Radioenlaces terrenales 2da parte

Propagación de Ondas
RADIOENLACES FIJOS TERRENALES 2
Javier Mart´ınez1
1 Universidad Técnica Particular de Loja
Loja, Ecuador
1jfmartinez1@utpl.edu.ec
20 de junio de 2018
Javier Mart´ınez (UTPL) Propagación de Ondas 20 de junio de 2018 1 / 40

´Indice
1 RADIOENLACES FIJOS TERRENALES
Repetidores Pasivos
Balance de un radioenlace
Par´ametro importantes de radioenlaces
Disponibilidad y calidad

RADIOENLACES FIJOS TERRENALES
´Indice
Repetidores Pasivos

RADIOENLACES FIJOS TERRENALES Repetidores Pasivos
´Indice
Repetidores Pasivos

REPETIDORES PASIVOS
CARACTERÍSTICAS
Usados para cambiar la dirección del rayo
Se usan cuando no es posible instalar un repetidor activo
Pueden ser constituidos por :
Dos antenas parabólicas adosadas
Un reflector plano: se salva un obstáculo mediante reflexión lateral
Montaje periscópico: usa un reflector en campo próximo evitar la
instalación de la antena a gran altura
[Hernando, 2013, Cap.5,p.316-317]

Consideraciones Generales
DOS ANTENAS PARABÓLICAS ADOSADAS
lt =
4π
√
d1d2
λ
4
.
1
4
i=1 gi
(1)
En dB la pérdida de transmisión será :
Lt(dB) = 2[92,45+20 log f(GHz)+20 log d1d2(km)]−
4
i=1
Gi(dB) (2)
[Hernando, 2013, Cap.5,p.318]

Repetidores Pasivos
DOS ANTENAS PARABÓLICAS ADOSADAS
Si las ganancias de las 4 antenas son iguales G se pueden reducir a :
Lt(dB) = 2[92,45 + 20 log f(GHz) + 20 log d1d2(km) − 2G] (3)
Advertencia
La perdida de transmisión experimenta un incremento considerable. Salvo
excepciones no es recomendable el uso de este tipo de repetidor pasivo
Ejercicio
Se requiere utilizar un repetidor pasivo con dos parábolas de 2 m de
diámetro, k = 0.55 en vanos d1 = 10 km y d2 =20 km en la frecuencia de
6 GHz. Calcular la pérdida de trasmisión.Suponga espacio libre
Revisar:
[Hernando, 2013, Cap.5,p.318-319]

Repetidores Pasivos
REFLECTOR PLANO
Las antenas parabólicas pueden ser reemplazadas por un reflector plano.
Ltp(dB) = 142+40 log d1d2(km)−20 log[ab cos(α/2)]]−G1 −G2 (4)
Donde : ab es el área del reflector, α ángulo de incidencia, G1 y G2
ganancia de antenas.
[Hernando, 2013, Cap.5,p.319-320]

Repetidores Pasivos
REFLECTOR PLANO
Ejemplos:
http://www.lavoz.com.ar/tecno/mira-como-hicieron-para-llevar-4g-la-quiaca

Repetidores Pasivos
REFLECTOR PLANO
Ejemplos:
Ejercicio
Se requiere utilizar un repetidor plano de dimensiones a=3m y b= 2 con
un ángulo α = 80o,la ganancia de antenas es de 39.4 dB. Sean d1 = 10
km y d2 =20 km. Calcular la pérdida de trasmisión.Suponga espacio libre

RADIOENLACES FIJOS TERRENALES Balance de un radioenlace
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Repetidores Pasivos

RADIOENLACES FIJOS TERRENALES Balance de un radioenlace
BALANCE DEL RADIOENLACE
Prx(dBm) = Ptx(dBm)−Ltt(dB)+Gt(dBi)−Lbf +Gr(dBi)−Ltr (5)
Ltt y Ltr incluyen la pérdida por alimentador, inserción de
circuladores, duplexores, filtros, etc.
Si existen pérdidas por difracción LD se deberá incluirlas en el cálculo.
Si la f > 10 GHz se debe añadir la atenuación por gases atmosféricos
Aa
Si la f > 7 GHz se debe calcular la indisponibilidad debido a
precipitaciones, se verá más adelante. La A0,01 se usará en otro
cálculo por lo que no se toma para el cálculo de la Prx.
Se presentan otras pérdidas que no pueden calcularse fácilmente por
lo que es necesario, establecer un adecuado margen.

