Enlaces de microondas terrestres
Los enlaces de microondas se utilizan para transmitir a estaciones repetidoras que se encuentran separadas entre 32 y 42 kilometros, las antena repetidoras normalmente se encuentran en los techos de edificios y picos de mantañas con el fin de evitar al maximo los obstaculos.
un enlace de microndas se veria de la siguiente forma:
un enlace de microondas es una TX RX no necesariamente fisica en la cual lan antenas son instaladas en areas especificas y generalmente en torres apuntando entre si para grantizar bajas perdidas en la señal.
COMPONENTES
Cadda estacion de comunicacion posee ciertos elementos basicos necesarios para la comunicacion
como se puede observar en el grafico, del lado del TX la señal es modulada y luego pasa por un filtro de banda intermediadonde sepuede seleccionar los componenetes de frecuencia necesarios, luego pasa a un mezclador donde se mezcla con la frecuencia a la cual se quiere transmitir esta esta dada por el oscilador local, y esta en el orden de lo GHz, luego de esto pasa por un sintonizador con el fin de estabilizar la frecuencia y reducir el ruido, por ulti mo la señal es amplificada y llevada a la antena para su transmision.
En el lado del RX la señal pasa por un proceso contrario.
FACTORES QUE CAUSAN PROBLEMAS DE COMUNICACION
Los problemas mas comunes en las comunicaciones son causados por fenomenos naturales como lo son: la lluvia , las tormentas , los huracanes, tornados, rayos o cambies de temperatura, todo esto presenta perdida de la eficacia en la tx y la rx de la señal.
Ademas de esto tambien se presentan fenomenos causados por el hombre como lo son : las lineas de alto voltaje , los campós electromagneticos, otras estaciones de tx , y demas que pueden causar errores de comunicacion, a esto selesuaman otros factores mas comunes pero menos obvios como los arboles, las parvadas de aves y otro obtaculos que ocasionan la perdida de la linea de vista afectando asi el enlace.
ESTABLECER EL ENLACE
Es de gran importancia tener en cuenta la potencia que podemos llegar a utilizar en el enlace puesto que estas es la base de muchos otro detalles.
es necesario calcular la potencia para un enlace punto a punto , el cálculo de ganancias y pérdidas
desde el radio transmisor (fuente de la señal de radio), a través de cables, conectores y espacio libre.
La estimación del valor de potencia en diferentes partes del radioenlace es necesaria
para hacer un buen diseño y elegir el equipamiento adecuado.
Pérdidas en los conectores
Ganancia de antena
Estos valores son teóricos y pueden muy bien diferir de las mediciones tomadas, El término “espacio libre” no es siempre tan “libre”, y las pérdidas pueden ser muchas veces mas grandes debido a las influencias del terreno y las condiciones climáticas. En particular, las reflexiones en cuerpos de agua o en objetos conductores pueden introducir pérdidas significativas. Ver unidad “Física Básica de Radio” para mayor información. Zona de Fresnel
Tomando el 60% nos queda:
Margen y Relación S/N No es suficiente que la señal que llega al receptor sea mayor que la sensibilidad del mismo, sino que además se requiere que haya cierto margen para garantizar el funcionamiento adecuado. 
En condiciones normales sin ninguna otra fuente en la banda de 2.4 GHz y sin ruido de industrias, el nivel de ruido es alrededor de los -100 dBm. 
Los elementos pueden ser divididos en 3 partes principales:
1. El lado de Transmisión con potencia efectiva de transmisión.
2. Pérdidas en la propagación.
3. El lado de Recepción con efectiva sensibilidad receptiva (effective receiving
sensibility).
Un presupuesto de radio enlace completo es simplemente la suma de todos los aportes (en decibeles)
en el camino de las tres partes principales.
Potencia del transmisor [dBm] – Pérdida en el cable TX [dB] + ganancia de antena TX [dBi] –
Pérdidas en la trayectoria en el espacio abierto [dB] + ganancia de antena RX [dBi] – Pérdidas en
el cable del RX [dB] = Margen – Sensibilidad del receptor [dBm].
El lado de Transmisión
Potencia de Transmisión (Tx)
La potencia de transmisión es la potencia de salida del radio. El límite superior depende de las regulaciones vigentes en cada país, dependiendo de la frecuencia de operación y puede cambiar al variar el marco regulatorio. En general, los radios con mayor potencia de salida son más costosos.
