Diseño de radio enlaces entre ciudades de Paraguay, Villa Rica y Yegros, departamento de Caazapa. Elección de Equipo, IDU, cálculo de atenuaciones y simulaciones con Matlab.
Proyecto de iluminación "guia" para proyectos de ingeniería eléctrica
Diseño de Radio enlaces
1. Universidad Cat´olica
“Nuestra Se˜nora de la Asunci´on”
Sede Regional Asunci´on
Facultad de Ciencias y Tecnolog´ıa
Departamento de Ingenier´ıa
Electr´onica e Inform´atica
Carrera de Ingenier´ıa Electr´onica
Telecomunicaciones II
Ing. Fernando Brunetti PhD.
Da Silva, Karol <karolariel.1987@gmail.com>
Ram´ırez, Pedro <pedroramirez22@gmail.com>
TRABAJO FINAL 1
Dise˜no de Radio-enlaces
24 de enero de 2015
3. 1 Objetivo General 3
6. An´alisis de Calidad y de Disponibilidad 28
6.1. Evaluaci´on de la Indisponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.1.1. Indisponibilidad del Equipo . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
6.2. Objetivos de la Indisponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.2.1. Resumen de Indisponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.3. Evaluaci´on de la Calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6.3.1. Resumen de Calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
7. Est´andares de los equipos terminales 32
7.0.2. Trama E1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.0.3. G.703 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
8. Verificaci´on de Interferencia 33
8.1. C´alculo de la relaci´on Portadora/Interferencia . . . . . . . . . . . 33
8.2. Relaci´on Portadora a Ruido Normalizada . . . . . . . . . . . . . 34
8.3. Control de las interferencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
8.4. Gesti´on de la Potencia de RF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
9. Propuesta de Stock de Respuestos 36
10.Conclusi´on 39
1. Objetivo General
Desarrollar los enlaces que unan Yegros y Villarrica para Copaco en la
banda de frecuencia de 19 GHz, utilizando 16-QAM o QPSK donde la
configuraci´on de la red podr´ıa ser tanto 1+0 o 1+1 el cual va a transmitir
a un est´andar de 16 E1, en donde se pretende integrar un protocolo de
transmisi´on de voz sobre una portadora digital “G703”.
Resumen La soluci´on del problema consiste en dise˜nar un enlace entre las ciu-
dades mencionadas, donde se relevar´an los datos con herramientas como Google
Earth para conocer el terreno y las caracter´ısticas de la misma, por ser un dise˜no
de tipo acad´emico, algunas variables se tomar´an como ideales, pero se tratar´a de
ajustar lo m´as posible para una aplicaci´on real de la misma, otro factor impor-
tante a mencionar en el dise˜no es la ubicaci´on de las torres, donde se tratar´a por
sobre todo que el coste de las mismas sea lo mas m´ınimo posible. Por ´ultimo, se
calcular´an la calidad, disponibilidad del enlace para determinar que tan bueno
es el dise˜no y puntualizar la limitaci´on de la misma.
4. 2 Diagramas de bloques y topolog´ıa de la red 4
2. Diagramas de bloques y topolog´ıa de la red
2.1. Diagrama de bloques del Sistema
La arquitectura del equipo seleccionado, consiste de [1] IDU para montaje
en bastidor y ocupando una U/M, [1] Unidad de RF de Exterior [ODU], y [1]
cable de interconexi´on entre estas dos unidades, y finalmente [1] antena externa,
ya sea montada directamente a la ODU ´o a trav´es de una gu´ıa de onda para la
banda de operaci´on del equipo/enlace.
Optional IO Cards
Standard I/O
IDU Controller
Figura 1: IDU y las interfaces desde un punto de vista de funcionalidad
La Figura 1 muestra los bloques de funciones de I/O [entrada/salida], Modem
FI, Fuente de poder. La IDU viene con la capacidad est´andar de I/O, la que
puede ser mejorada. Adicionalmente, la funci´on de Modem/FI es modular. Esto
permite el agregar un segundo Modem para soportar protecci´on. La fuente de
poder es similarmente modular.
Las funciones principales de la IDU pueden ser resumidas en la siguiente
forma:
Procesamiento de Entrada/salida [I/O] - La IDU viene con una
capacidad de I/O est´andar, capacidad que incluye soporte para hasta
16xT1/E1. La arquitectura de la IDU es flexible y permite la adici´on
de otros tipos de I/O, en el futuro.
Switch/Framing - La IDU incluye un Switch Ethernet, que est´a dise˜nado
para trabajar con la conmutaci´on en protecci´on 1+1 y funciones de control
de redes.
Procesador de Redes - La IDU incluye un Procesador de Redes que
realiza funciones Gesti´on de Redes.
Modem/FI - El modem de la IDU Modem realiza funciones codificaci´on
de FEC predicci´on de errores], modulaci´on y demodulaci´on PSK/QAM,
5. 2.2 Topolog´ıa de la Red 5
ecualizaci´on, y decodificaci´on de FEC. La cadena de FI provee la portadora
de 350 MHz y recibe la portadora de 140 MHz.
Fuente de Poder - La Fuente de Poder de la IDU acepta -48 Vdc nomi-
nal, y alimenta tanto a la IDU como la ODU. Una segunda unidad [fuente
de poder redundante] puede ser incorporada al chasis de la IDU.
2.2. Topolog´ıa de la Red
Observando el terreno y la ubicaci´on de las ciudades, decidimos utilizar la
topolog´ıa L´ınea para en enlace punto-punto, que es la que m´as se acerca de
acuerdo a la ubicaci´on de las torres.
REPETIDOR3 CAAZAPA BERTONI YEGROSVILLARICA ÑUMI
Figura 2: Topolog´ıa tipo l´ınea
Por lo tanto, la disposici´on de las antenas se puede ver en la Figura 5.
La IDU de los terminales soporta configuraciones 1+1 para repetidor multi-
salto, incluyendo la capacidad de bajar e insertar [drop/insert] datos, como se
puede apreciar en la Figura 3.
DROP/INSERT
DROP/INSERT
DROP/INSERT
DROP/INSERT
DROP/INSERT
DROP/INSERT
Figura 3: Drop e Insert en cada terminal
3. Descripci´on funcional de la red y equipos In-
stalados en las estaciones
3.1. Descripci´on Funcional
Desde le punto de vista l´ogico, se dise˜na una red ”punto-punto” entre la
Ciudad de Villarica a Yegros, pero como la distancia es grande f´ısicamente, existe
6. 3.2 Equipos Instalados 6
entre ´estas estaciones extremas repetidores que est´an ubicadas estrat´egicamente
tanto para el acceso como para salvar algunas irregularidades del terrerno.
El enlace va a transmitir un est´andar de 16E1, en donde se pretende integrar
un protocolo de transmisi´on de voz sobre una portadora digital G.703.
La frecuencia utilizada es de 19 GHz y se eligi´o utilizar la modulaci´on QPSK.
En cada terminal se pueden insertar y obtener informaci´on, toda la red se
puede controlar desde una de las terminales.
3.2. Equipos Instalados
ODU
COAXIAL
IDU
WAVEGUIDE
ANDE
GENERADOR
Figura 4: Diagrama del equipo instalado
Un terminal de microondas est´a compuesto por una unidad de interior IDU
(Indoor Unit), y una unidad de exterior, ODU (Outdoor Unit).
En la Figura 4 podemos ver el diagrama del equipo instalado en la estaci´on,
con su correspondiente m´odulo ODU, se encuentra a la intemperie, va conectado
a la antena por medio de una gu´ıa de onda (Waveguide). El IDU, est´a dentro
del recinto donde va a estar protegido de las condiciones clim´aticas y con ali-
mentaci´on constante (L´ınea de suministro (Ande), UPS y Generador).
La IDU es dise˜nada para operar independiente de la frecuencia, y la ODU
es dise˜nada para operar independiente de la capacidad. La IDU permite la se-
lecci´on de m´ultiples opciones de capacidad, tipos de modulaci´on, canales de
radiofrecuencia, niveles de Potencia de Transmisi´on, para acomodar y adherir a
los requerimientos regulatorios de los diferentes pa´ıses, y de eficiencia espectral.
La ODU que complementa estas funciones de la IDU, permite operar en las
bandas de frecuencia.
7. 3.3 Caracter´ısticas del Radio 7
3.3. Caracter´ısticas del Radio
El equipo elegido es IP1000c de familia de equipos de WNI que utilizan IDU
configurables por software, proveen una alta capacidad de transmisi´on, flexibil-
idad, caracter´ısticas operacionales, y conveniencia para implementar redes de
comunicaciones inal´ambricas digitales. Algunas caracter´ısticas son:
Repetidor Este/Oeste (2 + 0) Eficiencia Espectral Seleccionable, enlace
con suministro de modulaciones QPSK, 16 -256 QAM. Poderosa Modu-
laci´on con codificaci´on Trellis.
Ecualizador Adaptivo incorporado.
Control de Potencia Adaptiva.
Software incorporado.
Arquitectura de anillo, de puntos consecutivos.
