilidad dedesvanecimiento por multitrayecto y la conduccin debida a las grandesvariaciones e inversiones de temperatura.

- reas costeras calientes y hmedasAlta probabilidad de conduccin.

30 5. Objetivos de calidad y disponibilidad

Capitulo

5. Objetivos de calidad y disponibilidad

5.1 Introduccin

La definicin de una red de distintos sistemas microondas se basa en elcumplimiento de los objetivos de calidad y disponibilidad.

Estos objetivos estn recomendados por ITU-T y ITU-R, segninformacin encontrada en las Recomendaciones ITU-T. G.801 [1], G.821[2] y G.826 [3].

Los objetivos en G.821 son requisitos para la Red Digital de ServiciosIntegrados (RDSI) y se aplican a cada sentido de una conexin a 64 kbit/s.Para medidas a velocidades de bit mayores, la calidad puede ser estimadade acuerdo con ITU-T Rec. G.821, Anexo D. Las formulas sonprovisionales, y sern sustituidas por G.826.

5.1.1 Resumen de objetivos ITU

En la tabla 1 se ofrece un breve resumen de los objetivos ITU parasistemas de radioenlaces.

5. Objetivos de calidad y disponibilidad 31

~ Grado alto

~ Medium grade Class 1

Class 2

Class 3

Class 4

~ Local grando

~ Parte internacional Pas terminal

Pas intermedio

~ Parte nacional Seccin de largo recorrido

Seccin de corto recorrido

Seccin de acceso

G.821 G.826

Tabla 1 Resumen de los objetivos ITU

5.2 Objetivos basados en ITU-T G.821

5.2.1 Objetivos de calidad

5.2.1.1 Algunas definiciones

Las recomendaciones ITU contienen un nmero de definiciones yabreviaciones que necesitan ser definidas. Vase tambin el apndice E(pgina 186) para un listado completo de abreviaciones utilizadas en estelibro.

ISDN Red Digital de Servicios Integrados(RDSI)

Servicios de voz, datos u otros servicios podrn usar esta red.

HRX Conexin Ficticia de Referencia(XFR)

ste es un modelo para una conexin internacional distante,27.500 Km. Ver figura 18. No representa el peor caso perodebe incluir la mayora de las situaciones reales. El XFRincluye sistemas de transmisin, equipamiento de multiplexadoy de conmutacin.

HRDL Enlace Digital Ficticio de Referencia(EDFR)

Esto es lo mismo que:


HRDP Vano Digital Ficticio de Referencia

(VDFR) El HRDL es para sistemas de lneas fundamentalmente y elHRDP es para sistemas de radioenlace.

El HRDP para sistemas de radioenlace digital de Grado alto esde 2500 Km. y no incluye equipo de conmutacin. Para definirlos objetivos de calidad de enlaces reales, el HRDP es divididoen secciones ms pequeas. Ver Figura 18.

HRDS Seccin Digital Ficticia de Referencia(SDFR)

Los HRDS representarn longitudes de seccin cercanas a lasque se encuentran en redes reales. El modelo no incluye ningnotro equipo digital, como multiplexores/demultiplexores. Ladistancia para un HRDS puede ser de 280 Km. 50 Km. ypuede tener diferentes clasificaciones de calidad. Ver Figura18.

SES Segundos severamente errneos

Una tasa de error (BER) de 10 -3 se mide con un perodo deintegracin de un segundo. Un BER de 10 -3 indica el punto enel que la seal es inaceptable para la mayora de los servicios.

DM Minutos Degradados

Un BER de 10 -6 se mide con un perodo de integracin de unminuto.

ES Segundos Errneos

Un ES es un segundo que contiene al menos un error. Un ESpuede ser el resultado de otras causas diferentes aldesvanecimiento.

RBER BER Residual

El RBER en un sistema se calcula midiendo el BER durante unmes utilizando un perodo de integracin de 15 min.,descartando el 50% de intervalos de 15 min. que contienen laspeores medidas del BER, y cogiendo los peores valores deentre las medidas restantes. El mtodo es provisional.


5.2.1.2 Objetivos

Los objetivos de calidad estn separados de los objetivos de ladisponibilidad. El sistema se considera indisponible cuando el BER es msalto que 10 -3 durante 10 (o ms) segundos consecutivos. Este perodo detiempo debera ser excluido cuando sea estudiada la calidad del sistema.

Los objetivos de calidad para enlaces digitales reales se dividen endiferentes niveles. Ver figura 18. stas son: "Grado alto" , "Grado medio"y "Grado local". La asignacin del objetivo de Grado alto se consideraproporcional a la distancia entre 2500 Km. y 280 Km., mientras que paralas calidades media y baja se consideran bloques de asignaciones. Laadministracin del pas correspondiente debera decidir que tipo de calidadutilizar para los objetivos del proyecto.