RADIOENLACES FIJOS TERRENALES Par´ametro importantes de radioenlaces
´Indice
Repetidores Pasivos

PARÁMETROS DE UN RADIOENLACE
RELACIÓN PORTADORA/RUIDO
Relación entre potencia de portadoras y ruido a la entrada del
demodulador
Se denomina Relación portadora/ruido
Se simboliza como C/N
Ruido captado por antena es ruido térmico
Todos los elementos pasivos están a temperatura de referencia T0
Adicionalmente contribuye el factor de ruido fr del receptor
La temperatura de ruido TR será :
TR =
T0
ltr
+
T0(ltr − 1)
ltr
+ T0(fr − 1) = T0.fr (6)

RELACIÓN PORTADORA/RUIDO
La potencia de ruido se obtiene de la siguiente manera:
n = K.T0.fr.bt (7)
Donde :
K es la constante de Boltzman.
bt ancho de banda de la transmisión en Hz
Luego la relación portadora ruido en dB:
C
N
= 10. log
Pr
n
= 10. log
Pr
kT0frbt
(8)

RELACIÓN ENERGÍA RECIBIDA POR BIT Y DENSIDAD
ESPECTRAL DE RUIDO
En radioenlaces digitales se utiliza Eb/N0 en vez de la C/N
Este valor está en función del velocidad binaria útil del enlace vb
Luego:
Eb
N0
= 10. log
Pr
n
= 10. log
Pr
kT0frvb
(9)
Donde vb es la velocidad binaria en bps.

ANCHURA DE BANDA RADIOENLACES DIGITALES
Depende de la velocidad binaria y el tipo de modulación
Anchura de banda se bt será:
bt = F.vb.R (10)
Donde:
F: Factor especificación de filtrado. Filtro coseno alzado F = 1 + α donde
α: es parámetro de ca´ıda progresiva del filtro (0 ≤ α ≤ 1)
vb: velocidad binaria antes del proceso de modulación.
R: factor de anchura de banda. R = 1
log2M , donde M es el número de
niveles de la modulación.

Ejemplo 1
Se tiene un radioenlace digital con velocidad de 34 Mbps con modulaci´on
4PSK y ﬁltros de coseno alzado con α = 0,5

Ejemplo 1
Se tiene un radioenlace digital con velocidad de 34 Mbps con modulaci´on
4PSK y ﬁltros de coseno alzado con α = 0,5
Observaciones
Se requiere un gran ancho de banda a mayores velocidades.
Mediante modulaciones se optimiza el ancho de banda

PROBABILIDAD DE ERROR Peb
En enlaces digitales se denomina BER
Bit Error Ratio
Un BER = 10−3 significa 1 bit con error cada 1000 bits
Un BER = 10−6 significa 1 bit con error cada 1000000 bits
Depende de la Eb/N0 y del tipo de modulación
Ruido es de caracter´ıstica Gaussiana conocido como AWGN
(Adaptative White Gaussian Noise)
Se modela la propagación en un canal gaussiano
[Hernando, 2013, Cap.5,p.334-339]

PROBABILIDAD DE ERROR Peb
Si se hace que W = Eb/N0 en dB
Los valores de W son:
[Hernando, 2013, Cap.5,p.334-339]

POTENCIA DE UMBRAL O UMBRAL DE RECEPCIÓN Urx
Valor de potencia de recepción correspondiente a una tasa de error
BER
Depende del valor de W = Eb/N0
Se calcula mediante la siguiente fórmula:
Urx(dBm) = W(dB) + Fr(dB) + 10 log Vb(bps) − 174 (11)
Por lo general los fabricantes facilitan los valores de umbral.
Suele indicarse el Urx para un BER de 10−6 y 10−3
El umbral teórico se aproxima al real adicionando 5 a 8 dB.
[Hernando, 2013, Cap.5,p.334-339]

Ejemplo
Si se tiene un radioenlace digital con un velocidad de 34 Mbps, con un
receptor con Fr = 7 dB y modulaci´on QPSK, para un BER 10−3
[Hernando, 2013, Cap.5,p.334-339]

Ejemplo
Si se tiene un radioenlace digital con un velocidad de 34 Mbps, con un
receptor con Fr = 7 dB y modulaci´on QPSK, para un BER 10−3
Soluci´on
Urx = 6,8 + 7 + 10 log(34000000) − 174 = −85 dBm (12)
[Hernando, 2013, Cap.5,p.334-339]

RADIOENLACES FIJOS TERRENALES Disponibilidad y calidad
´Indice
Repetidores Pasivos

DISPONIBILIDAD Y CALIDAD
TRAYECTOS Y CONEXIONES DIGITALES FICTICIOS DE
REFERENCIA UIT-T G.801 Y G.826
HRX Hipotetical Reference Connections
HRP Hipotetical Reference Path
Modelos estudiar la calidad en redes digitales
Todo trayecto de red digital forma parte de una red m´as grande

CALIDAD DE ERRORES Y DISPONIBILIDAD
CALIDAD DE RADIOENLACE
Grado en que el radioenlace estar´a en condiciones de proporcionar el
servicio para el que fue dise˜nado.
Se establecen dos aspectos en la calidad de un radioenlace.