Monitoreo de comportamiento de BER [tasa de error] incorporado.
Para obtener m´as detalles del mismo se puede acceder a la p´agina web del
producto y ver precios, cumple con todas las especificaciones que necesitamos
para el trabajo.
La conexi´on entre la IDU y la ODU se realiza mediante un cable coaxial, y
entre la ODU y la antena mediante una gu´ıa de onda como podemos ver en la
Figura 4.
Las caracter´ısticas del cable coaxial que podemos utilizar de Times Mi-
crowave se detalla en la Tabla 1.
Tipo de Loss at (dB/100m)
Cable RX=140 MHz Tx=350 MHz Longitud M´axima
LMR-200 12,6 20,1 100 m
LMR-300 7,6 12,1 165 m
LMR-400 4,9 7,8 256 m
Cuadro 1: Longitudes M´aximas de Cable de FI
Elegimos el LMR-400 por ser la que menor p´erdida tiene1
0,049dB/m en Rx
y 0,078dB/m en Tx con una Impedancia de 50Ω.
La gu´ıa de onda que utilizaremos para conectar la ODU con la antena (conec-
tor tipo k), est´a detallada en la Tabla 2.
La IDU soporta configuraciones no protegidas 1+0, protecci´on 1+1. Una
caracter´ıstica adicional de la IDU, es la provisi´on para albergar un segundo
m´odulo modem/IF enchufable, para proveer configuraciones de repetidor, redes
Este/Oeste.
Por lo tanto, en las estaciones extremas (Villarica y Yegros) se utilizar´an un
s´olo m´odulo, pero en las estaciones intermedias, se utilizar´a el m´odulo adicional
para que funcione como repetidor.
1No incluye las p´erdidas del conector.
8. 3.4 Caracter´ıstica de la Antena 8
Frequency Waveguide Designation Impedancia Flange Attenuation
Range (Ghz) British WG IEC R EIA WR (Ω) Designation (dB/m)
17.6 - 26.7 20 220 42 50 UBR 220 Type 0.28
Cuadro 2: Waveguide Data
3.4. Caracter´ıstica de la Antena
Utilizaremos la marca RFS (Radio Frequency System), el modelo SB2-190BB,
siguientes caracter´ısticas se ven en la Tabla 3:
Technical Features
Frequency, GHz 17.7 - 19.7
Diameter, ft (m) 2 (0.6)
Gain, dBi 39.5
Cuadro 3: Caracter´ısticas de la antena
3.5. Caracter´ıstica de los Equipos
Caracter´ısticas T´ecnicas
Specification-Typical
Frecuencia de Transmisi´on, GHz 19
Transmitter
Power Max. QPSK, dBm 25
Antenna
Ganancia de la antena, dBi 39.5
Receiver
Sensibilidad en el Receptor, dBm -65
ODU Interface
TX IF Frequency, MHz 350
RX IF Frequency, MHz 140
Cable Impedance, Ohm 50
Cuadro 4: Caracter´ısticas m´as relevantes de los equipos
9. 4 Ubicaci´on del sitio de las estaciones terrenas 9
4. Ubicaci´on del sitio de las estaciones terrenas
La ubicaci´on de cada torre se realiz´o mediante iterativas pruebas, donde se
iba buscando la mejor altura natural del terreno que diera una mejor LOS para
as´ı tener menor altura de las torres, pero tambi´en otras consideraciones, como
por ejemplo que alguna estaci´on de Copaco (ver Tabla 5) este lo m´as cerca
posible, adem´as que el lugar sea accesible, que haya cerca un tendido el´ectrico
de la Ande o en otras palabras que est´e a lo largo de la ruta n´umero 8 que es la
que une la ciudad de Villarica-Yegros todo esto con el fin de abaratar costos de
instalaci´on, reparaci´on y mantenimiento.
Figura 5: Ubicaci´on de las Estaciones.
Ciudad Estaci´on Copaco Lat / Long
Villarica Alejo Garc´ıa e/ Cnel. Bogado y Humait´a 25◦
46’54.30 S, 56°26’55.64 O
˜Numi –
Caazap´a Gral. Genes c/ Mariscal Estigarribia 26°11’47.51 S, 56°22’4.28 O
Yegros Tte. Aguirre c/ Pedro Fari˜na Arce 26°27’20.32 S, 56°24’19.70 O
Moises Bertoni Avda. Principal Ruta N° 8 Blas Garay 26◦
21’14.75 S, 56◦
29’27.78 O
Cuadro 5: Estaciones de Copaco en Ciudades de Inter´es
En total, se ubicaron 5 vanos, fue un poco tediosa la b´usqueda por las car-
acter´ısticas del terreno, Las Cordilleras Ybytyruzu y San Rafael que est´an ady-
acentes a estas ciudades (ver Tabla 6) hacen que el terreno tenga muchas varia-
ciones en el perfil de elevaci´on.
Otra de las consideraciones que tuvimos es inter-conectar todas las ciudades
m´as relevantes que unen Villarica-Yegros (ver Tabla 7), que son la ciudad de
10. 4 Ubicaci´on del sitio de las estaciones terrenas 10
Pico Elevaci´on sobre el nivel del mar (m) Departamento
1 Cerro Tres Kand´u 842 Guair´a
2 Cerro Capi’i 816 Guair´a
3 Cerro Per´o 815 Guair´a
4 Cerro Amor 765 Guair´a
5 Cerro Acat´ı 697 Guair´a
6 Cerro Tatuy 503 Guair´a
7 Cordillera del Caaguaz´u 456 Caazap´a
Cuadro 6: Principales Relieves de los Departamentos de Guair´a (Villarica) y
Caazap´a (Yegros).
˜Numi, Caazap´a y Moises Bertoni, esto para en un futuro si se quiere extender la
red, se puede ir desde ´estas ciudades a las dem´as sin mucha inversi´on en nuevas
torres.
Ciudad Origen Ciudad Destino Distancia (km)
Villarica ˜Numi 28
˜Numi Caazap´a 80
Caazap´a Moises Bertoni 34
Moises Bertoni Yegros 17
Cuadro 7: Distancia entre ciudades (Ruta Asfaltada)
Tambi´en se busc´o que la cantidad de vano sea la m´ınima posible, menos
vanos implica m´as distancia entre torres, m´as distancia entre torres
implica m´as potencia de transmisi´on, m´as potencia de transmisi´on
implica equipos m´as caros, por lo tanto hay un trade-off que cumplir.
11. 5 C´alculo del enlace de microondas 11
5. C´alculo del enlace de microondas
Los c´alculos se detallar´an para el enlace dicho, las caracter´ısticas de propa-
gaci´on de una onda dependen de la forma del trayecto de propagaci´on respecto
a los obst´aculos(vegetaci´on, edificios, colinas), de propiedades f´ısicas del medio
(intensidad de precipitaciones, absorci´on por gases y vapores), de la frecuencia
y la polarizaci´on de la onda.
5.1. Visibilidad de los Vanos
La visibilidad de los vanos nos ayuda como primer paso del dise˜no para hallar
las alturas de las antenas para que el enlace se pueda dar, con condiciones simples
como el despejamiento completo del primer radio de Fresnel para evitar p´erdidas
por difracci´on que deteriore el enlace. Esto es considerando la curvatura de la
tierra, que tiene un efecto sobre la altura de las antenas.
5.1.1. Criterio para despejamiento
Paso 1 Se determinan las alturas de antenas necesarias para el valor mediano
apropiado del factor k en el punto (v´esase UIT-R P.453; en ausencia de
datos, util´ıcese k=4/3) y un despejamiento de 1,0F1 por encima del ob-
st´aculo m´as alto.
Paso 2 Se obtiene el valor de k efectivo, rebasado el 99.9 % del tiempo para el mes
m´as desfavorable, ke(0.1 %) a partir de las estad´ısticas de refractividad, si
se dispone de ellas, como se indica en el apartado anterior. Si se carece de
esta informaci´on puede utilizarse a curva de la Figura 6, para la longitud
del trayecto en cuesti´on.
Paso 3 Se calculan de nuevo las alturas de antena necesaria para el valor de ke
obtenido en el Paso 2 (ver Tabla 8) y los siguientes radios de despejamiento
de la zona de Fresnel.
Clima templado Clima tropical
0,0F1 (incidencia rasante) si 0,6F1 para longitudes de
s´olo existe una obstrucci´on trayecto superiores a unos
aislada del trayecto 30 km
0,3F1 si la obstrucci´on del
trayecto se extiende a lo
largo de una parte de ´este
Cuadro 8: Radio de despejamiento de la zona de Fresnel
Paso 4 Util´ıcese las mayores alturas de antena obtenidas en los Pasos 1 y 3.
12. 5.1 Visibilidad de los Vanos 12
Figura 6: Valor de ke en funci´on de la longitud del vano
5.1.2. C´alculo de las Alturas
La Figura 7 muestra las variables que se utilizan para hallar la altura de las
antenas en cada vano.