Los objetivos de calidad para un HRX estn descritos en ITU-T Rec.G.821. [2]

SES BER no debera exceder 10-3 durante ms de un 0.2% de losintervalos de un segundo en cualquier mes.

DM BER no debera exceder 10-6 durante ms de un 10% deintervalos de un minuto en cualquier mes.

ES Menos de un 8% de los intervalos de un segundo deberantener errores.

SES

La distribucin total de 0.2% se divide como sigue:

Un 0.1% es dividido entre las tres clasificaciones

Clasificatin ObjectivosGrado alto 0.04%Grado medio 0.015% del margen global a cada extremoGrado local 0.015% del margen global a cada extremo

Entonces el total es 0.04% + 2 x 0.015% + 2 x 0.015% = 0.1%. Ver figura18.


El 0.1% restante es un bloque de tolerancia de las secciones de alta y mediacalidad. Eso es un 0.05% para cada 2500 Km. HRDP.

DMLas distribuciones del 10% de las tres clasificaciones son como se muestraen el ITU-T Rec. G.821, Anexo C [2].

Grado alto Grado medio Grado local4.0% 2 x 1.5% 2 x 1.5%

ES

Las distribuciones del 8% de las tres clasificaciones son como se muestraen el ITU-T Rec. G.821, Anexo C [2].

Grado alto Grado medio Grado local3.2% 2 x 1.2% 2 x 1.2%

5.2.2 Objetivos de disponibilidad

El ITU-T no ha establecido objetivos de disponibilidad para un HRX.

Los objetivos de disponibilidad para un HRDP se pueden encontrar enITU-R Rec. 557. [5]

Un HRDP se considera indisponible cuando una o cada una de lassiguientes condiciones se producen durante ms de 10 segundosconsecutivos:

- la seal digital es interrumpida.- - el BER en cada segundo es peor que 10-3.


Se excluye la indisponibilidaddel equipo mltiplex. El ITU-Testablecer objetivos paraestos tipos de equipamiento.El objetivo de indisponibilidaddebera ser dividido por unaparte para efectos del equipoy por otra parte para los efectosde propagacin. El tamao delas dos secciones depende mso menos de las diferentesadministraciones o de losdiseadores de los recorridos, aunque algunas administraciones estnutilizando un 30% - 50% para fallos por la lluvia.

El objetivo de disponibilidad para un HRDP de 2500 Km. debera ser un99.7% del tiempo, siendo este porcentaje un tiempo suficientemente largo.El perodo es probablemente para ms de un ao, pero est bajo estudio. Elobjetivo de indisponibilidad es entonces de un 0.3%.

5.2.3 Clasificacin de circuitos

Los objetivos para las diferentes clasificaciones de circuitos se presentancomo objetivos de disponibilidad y calidad para los circuitos de "Gradoalto", "Grado medio" y "Grado local".

5.2.3.1 Circuitos de Grado alto

El 0.04% de SES se reduce a 0.004% para un HRDP de 2500 Km. Ademshay una tolerancia de un 0.05% para el HRDP para cubrir las condicionesde propagacin adversas.

El objetivo de SES ser entonces: 0.05% + 0.004% = 0.054%

El 4.0% de DM se reduce a 0.4% para un HRDP de 2500 Km.

El 3.2% de ES se reduce a 0.32% para un HRDP de 2500 Km.

lluvia

Indisponibilidad por lluvia

Equipos&

actividadhumana

Se puede decir que


Los objetivos ITU-R de circuitos reales describen las longitudes delsistema entre 280 Km. y 2500 Km. Ver ITU-R Rec. 594 [6] y ITU-R Rec.695 [27]. Estn basados en el HRDP, y se pueden escalar a un mnimo de280 Km. Ver ITU-R Rec. 634 [24]. Los objetivos de calidad paradistancias menores que 280 Km. estn an bajo estudio.

Los objetivos son:

SES BER>10-3 para no ms del (L/2500) . 0.054% de cualquier mes, tiempo de integracin 1 s.

DM BER>10-6 para no ms del (L/2500) . 0.4% de cualquier mes,tiempo de integracin 1 min.

ES Segundos errneos para no ms del (L/2500).0.32% decualquier mes.

RBER RBER< (L.5.10-9)/2500

Disponibilidad A = 100 - (0.3.L/2500) %

Cuando se calcula los DM, deberan ser excluidos los segundos cuandoBER>10 -3 (SES).

Vano del canal de Bristol

Los objetivos a baja escala para la distancia de 58.65 Km. del vanoIlfracombe - St. Hilary son:

SES - 0.001267 % ; segundos en el peor mes.

DM - 0.009384 % - 0.001267 % = 0.008117 % ; 3.5 minutos en el peor mes.

ES - 0.007507 % ; 195 segundos en el peor mes.