La potencia de transmisión del lradio, normalmente se encuentra en las especificaciones técnicas del vendedor. Tenga en cuenta que las especificaciones técnicas le darán valores ideales, los valores reales pueden variar con factores como la temperatura y la tensión de alimentación.
La potencia de transmisión típica en los equipos IEEE 802.11 varía entre 15 – 26 dBm (30 – 400 mW).
Protocolo Potencia pico [dBm] Potencia pico [mW]
IEEE 802.11b 18 65
IEEE 802.11a 20 100
Pérdida en el cable
Las pérdidas en la señal de radio se pueden producir en los cables que conectan el transmisor y el
receptor a las antenas. Las pérdidas dependen del tipo de cable y la frecuencia de operación y normalmente se miden en dB/m o dB/pies.
Independientemente de lo bueno que sea el cable, siempre tendrá pérdidas. Por eso, recuerde que el cable de la antena debe ser lo más corto posible. La pérdida típica en los cables está entre 0,1 dB/m y 1 dB/m. En general, mientras más grueso y más rígido sea el cable menor atenuación presentará.
Para darle una idea de cuán grande puede ser la pérdida en un cable, considere que está usando un cable RG58 que tiene una pérdida de 1 dB/m, para conectar un transmisor con una antena. Usando 3 m de cable RG58 es suficiente para perder el 50% de la potencia (3 dB).
Las pérdidas en los cables dependen mucho de la frecuencia. Por eso al calcular la pérdida en el cable, asegúrese de usar los valores correctos para el rango de frecuencia usada. Controle la hoja de datos del distribuidor y si fuera posible, verifique las pérdidas tomando sus propias mediciones. Como regla general, puede tener el doble de pérdida en el cable [dB] para 5,4 GHz comparado con 2,4 GHz.
Estime por lo menos 0,25 dB de pérdida para cada conector en su cableado. Estos valores son para conectores bien hechos mientras que los conectores mal soldados DIY (Do It Yourself) pueden Implicar pérdidas mayores. Vea la hoja de datos para las pérdidas en su rango de frecuencia y el Tipo de conector que usará.
Si se usan cables largos, la suma de las pérdidas en los conectores está incluida en una parte de la ecuación de “Pérdidas en los cables”. Pero para estar seguro, siempre considere un promedio de pérdidas de 0,3 a 0,5 dB por conector como regla general.
Además, Ios protectores contra descargas eléctricas que se usan entre las antenas y el radio debe ser presupuestado hasta con 1 dB de pérdida, dependiendo del tipo. Revise los valores Suministrados por el fabricante (los de buena calidad sólo introducen 0,2 dB).
Amplificadores
Opcionalmente, se pueden usar amplificadores para compensar la pérdida en los cables o cuando no haya otra manera de cumplir con el presupuesto de potencia. En general, el uso de Amplificadores debe ser la última opción. Una escogencia inteligente de las antenas y una alta sensibilidad del receptor son mejores que la fuerza bruta de amplificación.
Los amplificadores de alta calidad son costosos y uno económico empeora el espectro de frecuencia (ensanchamiento), lo que puede afectar los canales adyacentes. Todos los amplificadores añaden ruido extra a la señal, y los niveles de potencia resultantes pueden contravenir las normas legales de la región.
Técnicamente hablando, prácticamente no hay límites en la cantidad de potencia que puede agregar a través de un amplificador, pero nuevamente, tenga en cuenta que los amplificadores siempre elevan el ruido también.
observar el efecto del amplificador en la señal recibida. Obsérvese que se aumenta tanto el nivel de la señal como el del ruido. Además, se puede notar que la señal amplificada presenta mayores fluctuaciones de ampltud que la original, esto significa que la relación Señal/Ruido se ha deteriorado a consecuencia de la amplificación.
La ganancia de una antena típica varía entre 2 dBi (antena integrada simple) y 8 dBi (omnidireccional
estándar) hasta 21 – 30 dBi (parabólica). Tenga en cuenta que hay muchos factores que disminuyen la ganancia real de una antena.