Figura 7: Variables para el c´alculo de la altura de las antenas
Se realiza mediante las siguientes f´ormulas:
hA2i = h1 + hA1 + [Bi − (h1 + hA1)]
d
di
− h2 (1)
Donde:
Bi = fE (k) + Oi + C.F1 (2)
fE (k) =
4
51
.
(d − di) .di
k
(3)
13. 5.1 Visibilidad de los Vanos 13
F1 = 17,3.
(d − di) .di
f.d
(4)
Las distancias est´an dadas en km, alturas en metros y frecuencia en GHz.
Los datos prove´ıdos por Google Earth nos da el perfil de elevaci´on estando
sujeto al suelo, se debe corregir esto agregando un valor constante estimado
respecto al suelo, que va representar alg´un obst´aculo que puede haber en el
enlace, como pueden ser vegetaci´on o edificaciones.
La Vegetaci´on Seg´un LINK en el paraguay la flora puede describirse en fun-
ci´on a cuatro tipos b´asicos de organizaci´on vegetal:
Bosque alto, caracterizado por ´arboles en promedio de m´as de 20 metros
de altura.
Bosque bajo, con ´arboles que no sobrepasan los 20 metros de altura.
Praderas y llanuras, palmeras, ´arboles bajos y arbustos.
Lugares bajos, pantanosos, carentes de ´arboles, pasto, hierbas y bamb´ues.
La Edificaci´on Cada nivel de un edificio tiene en promedio 2.5 metros de
altura, como el enlace de micro-ondas se realiza en el interior del pa´ıs, por
conocimiento del lugar sabemos que no hay edificaciones muy altas que puedan
afectar el enlace, realizando una comparaci´on con la vegetaci´on, representar´ıa
a un edificio de 8 niveles, encontrar un edificio de tal magnitud en el trayecto
de nuestro enlace es poco probable. Para estimar lo probable (o improbable, ya
que no se busca algo exacto, m´as bien una respuesta como si/no se puede), el
m´etodo m´as rustico pero eficiente ser´ıa ir y recorrer todo el trayecto del enlace
y verificar la validez de esta afirmaci´on cosa que no realizamos.
Por lo tanto, se toma el peor caso para nuestro inter´es, siendo el promedio
de altura de ´arboles 20 metros. En otras palabras,
Oi = PEGE + 20 (5)
Para la aplicaci´on de ´estas f´ormulas, primeramente de fija la altura inicial
de la antena transmisora hA1, la altura del suelo de obtiene a trav´es del perfil
de elevaci´on que nos da Google Earth que est´a dada con respecto al nivel del
mar PEGE
2
que ser´a la base de nuestra torre. Luego de esto, se va analizando
cada elevaci´on Oi a distancia di de la torre de transmisi´on.
La altura de la antena receptora es calculada teniendo en cuenta las alturas
de los obst´aculos corregidas de forma que representen la curvatura de la trayec-
toria fE(k), la altura Oi ya explicada, CF1 que representa el despejamiento del
primer radio de Fresnel y la altura del suelo donde estar´a la antena h2. Esto se
2PEGE Perfil de Elevaci´on de Google Earth
14. 5.1 Visibilidad de los Vanos 14
realiza iterativa-mente para cada di hasta el valor de d que es la longitud del
vano, al final se elije el hA2i
m´as grande obtenido.
El valor de ke se obtiene de la Figura 6 para cada longitud del vano.
Se aplic´o el m´etodo descrito en la Secci´on 5.1.1 para el factor de despe-
jamiento del primer radio de Fresnel donde se tomo el valor de C = 1 para
evitar posibles p´erdidas por difracci´on.
Se utiliz´o la herramienta dada en el siguiente LINK para el procesamiento
de los datos obtenidos con Google Earth, con ´esta se marcan los puntos de la
antena transmisora y receptora, se guarda la ruta en el formato .kml y con la
herramienta se obtiene varios puntos con su respectivo perfil de elevaci´on, se
exporta a un archivo .csv se procesa con Microsoft Excel (.xslx) y luego se tiene
los datos para utilizar en Matlab (.mat).
15. 5.2 Datos de los Vanos 15
5.2. Datos de los Vanos
5.2.1. Vano 1 - Villarica a ˜Numi
El transmisor est´a en la ciudad de Villarrica y el Receptor cerca de la ciudad
de ˜Numi, la estaci´on de Copaco m´as cercana a cada ciudad se puede ver en la
Tabla 5,
Vano 1 Datos
Ubicaci´on del Transmisor Estaci´on de Copaco Villarica
Ubicaci´on del Receptor 25°55’28.86”S / 56°22’25.76”O
Altura Torre de Transmisi´on 7,100 [m]
Altura Torre de Recepci´on 7,618 [m]
Longitud del Vano 17,608 [km]
Valor de k 0,560
Valor de C 1
Cuadro 9: Datos del Vano 1
Con Matlab se aplico la ecuaci´on 1, el primer radio de Fresnel con despe-
jamiento completo (C = 1), el valor de k de acuerdo a la longitud del vano en
cuesti´on, estimado de la Figura 6, se obtuvo lo siguiente:
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0
50
100
150
200
250
Longitud (km)
Altura(m)
Perfil del terreno
Line of Sight
Curved Earth
Fresnel
Figura 8: Perfil de Elevaci´on, y los valores de inter´es del vano 1
16. 5.2 Datos de los Vanos 16
5.2.2. Vano 2 - ˜Numi a Torre3
El transmisor est´a cerca de la ciudad de ˜Numi y el Receptor en un punto
intermedio entre ˜Numi-Caazapa, la estaci´on de Copaco m´as cercana a cada
ciudad se puede ver en la Tabla 5,
Vano 2 Datos
Ubicaci´on del Transmisor 25°55’28.86”S / 56°22’25.76”O
Ubicaci´on del Receptor 26° 6’14.36”S / 56°21’35.49”O
Altura Torre de Transmisi´on 2,4 [m]
Altura Torre de Recepci´on 1,452 [m]
Longitud del Vano 20,009 [km]
Valor de k 0,580
Valor de C 1
Cuadro 10: Datos del Vano 2
Con Matlab se aplico la ecuaci´on 1, el primer radio de Fresnel con despe-
jamiento completo (C = 1), el valor de k de acuerdo a la longitud del vano en
cuesti´on, estimado de la Figura 6, se obtuvo lo siguiente:
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
50
100
150
200
250
Longitud (km)
Altura(m)
Perfil del terreno
Line of Sight
Curved Earth
Fresnel
Figura 9: Perfil de Elevaci´on, y los valores de inter´es del vano 2
17. 5.2 Datos de los Vanos 17
5.2.3. Vano 3 - Torre3 a Caazap´a
El transmisor est´a en un punto intermedio entre la ciudad de ˜Numi-Caazap´a y
el Receptor cercana a la ciudad de Caazap´a, la estaci´on de Copaco m´as cercana
a cada ciudad se puede ver en la Tabla 5,
Vano 3 Datos
Ubicaci´on del Transmisor 26° 6’14.36” / 56°21’35.49”O
Ubicaci´on del Receptor 26°10’33.36”S / 56°22’21.38”O
Altura Torre de Transmisi´on 1,6 [m]
Altura Torre de Recepci´on 0,637 [m]
Longitud del Vano 8,105 [km]
Valor de k 0,450
Valor de C 1
Cuadro 11: Datos del Vano 3
Con Matlab se aplico la ecuaci´on 1, el primer radio de Fresnel con despe-
jamiento completo (C = 1), el valor de k de acuerdo a la longitud del vano en
cuesti´on, estimado de la Figura 6, se obtuvo lo siguiente:
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
50
100
150
200
250
Longitud (km)
Altura(m)
Perfil del terreno
Line of Sight
Curved Earth
Fresnel
Figura 10: Perfil de Elevaci´on, y los valores de inter´es del vano 3
18. 5.2 Datos de los Vanos 18
5.2.4. Vano 4 - Caazap´a a Bertoni
El transmisor est´a cercano a a ciudad de Caazap´a y el Receptor en la ciudad
de Mois´es Bertoni, la estaci´on de Copaco m´as cercana a cada ciudad se puede
ver en la Tabla 5,
Vano 4 Datos
Ubicaci´on del Transmisor 26°10’33.36”S / 56°22’21.38”O
Ubicaci´on del Receptor 26°20’53.12”S / 56°29’11.82”O
Altura Torre de Transmisi´on 13,900 [m]
Altura Torre de Recepci´on 12,930 [m]
Longitud del Vano 22,290 [km]
Valor de k 0,590
Valor de C 1
Cuadro 12: Datos del Vano 4
Con Matlab se aplico la ecuaci´on 1, el primer radio de Fresnel con despe-
jamiento completo (C = 1), el valor de k de acuerdo a la longitud del vano en
cuesti´on, estimado de la Figura 6, se obtuvo lo siguiente:
0 5 10 15 20
0
50
100
150
200
250
Longitud (km)
Altura(m)
Perfil del terreno
Line of Sight
Curved Earth
Fresnel
Figura 11: Perfil de Elevaci´on, y los valores de inter´es del vano 4
19. 5.2 Datos de los Vanos 19
5.2.5. Vano 5 - Bertoni a Yegros
El transmisor est´a cercano a la ciudad de Mois´es Bertoni y el Receptor en