RBER - 1.2.10-10

A - 99.993 % ; indisponible menos de 36 minutos al ao


5.2.3.2 Circuitos de Grado medio

Los objetivos de Grado medio deben ser utilizados en redes nacionales,normalmente entre la central local y el centro internacional deconmutacin. Sin embargo , esto depende mucho del tamao del pas y eltamao de las redes en ese pas.

De acuerdo con el ITU-T Rec. G.821 [2] se permiten el Grado local y elGrado medio para cubrir completamente los primeros 1250 Km. delcircuito desde el punto de referencia T [7] extendindose dentro de la red.Ya que la longitud de la parte de Grado local es normalmenteinsignificante, la longitud mxima de la parte de Grado medio es deaproximadamente 1250 Km.

La parte de Grado medio tiene 4 clasificaciones de calidad. Ver tabla en lafigura 18. La clase 1 corresponde a la clasificacin de Grado alto perotambin puede ser utilizada para una clasificacin de Grado medio. Lasotras tres se aplican slo a Grado medio. Los objetivos de la Grado mediopara el total de las partes de Grado medio en cada extremo de un HRX sepueden encontrar en ITU-R Rec. 696 [8]. Los comentarios se encuentranen ITU-R Informe 1052 [9].

Para SES el objetivo era 0.015% con una tolerancia adicional de 0.05%.Esto es, un 0.025% para cada lado. El total es 0.04%

Para DM y ES no hay tolerancias adicionales. Los objetivos son:

Que el BER no sobrepase 10-3 en ms de un 0.04% de cualquier mes conun tiempo de integracin de 1 s.Que el BER no sobrepase 10-6 en ms de un 1.5% de cualquier mes conun tiempo de integracin de 1 min.El total de segundos errneos no deberan sobrepasar el 1.2% de ningnmes.

Para un HRDS el ITU-R Rec. 696 [8] ha elaborado una tabla de diferentesclasificaciones y objetivos. Estas figuras se utilizarn para longitudesmenores a estas distancias.


Porcentaje de cualquier mesParmetros de calidad Clase 1

280 kmClase 2280 km

Clase 350 km

Clase 450 km

BER>103 0.006 0.0075 0.002 0.005BER>106 0.045 0.2 0.2 0.5Segundos errneos 0.036 0.16 0.16 0.4RBER 5.6 x 10-10 Bajo

estudioBajoestudio

Bajoestudio

Indisponibilidad 0.033 0.05 0.05 0.1

Si un sistema tiene una mezcla de clasificaciones diferentes debeasegurarse que el objetivo global para Grado medio no sea sobrepasado.

5.2.3.3 Circuitos de Grado local

La parte de Grado local del HRX representa la parte entre el abonado y lacentral local. Este puede ser un sistema de punto-punto o de punto-multipunto, a menudo de sencillo y diseo rentable. Los objetivos decalidad para Grado local pueden encontrarse en ITU-R Rec. 697 [10] ycomentarios en ITU-R Informe 1053 [11].

Los objetivos de indisponibilidad para circuitos de Grado local no han sidoan establecidos por el ITU-T o el ITU-R. Los objetivos de calidad son lossiguientes:

El BER no debera sobrepasar 10-3 en ms de un 0.015% en ningn mescon un perodo de integracin de 1 s.

El BER no debera sobrepasar 10-6 en ms de un 1.5% en ningn mes conun perodo de integracin de 1 min.

El total de segundos errneos no debera sobrepasar el 1.2% de ningnmes.


Figura 18 Vano hipottico de referencia, metodologa distribuida G.821

5.6 Objetivos basados en G.826 y G.827

La recomendacin de ITU-T G.826 [3] especifica parmetros de calidad yobjetivos para vanos internacionales digitales por encima del ratioprimario. Estas vanos pueden basarse en PDH, SDH o en otros transportesde red. Los futuros sistemas de radioenlace, que formarn parte de estosvanos, tienen que ajustarse a esta recomendacin. Generalmente el G.826especifica objetivos de calidad ms rigurosos que el G.821 [2].

La recomendacin G.827 [4] de ITU-T especifica parmetros y objetivosde disponibilidad de vanos internacionales digitales por encima del ratioprimario. La versin de 1996 de esta recomendacin no especifica figurasde disponibilidad, sino que slo especificaba definiciones. Todos losparmetros estn an bajo estudio, y consecuentemente no pueden incluirsefiguras en este libro de texto.

5.6.1 Objetivos de calidad

5.6.1.1 Algunas definiciones

La mayor diferencia entre G.826 y G.821 es que G.826 utiliza bloques enlugar de bits como en G.821. Consecuentemente las definiciones siguientesse basan en errores de bloques y no en errores de bits.