Las pérdidas pueden ocurrir por muchas razones, principalmente relacionadas con una incorrecta instalación (pérdidas en la inclinación, en la polarización, objetos metálicos adyacentes). Esto Significa que sólo puede esperar una ganancia completa de antena, si está instalada en forma óptima
Pérdidas de propagación
Las pérdidas de propagación están relacionadas con la atenuación que ocurre en la señal cuando esta sale de la antena de transmisión hasta que llega a la antena receptora.
Pérdidas en el espacio libre
La mayor parte de la potencia de la señal de radio se perderá en el aire. Aún en el vacío, una onda de radio pierde energía (de acuerdo con los principios de Huygens) que se irradia en direcciones diferentes a la que puede capturar la antena receptora. Nótese que esto no tiene nada que ver con el aire, la niebla, la lluvia o cualquier otra cosa que puede adicionar pérdidas La Pérdida en el Espacio libre (FSL), mide la potencia que se pierde en el mismo sin ninguna clase de obstáculo. La señal de radio se debilita en al aire debido a la expansión dentro de una superficie esférica.
La Pérdida en el Espacio libre es proporcional al cuadrado de la distancia y también proporcional al cuadrado de la frecuencia . Aplicando decibeles, resulta la siguiente ecuación:
DONDE:
d = distancia
f = frecuencia
K = constante que depende de las unidades usadas en d y f
Si d se mide en metros, f en Hz y el enlace usa antenas isotrópicas, la fórmula es:
Como regla general en una red inalámbrica a 2.4 GHz, 100 dB se pierden en el 1er kilómetro y la señal es reducida a 6 dB cada vez que la distancia se duplica. Esto implica que un enlace de 2 km tiene una pérdida de 106 dB y a 4km tiene una pérdida de 112 dB, etc.
Teniendo como punto de partida el principio de Huygens, podemos calcular la primera zona de Fresnel, el espacio alrededor del eje que contribuye a la transferencia de potencia desde la fuente hacia el receptor.
Basados en esto, podemos investigar cuál debería ser la máxima penetración de un obstáculo (por ej., un edificio, una colina o la propia curvatura de la tierra) en esta zona para contener las Pérdidas.
Lo ideal es que la primera zona de Fresnel no esté obstruida, pero normalmente es suficiente despejar el 60% del radio de la primera zona de Fresnel para tener un enlace satisfactorio. En aplicaciones críticas, habrá que hacer el cálculo también para condiciones anómalas de propagación, en la cuales las ondas de radio se curvan hacia arriba y por lo tanto se requiere altura adicional en las torres. Para grandes distancias hay que tomar en cuenta también la curvatura terrestre que introduce una altura adicional que deberán despejar las antenas. La siguiente fórmula calcula la primera zona de Fresnel:
d1 = distancia al obstáculo desde el transmisor [km]
d2 = distancia al obstáculo desde el receptor [km]
d = distancia entre transmisor y receptor [km]
f = frecuencia [GHz]
r = radio [m]
Si el obstáculo está situado en el medio (d1 = d2), la fórmula se simplifica:
Lado del receptor
Los cálculos son casi idénticos que los del lado transmisor.
Ganancia de antena desde el receptor
Véase “Ganancia de Antena desde el transmisor”.
Amplificadores desde el receptor
Los cálculos y los principios son los mismos que el transmisor. Nuevamente, la amplificación no es un método recomendable a menos que otras opciones hayan sido consideradas y aun así sea necesario, por ej., para compensar pérdidas en el cable.
Sensibilidad del receptor
La sensibilidad de un receptor es un parámetro que merece especial atención ya que identifica el valor mínimo de potencia que necesita para poder decodificar/extraer “bits lógicos” y alcanzar una cierta tasa de bits.
Cuanto mas baja sea la sensibilidad, mejor será la recepción del radio. Un valor típico es -82 dBm en un enlace de 11 Mbps y -94 dBm para uno de 1 Mbps.
Una diferencia de 10dB aquí (que se puede encontrar fácilmente entre diferentes tarjetas) es tan importante como 10 dB de ganancia que pueden ser obtenidos con el uso de amplificadores o antenas más grandes. Nótese que la sensibilidad depende de la tasa de transmisión.
Margen y Relación S/N No es suficiente que la señal que llega al receptor sea mayor que la sensibilidad del mismo, sino que además se requiere que haya cierto margen para garantizar el funcionamiento adecuado.