la ciudad de Yegros, la estaci´on de Copaco m´as cercana a cada ciudad se puede
ver en la Tabla 5,
Vano 5 Datos
Ubicaci´on del Transmisor 26°20’53.12”S / 56°29’11.82”O
Ubicaci´on del Receptor 26°26’34.81”S / 56°24’58.14”O
Altura Torre de Transmisi´on 4,100 [m]
Altura Torre de Recepci´on 4,141 [m]
Longitud del Vano 12,686 [km]
Valor de k 0,520
Valor de C 1
Cuadro 13: Datos del Vano 5
Con Matlab se aplico la ecuaci´on 1, el primer radio de Fresnel con despe-
jamiento completo (C = 1), el valor de k de acuerdo a la longitud del vano en
cuesti´on, estimado de la Figura 6, se obtuvo lo siguiente:
0 2 4 6 8 10 12
0
50
100
150
200
250
Longitud (km)
Altura(m)
Perfil del terreno
Line of Sight
Curved Earth
Fresnel
Figura 12: Perfil de Elevaci´on, y los valores de inter´es del vano 5
20. 5.2 Datos de los Vanos 20
5.2.6. Resumen de los Vanos
Aqu´ı se presenta una tabla donde est´an los datos de cada vano,
Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5
Ubicaci´on del Transmisor 25°46’54.07”S 25°55’28.86”S 26° 6’14.36”S 26°10’33.36”S 26°20’53.12”S
56°26’55.90”O 56°22’25.76”O 56°21’35.49”O 56°22’21.38”O 56°29’11.82”O
Ubicaci´on del Receptor 25°55’28.86”S 26° 6’14.36”S 26°10’33.36”S 26°20’53.12”S 26°26’34.81”S
56°22’25.76”O 56°21’35.49”O 56°22’21.38”O 56°29’11.82”O 6°24’58.14”O
Altura Torre de Transmisi´on (m) 7,100 2,4 1,6 13,900 4,100
Altura Torre de Recepci´on (m) 7,618 1,452 0,637 12,930 4,141
Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686
Valor de ke 0,560 0,580 0,45 0,590 0,520
Valor de C 1 1 1 1 1
Cuadro 14: Resumen de los Vanos
Obviamente dos vanos consecutivos comparten la misma torre, ´esta ser´a del
valor mayor de cada vano, es decir, la torre ser´a la m´as alta que d´e el valor de
cada vano, pero el otro equipo estar´a a la altura que deber´ıa. Por ejemplo, entre
el Vano 1 y Vano 2, la altura de la torre ser´a 7,618 metros (Receptor) y el otro
equipo estar´a a 2,400 metros (Transmisor).
5.2.7. Algoritmo de Matlab
Como se dijo, se utiliz´o la ecuaci´on 1 para realizar el c´alculo de la altura
de las antenas de transmisi´on y recepci´on, se puede acceder a los datos de los
vanos de Google Earth y al script de Matlab (obtener altura.m) descargando el
siguiente LINK.
B´asicamente el script de Matlab aplica la f´ormula mencionada, pero adem´as
trata de obtener que el transmisor y el receptor tengan la misma altura, esto
es porque el algoritmo exige un valor inicial para la torre de transmisi´on y de
acuerdo a esto estima el de recepci´on, nosotros inicialmente damos un valor muy
grande al transmisor, y el algoritmo se encarga de hallar el valor que cumple
con todas las condiciones (C = 1 y ke) y adem´as que las torres sean la de
menor altura y lo m´as parecido posible. En el Script la variable de la altura del
transmisor se llama hA1 que por defecto tiene el valor de 100 que est´a dado en
metros.
Como se mencion´o en la Secci´on 5.1.2, la vegetaci´on tiene un efecto directo
sobre el LOS, por lo tanto se debe tener en cuenta, Google Earth da los valores
del perfil de elevaci´on sujeto al suelo, se explic´o cual es el valor promedio de
la zona boscosa en el Paraguay para insertar en nuestros c´alculos, en el Script
existe una variable llamada delta h que por defecto est´a a cero, aqu´ı se debe
agregar el valor que estimamos tiene la vegetaci´on en el trayecto de nuestro
enlace para que el algoritmo tome esto como un obst´aculo m´as que vencer para
que se d´e el enlace. Todos los c´alculos se realizaron tomando el valor de esta
variable a cero por ser un trabajo de tipo acad´emico.
21. 5.3 C´alculo de las Atenuaciones 21
5.3. C´alculo de las Atenuaciones
Como hemos dicho, se ha tomado la decisi´on de que el primer radio de Fresnel
est´e completamente despejado (C = 1), entonces se puede considerar todas las
perdidas por difracci´on igual a cero.. El c´alculo te´orico de la p´erdida en
exceso debido a la difracci´on en los obst´aculos del terreno es muy complejo. En
la recomendaci´on UIT-R P.526 se explican con detalle los m´etodos pr´acticos del
c´alculo de la difracci´on en obst´aculos.
Cuando el receptor de un sistema de radiocomunicaci´on se encuentra en el
interior de un terreno boscoso, hay una p´erdida adicional por penetraci´on de
las ondas a trav´es de la vegetaci´on, para su evaluaci´on est´a la recomendaci´on
UIT-R P.833, en nuestro caso, el enlace est´a fuera de un obst´aculo boscoso, en
la Secci´on 5.2.7 se explic´o como se puede dar un valor a una zona boscosa para
que con Matlab se puede evitar esto a trav´es de una mayor altura de las antenas
y por ende se tiene que las p´erdidas por vegetaci´on es igual a cero.
5.3.1. Atenuaci´on en el Espacio Libre
En un sistema de radiocomunicaciones siempre interviene de alguna forma
el medio de propagaci´on. Sin embargo, se analiza el caso ideal de propagaci´on
en el espacio libre como marco de referencia y para la determinaci´on de la
p´erdida de propagaci´on m´ınima que debe esperar en un enlace. Seguidamente
se van a˜nadiendo a esa p´erdida diversas correcciones o atenuaciones adicionales
en funci´on de las caracter´ısticas espec´ıficas del medio de propagaci´on, como
son: presencia de obst´aculos, desvanecimientos, interferencia por lluvia, gases
atmosf´ericos, etc.
En radio-enlaces micro-ondas se tiene que:
Lbf (dB) = 92,45 + 20 log f(GHz) + 20 log d(km) (6)
Sacando los valores de longitud de los vanos dado en la Tabla 14, utilizando
la Ecuaci´on 6, se tiene la Tabla 15
Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5
Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686
Espacio Libre Lbf (dB) 142,939 144,049 136,199 144,987 140,091
Cuadro 15: Atenuaci´on en el espacio libre para cada vano.
5.3.2. Gases y Vapores Atmosf´ericos
En trayectos troposf´ericos las mol´eculas de O2 y H2O absorben energ´ıa elec-
tromagn´etica, produciendo una atenuaci´on que puede ser muy elevada en ciertas
frecuencias. Esta atenuaci´on adicional s´olo tiene importancia en frecuencias su-
periores a 10GHz.
En los trayectos poco inclinados, pr´oximos al suelo, la atenuaci´on debido a
estos efectos se calcula mediante la expresi´on:
22. 5.3 C´alculo de las Atenuaciones 22
Aa = γa.d (7)
donde γa es la atenuaci´on espec´ıfica (dB/km) y d, la distancia. El par´ametro
γa se desglosa en dos:
γa = γ0 + γw (8)
donde γ0 y γw son las atenuaciones espec´ıficas del ox´ı geno y el vapor de
agua, respectivamente y se han representado en la Figura 13
10
0
10
1
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
10
2
Atenuaciónespecífica(dB/km)
Frecuencia, f(GHz)
Atenuación específica debida a los gases atmosféricos
o
(O2
)
w
(H2
O)
a
Figura 13: Atenuaci´on espec´ıfica debida a los gases atmosf´ericos
En la Figura 13 se observa que tanto el O2 como el H2O presentan crestas de
elevada atenuaci´on que corresponden a las frecuencias de resonancia molecular.
La recomendaci´on UIT-R P.676 proporciona expresiones para el c´alculo de
γ0 y γw.
En el caso de aire seco, la atenuaci´on γ0 en dB/km viene dada por:
γ0 =
7,27rt
f2 + 0,351r2
pr2
t
+
7,5
(f − 57)
2
+ 2,44r2
pr5
t
f2
r2
pr2
t × 10−3
(9)
para f ≤ 57GHz
23. 5.3 C´alculo de las Atenuaciones 23
en donde:
f : frecuencia GHz
rp = p/1013
rt = 288/(273 + t)
p : presi´on (hPa)
t : temperatura (◦
C)
En el caso de vapor de agua, la atenuaci´on γw en dB/km viene dada por:
γw =
3,27 × 10−2
rt + 1,67 × 10−3 ρr7
t
rp
+ 7,7 × 10−4
f0,5
+ 3,79
(f−22,235)2+9,81r2
prt
+ 11,73rt
(f−183,31)2+11,85r2
prt
+ 4,01rt
(f−325,153)2+10,44r2
prt
f2
ρrprt×10−4
(10)
para f ≤ 350GHz.
donde ρ es la densidad de vapor de agua (g/m3
).