1250 km 25 000 km 1250 km

27 500 km

LE LEPunto dereferencia T

GradoLocal

GradoMedio

GradoAlto

GradoMedio

GradoLocal

Punto dereferencia T


Bloque Un bloque es un conjunto de bits consecutivos asociados conel vano; cada bit pertenece a uno y solamente a un bloque.Un bloque con error (EB) es un bloque en el cual uno o msbits asociados a l tiene algn error.

Bloque conerror (EB)

Un bloque en el cual uno o ms bits tienen un error.

Segundocon error(ES)

Un perodo de un segundo con uno, o ms de un bloqueerrneo. El SES definido ms abajo es un subconjunto deES.

Segundocon errorsevero(SES)

Un perodo de un segundo que contiene 30% de bloqueserrneos o al menos un perodo severamente alterado (SDP).

Error debloque defondo(BBE)

An bloque con error que no se produce como parte de unSES.

5.6.1.2 Parmetros

Relacin desegundoerrneo(ESR)

La relacin entre ES y el nmero total de segundos detiempo disponible durante un intervalo fijo de medida.

Relacin desegundosseveramente errneos(SESR)

La relacin entre SES y el nmero total de segundos detiempo disponible durante un intervalo fijo de medida.

Relacin deerror debloque defondo(BBER)

La relacin entre el nmero de bloques con error y el nmerototal de bloques durante un intervalo fijo de medida,excluyendo todos los bloques durante el SES y tiempoindisponible.


5.6.1.3 Objetivos de calidad

RelacinMb/s

1.5 a 5 >5 a 15 >15 a 55 >55 a 160 >160 a 3500

Bits/bloque 800-5000 2000-8000 4000-20 000 6000-20 000 15 000-30 000 Nota 2ESR 0.04 0.05 0.075 0.16 Nota 3SESR 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002BBER 2.10-4 Nota 1 2.10-4 2.10-4 2.10-4 10-4

Nota 1 Para sistemas diseados antes de 1996, el objetivo el BBER es 3 10-4.Nota 2 Ya que no se espera que las tasas de error disminuyan de manera espectacular a

medida que la velocidad del bit de los sistemas de transmisin crezca, los tamaosde bloque (en bits) utilizados para la evaluacin de vanos de muy alta velocidad debit deberan de estar comprendidas entre 15000 y 30000 bits/bloque. El preservar untamao fijo de bloque para vanos con velocidades de bit muy elevadas tiene comoconsecuencia unos objetivos de BBER y SESR relativamente constantes para esosvanos.

Como ya se defini, VC-4-4c (Recomendacin G.709) es un vano a 601 Mbit/s conun tamao de bloque de 75168 Bits/bloque. Ya que esto excede al tamao mximode bloque recomendado para un vano de esta velocidad, los vanos VC-4-4c nodebern calcularse utilizando esta tabla. El objetivo para el BBER de un VC-4-4cutilizando un tamao de bloque de 75168 suele ser cercano a 4.10 -4 . No existenactualmente vanos definidos para velocidades de bit mayores que los de VC-4-4c(>601 Mbit/s). Las secciones digitales se definen para velocidades de bit mayores yms abajo se puede encontrar una gua para la evaluacin del funcionamiento desecciones digitales FO.

Nota 3 Debido a la falta de informacin en el funcionamiento de vanos operando a ms de160 Mbit/s, por el momento no se recomiendan objetivos ESR. No obstante, elprocesamiento ESR debe ser implementado en las medidas de tasa de error de losdispositivos operando a estas velocidades para temas de mantenimiento o demonitorizacin Para vanos operando a velocidades de hasta 601 Mbit/s se proponeun objetivo ESR de 0.16. Este valor requiere un posterior estudio.

Tabla 2 Objetivo de calidad extremo a extremo para un vano digitalinternacional de 27.500 km en o por encima del ratio primario.

Figura 19 Vano hipottico de referencia, metodologa distribuida G.826

PEP IG IG IG IG IG PEP

27 500 km

IG = International Gateway PEP = Path End Point

Pais determinacion

Pais deIntermedios

ZonaNacional

EntrePaises(p.e. vanotranspor-tadosobre uncablesub-marino)

Pais determinacion

ZonaNacional

Zona Internacional

Vano hipotetico de referencia

(Puerto Internacional) (Punto final del vano)


Los objetivos de funcionamiento para sistemas de radioenlace comoportadores para los segmentos internacional y nacional se definenseparadamente por las recomendaciones de la ITU-R.

5.6.1.3.1 Segmento Internacional para radioenlaces

La Recomendacin F.1092-1 [25] de la ITU-R define el objetivo decalidad para un vano digital a velocidad de bit constante a, por encima,del ratio primario transportado por sistemas digitales de radioenlace quepueda formar parte de una porcin internacional de un vano hipottico dereferencia de 27500km. Los objetivos estn basados en el conjunto derecomendaciones dadas en ITU-T G.826, pero adaptadas a sistemas deradioenlace con longitudes de referencia de aproximadamente 1000 Km.