Disponibilidad
Fidelidad

Disponibilidad
Fidelidad
DISPONIBILIDAD
Probabilidad de un equipo o sistema se encuentre en condiciones de
funcionamiento en un momento dado. Un sistema estar´a cierto periodo de
tiempo disponible y el resto indisponible.

INDISPONIBILIDAD
Se establece un umbral de indisponibilidad que al ser rebasado
provoca interrupción o degradación.
Si Tind > T0 donde T0 es un tiempo de referencia, entonces el
sistema está indisponible.
La indisponibilidad total será:
UT =
Tind
T
x100 [ %] (13)
Donde:
T es el tiempo total de observación, generalmente de un mes(peor mes) o
un año.

INDISPONIBILIDAD
Si tiempo de microinterrupciones y degradación < T0 se producen errores
en los bits es decir es la fidelidad de la señal.
La fidelidad de la señal se expresa en un porcentaje determinado de bits
errados, es decir se supera un BER establecido (BER > 10−3)
La ITU-T G.826 establece los siguientes eventos de caracter´ıstica de error
para TRAYECTOS:
EB (Error Block): Si un bloque tiene uno a más errores.(Bloque es
una agrupación de bits)

INDISPONIBILIDAD
para TRAYECTOS:
ES (Errored Second): segundo con uno o mas EB

INDISPONIBILIDAD
para TRAYECTOS:
SES (Severely Errored Second): segundo contiene 30 % o m´as de EB.
Es un subcojunto de ES

INDISPONIBILIDAD
para TRAYECTOS:
SES (Severely Errored Second): segundo contiene 30 % o m´as de EB.
Es un subcojunto de ES
BBE (Background Block Error): Bloque con error que no se produce
como parte de un SES.

INDISPONIBILIDAD
Ejemplo
Si se transmiten 1000 bloques, con un tiempo de observaci´on de 10 se detectan bloques
errados EB indicados en la tabla. ¿Cu´antos ES,SES y BBE se presentan?

INDISPONIBILIDAD
Ejemplo
Si se transmiten 1000 bloques, con un tiempo de observación de 10 se detectan bloques
errados EB indicados en la tabla. ¿Cuántos ES,SES y BBE se presentan?
La solución es:
ES = 7
SES = 2
BBE = 280

INDISPONIBILIDAD
para CONEXIONES:
ES (Errored Second): segundo con uno o más errores de bits, o donde
se detecta LOS (Loss Of Signal) o indicación de alarma (AIS)
SES (Severely Errored Second): segundo en el que la tasa de errores
de bits BER > 10−3 o donde se detecta LOS (Loss Of Signal) o
indicación de alarma (AIS)
Parámetros de caracter´ıstica de error
ESR (Errored Second Ratio): relación entre los ES y el total de
segundos de tiempos disponible, durante un intervalo de medición
fijo(peor mes)
SES (Severely Errored Second Ratio): relación entre los SES y el total
de segundos de tiempos disponible, durante un intervalo de medición
fijo(peor mes)

CRITERIOS DE INDISPONIBILIDAD
La ITU-T G.821 establece que:
Indisponibilidad por cada sentido del enlace
Periodo de indisponibilidad comienza con el 1ero de 10 segundos con
SES consecutivos.
Disponibilidad comienza con el 1ero de 10 eventos sin SES
consecutivos. Y forman parte del tiempo disponible
Eventos con SES menores a 10 segundos solo intervienen cálculo de
fidelidad
Si un enlace bidireccional estará indisponible si uno de sus sentidos lo
está.
[Hernando, 2013, Cap.5,p.353-354]

CRITERIOS DE INDISPONIBILIDAD
[Hernando, 2013, Cap.5,p.353-354]