La Figura 13 hecha con Matlab, muestra la atenuaci´on espec´ıfica de 1 a
57GHz a nivel del mar para aire seco y para vapor de agua con una densidad
de 7, 5g/m3
, Presi´on a 1013hPa y Temperatura a 15◦
C, se pueden sacar los
siguientes valores para nuestra frecuencia de inter´es (19GHz):
γo = 9,134 × 10−3
γw = 6,386 × 10−2
γa = 7,297 × 10−2
(11)
Sacando los valores de longitud de los vanos dado en la Tabla 14, utilizando
la Ecuaci´on 7 y la atenuaci´on hallada en la Ecuaci´on 11, se realiza la Tabla 16
de Atenuaci´on debida a los gases y vapores atmosf´ericos.
Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5
Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686
Atenuaci´on Espec´ıfica γa (dB/km) 7, 297 · 10−2
7, 297 · 10−2
7, 297 · 10−2
7, 297 · 10−2
7, 297 · 10−2
Atenuaci´on Adicional Aa (dB) 0,555 1,460 0,591 1,626 0,925
Cuadro 16: Atenuaci´on Adicional para cada vano
5.3.3. Atenuaci´on por lluvia
Puede producirse atenuaci´on como resultado de la absorci´on y dispersi´on
provocadas por hidrometeoros como la lluvia, la nieve, el granizo y la niebla.
Aunque puede hacerse caso omiso de la atenuaci´on debida a la lluvia para fre-
cuencias por debajo de unos 5 GHz, debe incluirse en los c´alculos de dise˜no a
frecuencias superiores, en las que su importancia aumenta r´apidamente.
Para radio-enlaces terrenales, la Recomendaci´on UIT-R P.530, establece el
siguiente procedimiento para evaluar la atenuaci´on por lluvia rebasada durante
un porcentaje de tiempo p %. Tal atenuaci´on es:
A(R, p) = γ(R, p) · Lef (12)
24. 5.3 C´alculo de las Atenuaciones 24
donde γ(R, p) es la atenuaci´on espec´ıfica(dB/km) para la intensidad de lluvia
R(mm/h) y el porcentaje de tiempo p( %) y Lef (km) es a longitud efectiva del
trayecto.
La atenuaci´on espec´ıfica se calcula, seg´un la Recomendaci´on UIT-R P-838,
en funci´on de la intensidad de la lluvia mediante la ley potencial:
γ = k · Rα
p (13)
Las constantes k y α dependen de la frecuencia y la polarizaci´on. Seg´un la
Recomendaci´on UIT-R P.838, se calculan mediante las siguientes expresiones:
log k =
4
j=1
g(aj, bj, cj, f) + mk · log f + ck (14a)
α =
5
j=1
g(aj, bj, cj, f) + mα · log f + cα (14b)
donde:
g(aj, bj, cj, f) = aj · exp −
log f − bj
cj
2
(15)
f : Frecuencia (GHz).
k : kH o kV .
α : αH o αV .
La variable R de (13), es la intensidad de lluvia (mm/h) excedida el p %
de tiempo, con un tiempo de integraci´on de 1 minuto y se obtiene a partir
de estad´ısticas de lluvia. Del siguiente LINK estimamos el valor de R0,01 =
45mm/h para el departamento de Guaira y Caazap´a.
La longitud efectiva se calcula mediante la expresi´on:
Lef =
d
1 + d/d0
(16)
donde, para el 0,001 % del tiempo y una intensidad de lluvia menor que
100mm/h:
d0 = 35 · exp(−0,015R0,001) (17)
Si se conoce la atenuaci´on excedida el 0,01 % del tiempo, puede calcularse su
valor para otros porcentajes de tiempo, en la gama de 0,001 % a 0,1 %, mediante
la expresi´on:
Ap = A0,01 · 0,12 · p−(0,546+0,043·log p)
(18)
Sacando los valores e longitud de los vanos dado en la Tabla 14, utilizando
las ecuaciones 12, 13 y 16 se obtiene a siguiente Tabla 17 que representa la
atenuaci´on para cada vano:
25. 5.4 Par´ametros de Referencia 25
Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5
Longitud del Vano (km) 7,608 20,009 8,105 22,290 12,686
Atenuaci´on Espec´ıfica γ (dB/km) 4,733 4,733 4,733 4,733 4,733
Longitud Efectiva Le (km) 8,856 9,425 5,570 9,903 7,410
Atenuaci´on por lluvia (dB) 41,919 44,611 26,367 46,871 35,073
Cuadro 17: Atenuaci´on debida a la lluvia para cada vano
5.3.4. Resumen de las Atenuaciones
En la Tabla 18 se tiene un resumen de las atenuaciones:
Atenuaciones Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5
Difracci´on (dB) 0 0 0 0 0
Vegetaci´on (dB) 0 0 0 0 0
Espacio Libre (dB) 142,939 144,049 136,199 144,987 140,091
Gases (dB) 0,555 1,460 0,591 1,626 0,925
Lluvia (dB) 41,919 44,611 26,367 46,871 35,073
Cuadro 18: Resumen de las atenuaciones para cada vano
5.4. Par´ametros de Referencia
Los par´ametros de mayor relieve por su influencia en los c´alculos de calidad
del enlace son los siguientes:
5.4.1. Potencia de Transmisi´on
Es la potencia entregada por el amplificador del transmisor a los circuitos
de acoplamiento la antena. De la Tabla 4 se tiene que:
PT = 25dBm
5.4.2. P´erdida de acoplamiento
Son p´erdidas en los circuitos de acoplamiento a la antena del transmisor y
receptor. Se suelen llamar p´erdidas en terminales. Consideramos la longitud del
cable coaxial es de unos 5 metros adem´as de la altura de cada antena que se
puede ver en la Tabla 14, la longitud de la gu´ıa de onda consideremos 1 metro.
La atenuaci´on de las mismas se pueden ver en las Tablas 1 y 2. La f´ormula es
la siguiente para el transmisor:
LT T = LDF T + αt · lt
La f´ormula an´aloga para el receptor:
LT R = LDF T + αr · lr
26. 5.4 Par´ametros de Referencia 26
donde:
LT T (dB) : P´erdida total en los elementos terminales del transmisor.
LDF T (dB) : P´erdida en duplexores, circuladores y filtros del transmisor.
αt(dB/m) : Atenuaci´on unitaria en el alimentador de antena.
lt(m) : Longitud del alimentador de antena.
Los resultados de cada vano vemos en a Tabla 19
Torre LT T (dB) LT R (dB)
Villarica 1,223 -
˜Numi 0,857 0,898
Torre3 0,794 0,596
Caazap´a 1,754 0,556
Bertoni 0,989 1,158
Yegros - 0,727
Cuadro 19: P´erdida de acoplamiento
5.4.3. Ganancia de la antena
De la Tabla 4 se tiene que:
GT = GR = 39,5dBi
5.4.4. P´erdida b´asica de propagaci´on
Se puede ver en la Tabla 15.
5.4.5. Potencia Recibida
La potencia recibida se define a la entrada del amplificador RF del receptor.
Se calcula mediante la ecuaci´on de balance de enlace:
PR(dBm) = PT (dBm) − LT T (dB) + GT (dB) − Lb(dB) + GR(dB) − LT R(dB)
Torre PR (dBm)
˜Numi -42,359
Torre3 -35,049
Caazap´a -35,100
Bertoni -44,760
Yegros -37,743
Cuadro 20: Potencia recibida en el receptor.
27. 5.4 Par´ametros de Referencia 27
5.4.6. Tasa de Bits
Transmitiremos 16 canales E1, cada una de ellas equivale a 2048 kilobits,
por lo tanto:
BR = 2048kb · 16 = 32Mbps
5.4.7. Ancho de Banda
El ancho de banda por cada radiocanal se define como:
BW = K · F · Vb · R (19)
Donde:
K : Factor de Modulaci´on. Considerado 1 para QPSK.
F : Factor de especificaci´on, considerado normalmente igual a 1.5 para
QPSK
Vb : Tasa de bits de transmisi´on.
R : Factor de anchura de banda (R = 1/log2M), M = 4 para QPSK.
Aplicando la f´ormula, se tiene que:
BW = 24MHz
5.4.8. Factor de ruido del Receptor
Sacado de la p´agina del fabricante.
FR = 7,0dB
5.4.9. Umbral del Receptor
Th3 = −174 + BW + FR + 10 log BR
Th3 = −68dBm
28. 6 An´alisis de Calidad y de Disponibilidad 28
6. An´alisis de Calidad y de Disponibilidad
Uno de los objetivos de los radioenlaces digitales es conseguir la longitud
´optima de vano compatible con la cumplimentaci´on de las cl´ausulas de las Re-
comendaciones del UIT-R en cuanto a indisponibilidad y calidad. Es obvio de
cuanto mayor sea la longitud, se requerir´an menos equipos y emplazamientos
para establecer una ruta dada, con la consiguiente ventaja econ´omica.