Velocidad(Mbit/s)

1.5 a 5 >5 a 15 >15 a 55 >55 a 160 >160 a 3500

Relacin desegundoserrneos

0.04x(FL+BL) 0.05x(FL+BL) 0.075x(FL+BL) 0.16x(FL+BL) Under study

Relacin desegundosseveramenteerrneos

0.002x(FL+BL)

Relacin deerror debloque defondo

2x10-4x(FL+BL) *)

2x10-4x(FL+BL)

*) Para sistemas diseados antes de 1996: 3x10-4

Factor de distancia asignado FL = 0.01 x L / 500 L(km) ~ 500 km

Factor de bloque permitidopases intermedios

BL = BR x 0.02 (L / Lref)BL = BR x 0.02

for Lmin < L Lreffor L > Lref

Factor de bloque permitidopases terminales

BL = BR x 0.01 (L / Lref/2)BL = BR x 0.01

for Lmin < L Lref/2for L > Lref/2

Velocidad de bloquepermitido

0 < BR 1 BR = 1 (bajo estudio)

Longitud de referencia Lref = 1000 km (provisionalmente)

Tabla 3 Objetivos de calidad para sistemas de radioenlace que forman partede un vano digital internacional a, sobre, el ratio primario.

El objetivo de funcionamiento para cada direccin de un enlace real deradio puede ser calculado de acuerdo con ITU-R F.1397 [51]. El valor


dado en la parte superior de la tabla 3 se debe multiplicar por la relacin LLLink donde LLink es la longitud real del vano (Enlace L 50 Km.) y L es lalongitud del sistema redondeada a los 500 Km. ms cercanos. Por ejemplo,el objetivo para los segundos severamente errneos es de 10 SES/mes paraun enlace de 50 Km.

5.6.1.3.2 Segmento Nacional para radioenlaces

La recomendacin ITU-R F.1189-1 [26] define Los objetivos de calidadpara trayectorias digitales de velocidad de bit constante en o sobre el ratioprimario transportadas por sistemas de radioenlaces digitales que puedenformar parte de la porcin nacional de un vano hipottico de referencia de27 500 Km. Los objetivos estn basados en la recomendacin global deITU-T G.826, pero adoptados en sistemas de radioenlace.

Velocidad(Mbit/s)

1.5 a 5 >5 a 15 >15 a 55 >55 a 160 >160 a 3500

Relacin desegundoserrneos

0.04xZ 0.05xZ 0.075xZ 0.16xZ En estudio

Relacin desegundosseveramenteerrneos

0.002xZ

Relacin deerror debloque defondo

2x10-4xZ *)

2x10-4xZ 1x10-4xZ

*) Para sistemas diseados antes de 1996: 3x10-4

Seccin de trayectolargo Z = A A = A1 + (L/500) A1 = 1 - 2 %

Seccin de trayectocorto Z = B

nicamente asignadosbloques fijos B = 7.5 - 8.5 %

Seccin de acceso Z = Cnicamente asignados

bloques fijos C = 7.5 - 8.5 %

A1% + B% + C% 17.5% and 15.5% B% + C% 16.5%

Tabla 4 Objetivos de calidad de sistemas de radioenlace que forman partede una trayectoria digital nacional en o sobre el ratio primario.

44 6. Antenas

Capitulo

6. Antenas

La antena parablica es la antena ms comnmente utilizada en sistemas deradioenlace por microondas. Este captulo introducir los parmetros deantena ms importantes desde el punto de vista de la propagacin. Tambinse incluye una breve introduccin a los repetidores pasivos al final de estecaptulo.

6.1 Parmetros de la antena

Los parmetros de la antena son muy importantes para el funcionamientoglobal del sistema. Los parmetros ms importantes de la antena desde elpunto de vista de la propagacin son:

Ganancia Relacin de Onda Estacionaria (ROE)

Niveles de lbulo lateral y posterior

Discriminacin de la polarizacin cruzada

Anchura de emisin Estabilidad mecnica

6. Antenas 45

6.1.1 Ganancia de antenaLa ganancia de una antena parablica (referido a un radiante isotrpico) sepuede aproximar a

25)

2

4log10 AGanancia [dBi]

donde

= eficiencia de apertura(tpica 0.5 - 0.6)

A = rea de apertura m2

= longitud de onda [m]

Esta frmula puede ser reescritautilizando como parmetros el dimetrode antena D [m] y la frecuencia f [GHz]

(tomando = 0 55. ):

26) ( )fDGanancia + log208.17 [dBi]

Las formulas 25) y 26) slo son vlidas para distancias lejos de la antena.La ganancia ser menor en la cercana, y puede obtenerse del fabricante dela antena. La distancia transversal entre el campo cercano y el lejano esaproximadamente:

27) dD f

f

2

0 3. [m]

Esto da un comportamiento de campo lejano en una distancia mayor que180m para una antena de 3m a 6 GHz.