OBJETIVOS DE DISPONIBILIDAD
La ITU-R F.1703 establece que:
El tramo nacional del HRP se subdivide en:
Sección de acceso, de corto alcance y largo alcance
Acceso desde la terminal hasta un nodo local
Corto alcance desde un nodo local a un nodo de mayor orden
jerárquico
Porcentaje de tiempo indisponible UR
Para sección de acceso se establece que :
UR(Indisponibilidad) < 0,05 %
Para sección de corto alcance se establece que :
UR(Indisponibiliad) < 0,04 %
[Hernando, 2013, Cap.5,p.353-354]

OBJETIVOS DE CALIDAD DE FIDELIDAD
La ITU-R F.1668 establece que:
Se establece el periodo de observación en el peor mes
Para la sección de corto alcance:(0, 0075 ≤ B ≤ 0, 085)
Para la sección de acceso:(0, 0075 ≤ C ≤ 0, 085)

CALCULO DE INDISPONIBILIDAD Y CALIDAD
El multitrayecto produce SES aislados que generalmente son eventos
que no superan los 10s y no se consideran en el c´alculo de
disponibilidad.
Multitrayecto se considera para el c´alculo de la calidad en el peor mes.
SESR =
pw
100
x 2592000 [seg/mes] (14)
Ejm: SESR ≤ 39 seg/mes(15 a 55 Mbps)
Indisponibilidad total
UT = UP + UE (15)
Donde
UP Indisponibilidad anual por lluvia
UE Indisponibilidad anual por equipos
[Hernando, 2013, Cap.5,p.353-354]

CALCULO DE INDISPONIBILIDAD POR LLUVIA
Una vez calculada la A0,01, la indisponibilidad por lluvia UP se calcula
mediante:
C3(log Up)2
+ C2(log Up) + log
M
C1A0,01
= 0 (16)
Rango de valor v´alido de respuesta : −3 ≤ log UP ≤ 0 luego:
UP = 10log Up
[ %] (17)
Donde : M es el margen del enlace M = Prx − Urx [dB]
C1 = (0,07C2
)0,12(1−C0)
(18)
[Hernando, 2013, Cap.5,p.179,p.353]

CALCULO DE INDISPONIBILIDAD POR LLUVIA
C2 = 0,855C0 + 0,546(1 − C0) (19)
C3 = 0,139C0 + 0,043(1 − C0) (20)
C0 =
si f ≥ 10 GHz 0,12 + 0,4 log(f/10)0,8
si f < 10 GHz 0,12
(21)
[Hernando, 2013, Cap.5,p.179,p.353]

CALCULO DE INDISPONIBILIDAD POR EQUIPOS
Es la probabilidad de que un equipo falle.
Se calcula para todas las frecuencias. Un enlace con f < 7 GHz su
indisponibilidad solo se deberá a los equipos.
Parámetro MTBF (Main Time Before Failure)
Parámetro MTTR (Main Time To Repair) según la ubicación y diseño
del equipo y su facilidad de acceso
La indisponibilidad por equipos será :
UE =
MTTR
MTBF + MTTR
x100 [ %] (22)

EJEMPLO 1
Calcular la indisponibilidad y calidad si se tiene un radioenlace digital
monovano.Verificar que se cumplan los criterios de la ITU-R
1 Visión directa
2 Distancia d= 5 km, f=38 GHz, Pol. Vertical, Vel=50 Mbps
3 Ptx = 12 dBm
4 Urx(BER = 10−3) = -83 dBm
5 Gt = Gr = 40 dBi
6 Ltt = Ltr=0.5 dB
7 Equipos con MTBF = 50000 horas y MTTR = 5 horas
8 A0,01 = 42.8 dB
9 Atenuaciones espec´ıficas γo = 0.036 dB/km, y γw=0.087 dB/km.

OBSERVACIONES FINALES
Si se tiene varios vanos la indisponibilidad total de un radioenlace ser´a
la suma de todos los vanos.

SES se producen con BER > 10−3 pero en realidad la se˜nal empieza a
degradarse con un BER > 10−6 es recomendable dise˜nar con el Urx a
esa tasa de error.

SES se producen con BER > 10−3 pero en realidad la señal empieza a
degradarse con un BER > 10−6 es recomendable diseñar con el Urx a
esa tasa de error.
Si bien la ITU-R plantea criterios de disponibilidad y calidad m´ınimos,
generalmente en los SLA se plantean criterios más estrictos.Ejm:
Disponibilidad del 99.999-99.9999 %

Bibliograf´ıa
[Hernando, 2013] Hernando, J. M. (2013).
Transmisión por Radio. 7ma Edición.
Editorial Universitaria Ramón Aceres, 7ma edition.

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