Se ha llegado a la conclusi´on tras numerosas experiencias y pruebas que
los efectos de las precipitaciones tienen a determinar cada vez m´as la longitud
admisible del vano a trav´es de los objetivos de interrupci´on del radio-enlace
(indisponibilidad) para frecuencias superiores a unos 10GHz.
Como los eventos de errores que afectan a la indisponibilidad son relativa-
mente largos en comparaci´on con el desvanecimiento multitrayecto se realizan
por separado las evaluaciones de indisponibilidad y de fidelidad (calidad de er-
ror).
6.1. Evaluaci´on de la Indisponibilidad
6.1.1. Indisponibilidad del Equipo
El c´alculo de la indisponibilidad debida a los equipos, UE, es complicado.
Adem´as de los equipos en s´ı, interviene la propia composici´on del radioenlace.
La indisponibilidad de equipo es, entonces:
UE =
N
i=1
Usi (20)
donde:
Usi : Indisponibilidad de la secci´on de conmutaci´on i-´esima, cuyo valor es:
Usi = 2Ui (21)
Ui es la indisponibilidad para cada sentido de transmisi´on, en cuyo c´alculo
intervienen la indisponibilidad del radiocanal, de los elementos de conmutaci´on
y de los elementos de diversidad.
La fiabilidad est´a relacionada con el tiempo que transcurre entre aver´ıas
sucesivas del equipo. Est´a dada por:
p(t) =
1
τ
exp (−t/τ) (22)
Al par´ametro τ se le denomina tiempo medio entre fallos, se designa por
MBTF (Mean Time Between Failures) y constituye una caracter´ıstica de cada
equipo y una expresi´on de su fiabilidad.
Para establecer la indisponibilidad del equipo es necesario introducir el con-
cepto de tiempo medio de reparaci´on, que se designa por MTTR (Mean Time To
Repair), y que es el valor medio del tiempo que transcurre entre la producci´on
de una aver´ıa y el restablecimiento de la operaci´on del equipo.
29. 6.2 Objetivos de la Indisponibilidad 29
El fabricante no facilita el valor de los mismos, estimamos que el valor de
MTBF = 50.000 Horas y MTTR = 2.5 horas.
La indisponibilidad del equipo viene dado por:
U( %) =
MTTR
MTBF + MTTR
· 100 (23)
UE = 0,005 %
La indisponibilidad se eval´ua para atenuaci´on por lluvia y en frecuencias
superiores a 10GHz. El c´alculo se realiza vano a vano, sum´andose los porcentajes
de indisponibilidad de cada vano. El porcentaje total, resultante de la suma, se
compara con un valor objetivo calculado para la longitud total del enlace. A
continuaci´on se representa una metodolog´ıa de c´alculo para un vano gen´erico de
distancia d(km):
1. Se eval´ua la indisponibilidad de equipo. Sea UE( %) el valor obtenido.
Explicado en la Secci´on 6.1.1.
2. Se obtiene del fabricante el valor del umbral de recepci´on Th3 para la BER
10−3
. Se obtuvo en la Secci´on 5.4.9.
3. Se calcula el margen para desvanecimiento plano:
M3 = Pt − LT T + GT − Lb + GR − LT R − Th3 (24)
Para el vano en estudio se calcula la atenuaci´on por lluvia excedida el 0,01 %
del tiempo A0,01 explicado en la Secci´on 5.3.3
Empleando la Ecuaci´on 18 se calcula la atenuaci´on para el p % del tiempo.
Se iguala esta atenuaci´on al margen M3 de 24 y resulta:
M3 = 0,12 · A0,01 · p−(0,546+00,043 log p)
(25)
Se resuelve esta ecuaci´on cuya inc´ognita es p( %), el valor obtenido es la
indisponibilidad de propagaci´on Up( %). La indisponibilidad del vano es UE +
Up( %)
6.2. Objetivos de la Indisponibilidad
La Recomendaci´on UIT-R F.1703, establece los objetivos de indisponibilidad
para enlaces inal´ambricos fijos digitales reales, utilizados en las conexiones y
trayectos ficticios de referencia de 27.500km, sobre la base de los par´ametros
caracter´ısticos de error de la Recomendaci´on UIT-R F.1668.
30. 6.3 Evaluaci´on de la Calidad 30
Vano 1 Vano 2 Vano 3 Vano 4 Vano 5
Lbf (dB) 142,939 144,049 136,199 144,987 140,091
LT T (dB) 1,223 0,857 0,794 1,754 0,989
LT R (dB) 0,898 0,596 0,556 1,158 0,727
M3 (dB) 28,94 28,498 36,451 26,101 32,193
A0,01(dB) 41,919 44,611 26,367 46,871 35,073
Up ( %) 0,02563 0,03094 0,004015 0.04282 0,01248
UE ( %) 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005
U = 2Up + UE ( %) 0,03563 0,04094 0,01401 0,0582 0,02248
Cuadro 21: Tabla de Indisponibilidad para cada vano.
6.2.1. Resumen de Indisponibilidad
Seg´un la Recomendaci´on UIT-R F.1703 el valor m´aximo de porcentaje de
indisponibilidad es de 0.05 % para un tramo de acceso y una longitud l´ımite
de 250km. La longitud total de nuestro enlace es de 80.3km. Casi todos los
vanos verificados en la Tabla 21 cumplen con los objetivos excepto el vano 4,
esto se da por 2 motivos, primero por la longitud del vano se ve en la Tabla 18
es la superior a todas, esto hace que el Lbf sea mayor ya que es directamente
proporcional a la distancia, segundo, la atenuaci´on por lluvia es excesiva, esto se
puede ver de la Figura 13, nuestra frecuencia de operaci´on de 19GHz est´a muy
cerca de la resonancia molecular del HO y O2 que ronda los 24GHz, por eso
al estar operando cerca de ´esta frecuencia las atenuaciones son mayores. Una
soluci´on r´apida ser´ıa acortar la longitud del vano.
6.3. Evaluaci´on de la Calidad
La evaluaci´on de la calidad se realiza para cada vano, obteni´endose el por-
centaje de tiempo, sumando los porcentajes correspondientes a todos los vanos
y comparando el resultado con la especificaci´on de calidad de la Tabla 22.
Valores Objetivo
Par´ametros R < VP 1,5 ≤ R ≤ 5 5 ≤ R ≤ 15
ESR 0,04C 0,04C 0,05C
SESR 0,002C 0,002C 0,002C
BBER - 2C10−4
2C 10−4
Cuadro 22: Objetivos de calidad de error.
Utilizando la notaci´on de la Rec. 1668, los objetivos se expresan en funci´on
de las constantes B y C, cuyos valores est´an comprendidos en la gama 0,075 a
0,085 (7,5 % a 8,5 %).
Deben tenerse en cuenta los desvanecimientos plano y selectivo, de forma
que, para cada vano, el porcentaje de tiempo total PT T , ser´a igual a la suma
31. 6.3 Evaluaci´on de la Calidad 31
de los porcentajes PT P y PT S correspondientes a los desvanecimientos plano y
selectivo, respectivamente.
PT T = PTP + PT S (26)
Para radioenlaces digitales de peque˜na capacidad (< 34Mbit/s) como la
nuestra, se eval´ua solamente el porcentaje para desvanecimiento plano:
PT T = PT P P0 · 10−M3/10
· 100 (27)
donde M3 es el margen bruto de desvanecimiento dado por:
M3(dB) = C(dBm) − Th3(dBm) (28)
donde:
CdBm : Potencia Recibida, hallado en la Secci´on 5.4.5. Th3dBm : Umbral,
hallado en la Secci´on 5.4.9.
P0 que es la probabilidad de desvanecimiento para el mes m´as desfavorable.
Usando el m´etodo de Mojoli,se tiene que:
P0 = 0,3 · a · b ·
f
4
·
d3
503
(29)
donde a depende del clima, como tenemos un clima templado a = 1. f(GHz)
es la frecuencia, d(km) longitud de cada vano y b es un par´ametro que depende de
la influencia del terreno. Si s es la ondulaci´on del terreno, entonces, b = (s/15)1,3
.
Vano s(m) b P0 PT T
1 14.7044 1.0262 0.9980 0.002723
2 15.4006 0.9663 1.3788 0.000699
3 11.4750 1.4166 0.1343 0.000069
4 13.4459 1.1528 2.2740 0,0010784
5 10.4508 1.5996 0.5817 0.000548
Cuadro 23: Caracter´ısticas de desvanecimiento de los vanos en el mes m´as des-
favorable.
6.3.1. Resumen de Calidad
Observando la Tabla 22, tomando el peor caso (B = 0.085 y C = 0.085), se
tiene el valor de ESR = 0.0034 que es el valor m´as pesimista, comparando los
valores de PT T de la Tabla 23 vemos que todos los valores son menores a ´este
´ultimo, por lo tanto, siendo que se cumple la calidad deseada.