Ganancia de antena tpica

Frecuencia [GHz]

20

25

30

35

40

45

50

2 4 6 8 10 12 14 16 18

0.6 m

1.2 m

2.0 m3.0 m3.7 m4.6 m

Gan

anci

a (d

Bi)

46 6. Antenas

Figura 20 Definiciones de campo cercano y lejano

6.1.2 ROE

La relacin de onda estacionaria es importante para sistemas de altacapacidad con rigurosos objetivos de linealidad. Para evitar interferenciaspor intermodulacin el ROE se debera minimizar para estos sistemas. Lasantenas estndar tienen tpicamente un ROE dentro del rango de 1.06 a1.15. Las antenas de alto rendimiento (antenas de bajo ROE) tienen unROE en el rango de 1.04 a 1.06 (tpicamente).

6.1.3 Niveles de lbulo lateral y posterior

Los niveles de lbulo lateral y posterior son parmetros importantes en lasplanificaciones de frecuencia y en clculos de interferencias. Niveles bajosdel lbulo lateral y posterior hacen posible un uso del espectro defrecuencias ms eficiente. Los niveles de lbulo lateral y posterior sonespecificados (en el campo lejano) en los patrones de envolvente deradiacin. La relacin frente-atras da una indicacin de los niveles delbulo posterior para ngulos tpicamente ms grandes que 90 grados.Tpicamente la relacin frente-atras se incrementa al incrementar lafrecuencia y tambin al aumentar el dimetro de la antena.

R

= +

>

2 5. , el repetidor pasivo est en campo lejano de la antena mscercana, y la frmula 32) es vlida. [34]

6.2.2 Antenas espalda espalda

El uso de antenas espalda-espalda es prctico cuando el ngulo dereflexin es grande. La ganancia de un repetidor con antenas espalda-espalda viene dada por:

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

5 7 9 11 13 15 17 19

Limites campo cercano (km)

Frecuencia (GHz)

52 6. Antenas

35) G G A GR A c A= +1 2 [dB]

donde

GA1es la ganancia en dB de una de lasdos antenas del repetidor

GA2 es la ganancia en dB de la otraantena del repetidor

Ac es la prdida por acoplamiento(guiaondas, etc.) en dB entre las antenas

53

Capitulo

7. Clculo de potencia recibidaPara estimar el funcionamiento de un sistema radioenlace hay que prepararun estudio de potencia recibida. La diferencia entre el nivel de recepcinnominal y el nivel de umbral de radio, el margen de desvanecimiento, es elprincipal parmetro en el modelo de prediccin del funcionamiento.

7.1 Prdidas en espacio libre

Considerar una potencia radiada P desde un radiador isotrpico en elpunto A (figura 24). El total de potencia radiada a travs de la esfera es P.Por geometra, la densidad de la potencia p en el punto B es

36) pPd

4 2

donde d es el radio de la esfera (o la distancia transmisor-receptor) Laenerga mxima radiada desde una fuente puntual es (Maxwell)

37) P f

12

donde f es la frecuencia de la radio.

54 7. Clculo de potencia recibida

Consecuentemente la potencia recibida en Bes proporcional a

38) P f d

12 2

Esta relacin proporciona la frmula deespacio libre (expresada en dB)

39) ( )fdLfs += log2045.92donde Figura 24 Energa radiada

a travs de una esferad longitud de la trayectoria en Km.

f - frecuencia en GHz

7.2 Atenuacin atmosfrica

En frecuencias ms altas, sobre unos 15 GHz, la atenuacin debida a losgases atmosfricos se aadir a la prdida total de propagacin de un vanode radioenlace. La atenuacin en un vano de longitud d (km) se da en

40) A da a= dB

donde

d - longitud de la trayectoria en Km

a - atenuacin especfica [dB/Km] se da en ITU-R Rec. P.676 [19] el cualdefine la atenuacin por gases atmosfricos

La atenuacin es debida a la absorcin del vapor de agua no condensado yal aire y la atenuacin especfica viene dada por a (dB/Km). Tanto elvapor de agua como el aire tienen varias lneas de absorcin en lasregiones centimtrica y milimtrica. Consecuentemente, hay frecuenciasdonde ocurre una alta atenuacin las cuales estn separadas por bandas defrecuencia donde la atenuacin es substancialmente ms baja. Laatenuacin por vapor de aire y por agua se suman y las frmulas de larecomendacin de ITU-R P.676 apndice 2 para una estimacin

Esfera A

B

d

7. Clculo de potencia recibida 55

aproximada de la atenuacin especfica a a= aire + vapor son vlidas amenos de 57 GHz.

41) ( ) airt

p t p tp t

rf r r f r r

f r r=+

+ +

7 270 351

7 557 2 44

102 2 2 2 2 52 2 2 3.