La relación entre el ruido y la señal se mide por la tasa de señal a ruido (S/N). Un requerimiento típico de la SNR es 16 dB para una conexión de 11 Mbps y 4 dB para la velocidad más baja de 1 Mbps.
En situaciones donde hay muy poco ruido el enlace está limitado primeramente por la sensibilidad del receptor. En áreas urbanas donde hay muchos radioenlaces operando, es común encontrar altos niveles de ruido (tan altos como -92 dBm). En esos escenarios, se requiere un margen mayor:
En condiciones normales sin ninguna otra fuente en la banda de 2.4 GHz y sin ruido de industrias, el nivel de ruido es alrededor de los -100 dBm.
Términos y Conceptos
Estos son algunos términos y conceptos que tendrá que manejar para hacer cálculos de radio enlace: Presupuesto de enlace / Presupuesto de Potencia / Ganancia del Sistema Estos conceptos significan básicamente lo mismo: un cálculo depotencia de la señal a lo largo de la trayectoria de la misma.
Margen del sistema
Corresponde a la diferencia entre el valor de la señal recibida y la sensibilidad del receptor.
EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) = PIRE (Potencia Irradiada Isotrópica Efectiva) La Potencia Irradiada Isotrópica Efectiva está regulada por la autoridad nacional. La misma especifica la potencia máxima legalmente permitida para ser enviada al espacio abierto en un área/país Específico. El límite legal en Europa es normalmente 100 mW, en algunos escenarios muy particulares (enlaces punto a punto) y en otros países este máximo es de 4 W.
La PIRE es una medida de la potencia que se está enfocando en una determinada región de Espacio, determinada por las características de la antena transmisora.
La PIRE es el resultado de restar pérdidas de potencia en el cable y conectores y sumar la ganancia relativa de antena a la potencia del transmisor.
Cálculo con Decibeles (dB, dBm, dBi )
Unidades adimensionales
Como mencionamos anteriormente, un presupuesto de enlace es la suma de todas las ganancias y pérdidas desde el transmisor (fuente de la señal de radio), a través de cables, conectores y espacio libre hasta el receptor.
Un aspecto que puede sorprender es que en la ecuación se suman unidades dBm, dB, dBi como si fueran de la misma dimensión. ¿Cómo es posible simplemente sumar y restar dBm, dB y dBi?. La respuesta es que el decibel (dB) es una medida que surge de dividir dos cantidades, una unidad dimensional como el porcentaje (%). El dBm en cambio, es la potencia referida a 1 mW y por lo tanto es una medida absoluta. Esto se entiende mejor recurriendo a una analogía con las alturas en metros; para calcular la altura de un edficio de 30 m que está en una calle a 1600 m sobre el nivel del mar sumamos tranquilamente metros y metros sobre el nivel del mar. La altura total del edificio será de de 1630 m sobre el nivel del mar.
Conversión de Watt a dBm
Familiarizarse con la conversión entre potencia (W) y dBm es muy útil para hacer cálculos de enlaces.
En los cálculos de enlace, hay tres tipos de unidades logarítmicas:
• dB (decibel)
Se usa para medir pérdidas en los cables y conectores o ganancia de antenas y amplificadores. El decibel es una unidad relativa correspondiente al logaritmo decimal del cociente de dos valores de potencia.
Los dB son positivos cuando se refieren a una ganancia, como la de una antena o un amplificador, y negativos cuando corresponden a un atenuación, como la de un cable.Volviendo a nuestro ejemplo, si construimos un mástil para la antena de 3 m sobre el techo del edificio, la altura total de la antena será de 1633m. Y si nuestro transmisor está en el sótano del edificio ( a – 3m respecto al nivel de la calle) la longitud del cable del transmisor a la antena es 30 + 3 - (-3)= 36 m. Nótese que el cálculo de la longitud del cable se puede hacer también como la diferencia entre las alturas absolutas de la antena y el transmisor: 1633 – 1627= 36 m
• dBm (dB referido a un mW )
El dBm es una unidad logarítmica referida a la potencia de 1 mili Watt (0,001 W). Por lo tanto mide potencia absoluta. Será postivo cuando se refiera a valores superiores a 1 mW y negativo para valores inferiores a 1 mW, como los correspondientes a potencias recibidas.