32. 7 Est´andares de los equipos terminales 32
7. Est´andares de los equipos terminales
7.0.2. Trama E1
E1 es una interfaz de comunicaciones diferenciales usando dos pares (TX y
RX) conectados a trav´es de un ´unico conector RJ-48C o el uso de dos conexiones
coaxiales (TX y RX) a trav´es de dos conectores BNC.
El protocolo E1 se cre´o hace muchos a˜nos ya para interconectar troncales
entre centrales telef´onicas y despu´es se le fue dando otras aplicaciones hasta
las m´as variadas que vemos hoy en d´ıa. La trama E1 consta en 32 divisiones
(time slots) PCM (pulse code modulation) de 64k cada una, lo cual hace un
total de 30 l´ıneas de tel´efono normales mas 2 canales de se˜nalizaci´on, en cuanto
a conmutaci´on. Se˜nalizaci´on es lo que usan las centrales para hablar entre ellas
y decirse que es lo que pasa por el E1.
El ancho de banda se puede calcular multiplicando el n´umero de canales,
que transmiten en paralelo, por el ancho de banda de cada canal:
canales × (ancho por canal) = 32canales × 64kbps = 2048kbps (30)
Una casilla de tiempo (TS0) es reservado para efectos de segmentaci´on, y
transmite alternadamente un patr´on arreglado. Esto permite al receptor detectar
el inicio de cada trama y encontrar cada canal en el turno. Los est´andares
permiten que se realice un chequeo de redundancia c´ıclica a trav´es de todos los
bit transmitidos en cada segmento, para detectar si el circuito est´a perdiendo
bits (informaci´on), pero esto no siempre es usado. 2
Una casilla de tiempo (TS16) es usualmente reservada para prop´ositos de
se˜nalizaci´on, para controlar la configuraci´on de la llamada y desmonte de acuer-
do a varios protocolos est´andar de telecomunicaciones. Esto incluye se˜nalizaci´on
de canales asociados (Channel Associated Signaling - CAS) en donde un juego
de bits es usado para replicar la apertura y cerrada del circuito (como si se
descolgara y se marcara en un tel´efono anal´ogico). Sistemas m´as recientes usan
se˜nalizaci´on de canal com´un (Common Channel Signaling - CCS)como ISDN
o sistema de se˜nalizaci´on n´umero 7 (SS7 - Signalling System 7) el cual env´ıa
peque˜nos mensajes codificados con m´as informaci´on de la llamada, incluyendo
Identificador de llamada (Caller ID), tipo de transmisi´on requerida etc. ISDN
es usado normalmente entre nodos locales de telefon´ıa y negocios principales,
mientras que SS7 es casi exclusivamente usado entre nodos y operadores. SS7
puede manejar hasta 4096 circuitos por canal de se˜nalizaci´on, de esa manera es
levemente m´as eficiente en el uso total de la transmisi´on del ancho de banda.
A diferencia de los anteriores sistemas T-carrier desarrollados en Norteam´eri-
ca, todos los 8 bits de cada muestreo est´an disponibles en cada llamada. Esto
permite el sistema E1 ser usado igualmente bien para circuitos de llamadas de
datos, sin riesgos de p´erdidas de informaci´on.
Resumiendo, un E1 equivale a 2048 kilobits en el vocabulario tecnol´ogico
convencional. Hoy contratar una trama E1 significa contratar el servicio de 30
l´ıneas telef´onicas digitales para nuestras comunicaciones.
33. 8 Verificaci´on de Interferencia 33
El E1 se usa en todo el mundo excepto Canad´a, Estados Unidos y Jap´on.
7.0.3. G.703
G.703 es un est´andar de la UIT-T que define las caracter´ısticas f´ısicas y
el´ectricas de la interfaz para transmitir voz o datos sobre canales digitales como
E1 (hasta 2048 Kbit/s). Las interfaces G.703 son utilizadas, por ejemplo, para
la interconexi´on de routers y multiplexores.
G.703 se suele transportar sobre cables equilibrados de par trenzado de
120 ohm terminados en conector RJ-48C. Sin embargo, algunas compa˜n´ıas
telef´onicas usan cables no balanceados (dos cables coaxiales de 75 ohmios), tam-
bi´en permitido por G.703.
8. Verificaci´on de Interferencia
Las interferencias de RF producen a la entrada de un receptor de radioenlace
se˜nales no deseadas que pueden afectar la calidad de funcionamiento. Pueden
clasificarse seg´un diversos criterios:
Atendiendo su generaci´on, puede distinguirse entre interferencias
Intrasistema.
Intersistema
Las primeras se generan en el propio sistema de radio-enlace, fundamen-
talmente como consecuencia de re-utilizaci´on de frecuencias, aunque tambi´en
pueden deberse a acoplamientos indeseables en el interior de los equipos ra-
dioel´ectricos, a efectos de no linealidades en los circuitos de acoplo comunes y
a respuestas par´asitas de los receptores.
El segundo grupo comprende aquellas interferencias producidas entre dos o
m´as sistemas diferentes, terrenales o espaciales.
Puede clasificarse tambi´en la interferencia, seg´un la posici´on relativa de la
se˜nal interferente respecto a la deseada (UIT-R I.779) en:
1. Interferencia en el mismo canal o cocanal. Son interferencias debida a una
fuente modulada o no, de frecuencia pr´oxima a la de portadora deseada.
2. Interferencia en un canal adyacente. Se trata de una interferencia prove-
niente de un canal contiguo al deseado, en el Plan de canalizaci´on.
8.1. C´alculo de la relaci´on Portadora/Interferencia
Es necesario evaluar la relaci´on de potencias se˜nal deseada/se˜nal interferente
a la entrada del receptor interferido, denominada relaci´on portadora/interferencia
y designada abreviadamente por C/I (dB). Se aplica para ello la ecuaci´on de
balance de trayecto de la se˜nal interferente, teniendo en cuenta las atenucaciones
adicionales debidas a:
34. 8.2 Relaci´on Portadora a Ruido Normalizada 34
Efecto de los filtros de RF del transmisor y receptor cuanto la interferencia
no es cocanal.
Discriminaci´on angular de las antenas de emisi´on y recepci´on para el
trayecto interferente.
La relaci´on portadora interferencia se puede obtener por:
C/I(dB) = PT D + GT D − AP D − PT I − GT I + AP I − DT I − DRI (31)
donde:
PT D;T I : Potencias transmitidas de la se˜nal deseada y la interferente.
GT D;T I : Ganancias de las antenas transmisoras deseada e interferente.
AP D;P I : Atenuaciones de propagaci´on de la se˜nal deseada y la interferente
DT I;T D : Discriminaci´on de la antena transmisora interferente y de la antena
de recepci´on a la se˜nal interferente por apuntamiento.
8.2. Relaci´on Portadora a Ruido Normalizada
En los radio-enlaces digitales las interferencias, en general, no tienen un nivel
suficiente para producir errores en los circuitos de decisi´on. En consecuencia, la
interferencia, como tal, no suele producir errores.
Puede calcularse la magnitud de la degradaci´on de la tasa de errores en
presencia de interferencia, cuando se conoce la distribuci´on estad´ıstica de la
amplitud de la se˜nal interferente recibida. El c´alculo, aunque abordable, es muy
laborioso. Una estimaci´on aproximad, aunque pesimista, se basa en considerar
a la se˜nal interferente con un ruido gaussiano que se suma en potencia a la se˜nal
de ruido t´ermico.
Peb =
1
2
Erfc
c
n + i
=
1
2
Erfc
1
n
c + i
c
(32)
donde c/i es la relaci´on portadora/interferencia a la entrada del receptor
interferido y c/n la relaci´on portadora/ruido. En la pr´actica, se suelen utilizar
curvas obtenidas mediante mediciones o simulaciones, que dan el incremento
de W necesario para mantener la probabilidad de error Peb determinada en
presencia de interferencia, en funci´on portadora/interferencia.
Se puede ver en la Figura 14 curvas de valores de BER en funci´on de W
para los siguientes casos:
Caso ideal, sin limitaci´on de banda.
Caso real, sin interferencia (C/I) = ∞).
Con interferencia cocanal de diferente intensidad.
A partir de gr´aficas como la anterior (para una modulaci´on determinada)
y en funci´on de la BER deseada y el valor de la C/I obtenemos el valor de la
relaci´on portadora/ruido normalizada necesaria.
35. 8.3 Control de las interferencias 35
Figura 14: Relaci´on Portadora a Ruido Normalizada
8.3. Control de las interferencias
La interferencia en el mismo canal por sobrealcance dentro de un mismo
sistema o entre redes diferentes, puede reducirse eligiendo convenientemente el
emplazamiento de las antenas y procurando que sus l´obulos laterales y posteri-
ores de radiaci´on sean reducidos. en nuestro caso, el F/B Ratio es de 70dB, que
es mayor que el recomendado (65dB).