..

.

42)

( )( ) ( )

vapourt

t

p p t

t

p t

t

p t

p t

r rr f r r

rf r r

rf r r

f r r= + + +

+

+ +

+ +

3 27 10 1 67 10 7 7 10 3 7922 235 9 81

11 73183 31 1185

4 01325153 10 44

10

2 37

42 2

2 2 2 2

2 4

. . . .. .

.. .

.. .

donde f es la frecuencia en GHz, rp=p/1013, Rt=288/(273+t), p es presinen hPa (= mbar), t es la temperatura en Celsius y p es agua en (g/m3). En elcaptulo 2 se formul el clculo de la presin del vapor de agua basado enla humedad relativa en porcentaje H. Utilizando la formula

43) =216 7. e

T

la presin del agua puede convertirse a (g/m3). T es la temperatura enKelvin y e es la presin del vapor de agua en hPa.

La figura 25, que presenta la atenuacin especfica en el rango de 15 a 50GHz muestra claramente cmo la atenuacin debida al vapor del agua espredominante por debajo de los 40 GHz. La atenuacin especfica es mssusceptible a cambios en . El valor =7.5 g/cm3 utilizado en la figura esel valor para la atmsfera estndar. Los valores reales del mundo puedenser encontrados en la recomendacin de ITU-R P836-1 [20].

Cerca de los 60 GHz, muchas lneas de absorcin de oxgeno se mezclanentre s, a la presin del nivel del mar, para formar una nica y ancha lneade absorcin. Consecuentemente, en frecuencias de este rango, slo puedenrealizarse vanos de longitudes muy cortas. Ver la recomendacin ITU-RP.676 [19] para ms detalles.

56 7. Clculo de potencia recibida

Figura 25 Atenuacin atmosfrica especfica

7.2 Estudio del enlace

La figura 26 muestra un sistema de transmisin/recepcin que puedeutilizarse como un modelo simplificado de un sistema de radioenlace.

Figura 26 Sistema transmisor/receptor

Atenuacion especifica debida a los gases atmosfericos P=1013 hPa T=15C rho=7.5 g/m3

0.001

0.01

0.1

1

15 20 25 30 35 40 45 50

Frecuencia [GHz]

Ate

nuac

ion

espe

cific

a [d

B/k

m]

aire seco

vapor de agua

Aire seco +vapor de agua

Rx

feeder feeder

60

30

0

-30

-60

-90

Margen de Desvanecimiento

Imbral receptor

Niv

el d

e po

ten c

i a (d

Bm)

7. Clculo de potencia recibida 57

Para poder determinar el nivel de entrada nominal y el margen dedesvanecimiento en un vano dado, se puede utilizar el ejemplo deconfiguracin del "Vano del canal de Bristol". Si se define la potencia desalida del transmisor excluyendo la prdida del filtro del canal, esta prdidadebera sustraerse en los clculos. Lo mismo se aplica al receptor. Lasprdidas por derivaciones se definen como las prdidas totales dederivacin para el vano. La diferencia entre el nivel de recepcin nominaly el nivel de umbral del receptor es conocido como margen dedesvanecimiento.

La trayectoria del canal de Bristol (7.5 GHz)

El estudio del enlace para el vano Ilfracombe - St. Hilary es elsiguiente:

Parmetro Valor UnidadPotencia de salida del transmisor + 26.0 dBmPrdidas en guia-onda del transmisor 1.6 dBPrdida de derivacin (Tx/Rx) 1.2 dBGanancia de la antena transmisora 42.8 dBPrdidas de espacio libre 145.5 dBGanancia de la antena receptora 42.8 dBPrdidas en guia-onda del receptor 1.2 dBNominal input level Nominal input level - 37.9 dBUmbral del receptor - 82.0 dBmMargen de desvanecimiento 44.1 dB

La prdida atmosfrica es insignificante a 7.5 GHz, pero por ejemplo a 38GHz debera ser tomado en consideracin como se muestra abajo.

Enlace de acceso (Vano de 5 Km. a 38 GHz)

Parmetro Valor UnidadPotencia de salida del transmisor + 18.0 dBmGanancia de antena del transmisor 38.0 dBPrdidas de espacio libre 138.0 dBPrdidas atmosfricas 0.5 dBGanancia de la antena del receptor 38.0 dBNivel nominal de recepcin - 44.5 dBUmbral del receptor - 80.0 dBmMargen de desvanecimiento 35.5 dB

Capitulo

58 8. Precipitacin

8. PrecipitacinLa transmisin de seales de microondas a ms de 10 GHz es vulnerablea la precipitacin. La lluvia, nieve, aguanieve, partculas de hielo y elgranizo pueden atenuar y dispersar seales de microondas y de este modoresultar de validez reducida desde un punto de vista de la calidad delsistema. La energa se atena debido a la radiacin (dispersin) y absorcin(calentamiento).