dBi (decibel respecto a la isotrópica)
Usado para expresar la ganancia de una antena en comparación con una antena isotrópica, es decir aquella que irradia en todas direcciones con la misma intensidad:
Cuando se usa dB para calcular la Potencia es útil recordar la siguiente guía:
1. Duplicar la potencia es igual que agregar 3 dB
2. Reducir la potencia a la mitad es igual que restar 3 dB
Supongamos que tenemos una potencia de transmisión de 100 mW (20 dBm). Si duplicamos la
potencia del transmisor a 200 mW, agregamos 3dB a 20 dBm que da 23 dBm. De esa forma, 400 mW
dan 26 dBm y 800 mW dan 29 dBm. Siguiendo el mismo razonamiento 50 mW son 17 dBm (20 dBm– 3 dB).
Presupuesto de Enlace Completo
El cálculo de presupuesto de enlace es para estar seguro de que el margen en el receptor es mayor
que un cierto umbral. Además, la PIRE debe estar dentro de las regulaciones. El margen de un presupuesto de enlace puede ser resumido de la siguiente manera:
La sección siguiente muestra dos ejemplos reales de cálculo de presupuesto de enlace, uno para un enlace de 50 km y otro para uno de 1 km.
Ejemplo 1: Enlace de 50 km
El margen del enlace es de 8dB que puede ser adecuado para un ambiente rural pero la potencia irradiada de 36 dBm (4W) no es legal en Europa aunque si en EEUU.
Ejemplo 2: Enlace de 1 km
El margen de este enlace es de 13 dB, adecuado para ambientes urbanos y la potencia irradiada es de 18 dBm (<100 mW), quiere decir que el enlace es legal en cualquier país.
Otros cálculos y aproximaciones importantes
Además de los elementos considerados, debemos tener en cuenta factores de corrección debido al terreno y la estructura de las edificaciones, factores climáticos y muchos otros. Todos ellos muy empíricos por naturaleza.
Estos se pueden encontrar bajo términos como desvanecimiento por lluvia, urbanos, del terreno, (rain fading, urban fading, terrain fading) con varias aproximaciones diferentes para calcularlos apropiadamente. Sin embargo hay límites en estas teorías como factores que NO pueden ser calculados o estimados fácilmente, normalmente son los que deciden si el enlace funciona o no.
En enlaces de grandes distancias, factores como la lluvia, la niebla y aún el cambio en las condiciones de la vegetación pueden contribuir a que se pierdan 15 dB.
Fuentes de latitud/longitud y datos de elevación y rumbo
Cuando planifique un enlace, el primer paso a menudo es conseguir datos confiables sobre la latitud/longitud y de elevación. Algunos puntos de partida para esto pueden ser:
1. Datos de un GPS que mida usted mismo. Además de las coordenadas, el GPS indica la distancia y el rumbo (Acimut) entre cualquier par de puntos. Tenga en cuenta que el rumbo geográfico difiere del rumbo magnético. La diferencia es la declinación magnética, que varía en con el tiempo y con el lugar. El GPS normalmente calcula tanto el rumbo geográfico o verdadero com el magnético.
2. El proyecto SRMT (Shuttle Radar Topography Mission) mantiene una base de datos acerca de las elevaciones de todo el planeta, aunque en resolución variable.
3. Los sitios de aviación y los aeropuertos locales suelen mostrar listas precisas con datos de lat/long.
4. Los radioaficionados suelen decir su ubicación en forma bastante precisa.
5. Los sitios islámicos dan las coordenadas de las mezquitas y la dirección hacia la Meca (y también sobre algún otro lugar).
6. Listas de ciudades en línea muestran coordenadas.
7. El proyecto confluence.org es un proyecto fascinante que recoge información e imágenes para cada lat/long. Mas allá de su calidad estética, esta puede ser un buena forma de comenzar una investigación de área.
8. No olvide conocimientos y métodos locales. Los fuegos artificiales (fireworks) pueden ser una buena forma para investigar grandes distancias. Para medir las alturas puede utilizar un altímetro, pero debe calibrarlo lo más frecuente que pueda.
9. Los mapas indican normalmente las coordenadas y sobre éstos se puede medir diractamente la distancia y el rumbo entre dos puntos, a menudo también las elevaciones.
10. La declinación magnética de cualquier sitio se puede obtener en: http://www.ngdc.noaa.gov/seg/geomag/jsp/Declination.jsp
BIBLIOGRAFIA