8.4. Gesti´on de la Potencia de RF
La administraci´on de la potencia de RF es una caracter´ıstica de dise˜no que
controla el nivel de potencia [t´ıpicamente expresado en dBm] de la se˜nal de
recepci´on, en el receptor, proveniente de un transmisor. El objetivo tradicional
de la ”gesti´on de potencia” es el asegurar que el nivel de la se˜nal de RF en
recepci´on es suficientemente robusta para mantener el radio enlace operando,
aun bajo condiciones ¸cambiantes/adversas” de clima y de propagaci´on.
Las IDUs de los equipos WNI-IP incorpora una t´ecnica llamada AdTPC, que
permite al Tx transmitir a un nivel m´ınimo de potencia necesario para mantener
en enlace a pesar de las condiciones adversas de propagaci´on e interferencia. La
IDU est´a dise˜nada y fabricada para no exceder el valor m´aximo de potencia
permitida. El prop´osito del controlar la potencia, es la de minimizar el valor de
la potencia de transmisi´on, cuando son suficientes para la comunicaci´on. ATPC
36. 9 Propuesta de Stock de Respuestos 36
tambi´en extiende el concepto de control de potencia, controlando no solo el
nivel de potencia de RF sino que tambi´en, la calidad de la se˜nal [relaci´on se˜nal
a ruido].
Las t´ecnicas tradicionales de gesti´on de la potencia de RF tales como Con-
trol Constante de la Potencia Transmitida [CTPC], y Control Autom´atico de
la Potencia Transmitida [ATPC] transmiten a un nivel alto de potencia para
compensar los efectos adversos de desvanecimiento e interferencia. Sin embargo,
estas t´ecnicas contin´uan operando a niveles altos de potencia - aun cuando las
condiciones adversas pudieron haber desaparecido, Radios que operen a un nivel
alto de potencia, causar´an interferencia en otras radios, aun si la fuente [Tx]
esta a muchas millas del receptor. Niveles de alta interferencia pueden degradar
la calidad de la se˜nal hasta el punto en que los radio-enlaces llegan a ser no
confiables y la disponibilidad de comunicaci´on se ve afectada.
En contraste a ATPC, la t´ecnica TPC ajusta din´amica-mente la potencia de
salida considerando el nivel actual y la calidad de la se˜nal. La IDU monitorea
constantemente el nivel de RF recibido para mantener una tasa de error de
10−12
[BER] bajo condiciones cambiantes de propagaci´on e interferencia. Cada
IDU puede detectar cuando ha habido una degradaci´on en el nivel de calidad de
la se˜nal de Rx, y ajustar el nivel de la potencia de Tx, en el terminal remoto.
AdTPC provee la potencia m´axima en instantes de alta interferencia y desvanec-
imiento, y m´ınima potencia cuando las condiciones mejoran. Una potencia de
Tx a nivel m´ınimo reduce la interferencia co-canal y de canal adyacente, con
otros dispositivos de RF que est´en en la misma ´area.de servicio, asegurando
de paso, el uso ´optimo del espectro. El beneficio que resulta de esto, es que
los operadores pueden instalar un mayor n´umero de radio-enlaces en un ´area
peque˜na.
Como no tenemos datos de la interferencia del lugar ya sea por otro enlace
cercano o por mediciones de campo como interferencias causadas por sat´elites
y/o otro tipo de interferencia, s´olo nos limitamos a describir y caracterizar las
interferencias que pueden existir y algunas ventajas que tiene el equipo selec-
cionado para contrarrestar esto.
9. Propuesta de Stock de Respuestos
Para calcular esta parte de propuesta de stock se necesitar´a supervisi´on y
monitoreo de los equipos, es decir, un procedimiento de atenci´on y reparaci´on
de averias.
El concepto de operaci´on y mantenimiento involucra dos aspectos impor-
tantes:
Operaci´on : Se refiere a las mediciones de tr´aficos o anchos de banda,
mediciones para diagn´osticos asi como eleboraci´on de estadisticas que per-
mitan optimizaciones del sistema.
Mantenimiento :Se refiere a todas las acciones y esfuerzos que se real-
izan para que el equipo funcione adecuadamente y sin interrupci´on. Todos
37. 9 Propuesta de Stock de Respuestos 37
involucran el suministro de respuestos y equipos en caso de ser necesario.
Para el c´alculo de los respectivos lotes de repuesto, Alcatel utiliza el siguiente
procedimiento:
La unidad de repuesto utilizada para sustituir la unidad averiada es rein-
tegrada (al almac´en de repuestos) con la misma unidad averiada despu´es
de su reparaci´on.
Para cada tipo de unidad presente o sustituible, el n´umero de las unidades
de repuestos est´a determinado en funci´on de los siguientes factores:
• Tiempo medio de reparaci´on de la unidad averiada.
• Probabilidad de que las unidades de repuesto sean ”suficientes”.
Por tiempo medio de reparaci´on se entiende el tiempo que transcurre desde
el momento en que un repuesto se utiliza, hasta que la unida averiada sustituida
vuelve de la reparaci´on m´as los tiempos administrativos y de transporte asoci-
ados a este proceso. No se debe confundir con el MTTR usado en el c´alculo de
indisponibilidad que es de algunas horas.
Por probabilidad de que las unidades de repuestos sean ”suficientes” se en-
tiende a la probabilidad que exista una unidad de repuesto cuando se la necesite.
Las hip´otesis de c´alculo son las siguientes:
Los procesos de aver´ıa y reparaci´on se verifican en condiciones de equilibrio
estad´ıstico.
Las unidades averiadas son enviadas a reparaci´on lo m´as pronto posible
y cada unidad es reparada y reexpedida de manera independiente de las
otras.
Cuando las unidas de repuesto est´an agotadas no est´a previsto alg´un pro-
cedimiento especial de suministro, se espera que las partes vuelvan de la
reparaci´on.
Considerando las hip´otesis arriba mencionadas:
1 − P ≤
(N · R
MT BF )S+1
(S + 1)!
S+1
k=0
(N · R
MT BF )k
k!
Tenemos que:
S: N´umero de unidad de repuestos.
N: N´umero de las unidades presentes en el sistema respecto de las cuales
se calculan los repuestos (poblaci´on).
38. 9 Propuesta de Stock de Respuestos 38
MTBF: Tiempo medio entre dos fallas de la unidad.
R: Tiempo medio de reparaci´on.
P: Probabilidad de que las unidades de repuestos sean suficientes.
Nosotros queremos que la probabilidad de que las unidades de respuestos sean
suficientes para la IDU por ejemplo sean del P ≥ 99,99 % y lo que hacemos es
calcular la probalidad para distintos valores de S, N = 6, MTBF = 8 a˜nos
69120 horas, R = 2 meses 1440 horas.
Reemplazando en la ecuaci´on determinamos que la probabilidad de que las
unidades de repuestos sean suficientes para los siguientes valores de S. es:
Para S = 1, P ≥ 99,3103 %
Para S = 2, P ≥ 99,9713 %
Para S = 3, P ≥ 99,9991 %
Con 3 equipos de reserva se puede cubrir el 99,99 % de cualquier fallas de
equipo.
39. 10 Conclusi´on 39
10. Conclusi´on
En el mundo moderno, la conexi´on inal´ambrica es muy habitual. En este
trabajo mostramos como se lleva a cabo un radioenlace que es una de las her-
ramientas m´as habituales para la comunicaci´on de hoy dia haciendo una con-
cexion entre el emisor y el receptor utilizando como medio de propagacion el
espacio libre.
Entender los elementos de un enlace en terminos de ganancias o p´erdidas es
crucial para implementar una red inalambrica que funcione en forma confiable,
por ejemplo las p´erdidas mas grandes del enlace se producen en la propagaci´on
del espacio libre debido a la atenuaci´on geometrica de la se˜nal. Se utiliz´o las
mayores consideraciones posibles como definir la mejor ruta del enlace para
lograr una buena propagaci´on de la se˜nal, realizando el relevamiento del perfil
del terreno y el an´alisis de las Zonas de Fresnel. Las estimaciones de condiciones
ambientales se realizan como promedio para una zona especifica del terreno.
Es necesario un amplio conocimiento de la herramienta usada y su adaptaci´on
a los equipos que se van a usar eligiendo asi el equipo optimo para cumplir los
requirimientos planteados.
La sensibilidad del receptor es un par´amentro que indica el valor m´ınimo de
potencia que se necesita para alcanzar una cierta tasa de bit y en nuestro trabajo
estaba en el rango que habitualmente se necesitan para que funcione de manera
optima. Una vez realizado el estudio y dise˜no detallados de un radioenlace, se
obtuvieron buenos resultados para la implementaci´on del mismo.
40. REFERENCIAS 40
Referencias
[1] Transmisi´on por radio 6ta Edici´on. Jos´e M. Hernando R´abanos.
Madrid, febrero del 2008.
[2] http://www.itu.int/pub/R-REC/es.
[3] PDF: Ingenieria de Sistemas de Radioenlaces de Microondas.