Para longitudes de onda que sean pequeas en comparacin con el tamaode una gota, la atenuacin debida a la absorcin es ms grande que laatenuacin debida a la dispersin. Para longitudes de ondas grandes encomparacin con el tamao de una gota de agua, la atenuacin debida a ladispersin es ms grande que la atenuacin debida a la absorcin.

8.1 Caractersticas de precipitacin

8.1.1 Precipitacin orogrfica

La precipitacin orogrfica se determina por el terreno en el rea deinters. La sustentacin forzada de aire hmedo por encima de suelos altosda precipitacin cuando se alcanza el punto del roco. La figura 27 muestrauna tpica condicin de tiempo en el oeste de Noruega. El aire hmedoprocedente del mar del norte se acerca al litoral y es empujado hacia arribapor las altas montaas cercanas a la costa. Las nubes tienen un contenidode agua mucho menor tras haber atravesado las montaas y haber llegadoal este de Noruega. Esto se refleja claramente en las estadsticas regionalesde precipitacin de Noruega.

8. Precipitacin 59

Figura 27 Precipitacin orogrfica

8.1.2 Precipitacin convencional

En un da clido de verano, se pueden crear pesadas nubes por la tardedebido a la conveccin de aire hmedo caliente. Estas nubes pueden traerlluvia intensa (granizo) con truenos.

Figura 28 Precipitacin convencional

8.1.3 Precipitacin ciclnica

Caracterizado por una larga escala de movimientos verticales asociadoscon caractersticas sinpticas tales como depresiones y frentes.

Un calidodia deverano

Fuentevientovertical

Direccion delviento dominante

Nube con prequeocontenido de agua

Aire humedoforzado

Punto derocio

60 8. Precipitacin

Figura 29 Precipitac

8.1.4 Tormentas tropicales

En reas tropicales pueden suceder tormeconvectiva en un dimetro de 50 - 20ejemplo tpico. Esta se caracteriza poestratiformes de agua durante varias horavarios cientos de kilmetros.

8.2 Cmo afectan las precipitaciolas ondas

Como hemos mencionado anteriormentea 10 GHz o ms, pueden estar seriamente

La figura 30 muestra un vano deradioenlace donde la zona de Fresnelse llena parcialmente con gotitas delluvia procedentes de un chubasco.Cada gota particular de agua contri-buir a la atenuacin de la sealbuscada. La cantidad de desvaneci-miento depende de la frecuencia dela seal y del tamao de la gota de lluvia.

Las dos principales causas para la ateabsorcin. Cuando la longitud de onda con el tamao de la gota de lluvia, la disp

Pronostico del tiempo: Lluvia, despues

Columna conjuntiva de nubes

Capa denubesestratiforme

aire frio aire caliente chubascosin ciclnica

ntas circulares mviles con lluvia0 Km. La lluvia monzn es unr unas intensas precipitacioness al da y que se extienden sobre

nes a la propagacin de

, las transmisiones de microondas afectadas por las precipitaciones.

nuacin son la dispersin y laes lo bastante grande en relacinersin es predominante. De forma

Figura 30 Chubascps

8. Precipitacin 61

inversa, cuando la longitud de onda es pequea en comparacin del tamaode la gota de lluvia, domina la atenuacin debida a la absorcin.

8.2.1 Dispersin

Ya que las ondas de radio son campos electromagnticos que varan en eltiempo, el campo incidente inducir un momento dipolar en la gota delluvia. El dipolo de la gota de lluvia tendr la misma variacin temporalque las ondas de radio, actuar adems como una antena y re-radiar laenerga. Una gota de lluvia es una antena con una baja directividad y, porlo tanto, re-radiar energa en direcciones arbitrarias provocando unaprdidas de energa en la direccin hacia el receptor.

8.2.2 Absorcin

A medida que la longitud de ondaes pequea en relacin con eltamao de una gota de lluvia, seabsorbe ms y ms energa produ-ciendo calor en la gota de lluvia.Las ondas de radio variarn demasiadoen intensidad de campo sobre la gotacomo para inducir el efecto dipolar.

8.2.3 Atenuacin total por lluvia en un radioenlace

Para calcular el tiempo de corte provocado por la lluvia debemos conocerla cantidad total de gotas de lluvia dentro de la zona de Fresnel as comosus tamaos individuales. La atenuacin se puede calcular utilizando

44) A ND Q D f dD

) ( , )0

Atenuacin calculada para unapartcula de precipitacin a 10 GHz

Para esta frecuencia predomina la dispersion

dB/km/m

Tamao de la gota lluvia [mm]

0.000001

0.00001

0.0001

0.001

0.01

0.1

1

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

planificación de radioenlaces de visibilidad directa (nera)

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