Enlace
Satélital
a.
Describa las características generales de
un enlace satelital y diagrámelo.
Trabajan en una frecuencia de entre 3 y 30
GHz. Las frecuencias más empleadas son las bandas (rango) L: 1 GHz, Ku 11/12
GHz, C: 4/6 GHz; y Ka: 20/30 GHz. Tienen una demora aproximada de ¼ de segundo
para la propagación (se conoce como retardo), tiempo que pasa entre que se
envía la señal y se devuelve desde el satélite. Le afectan los efectos
atmosféricos y necesita una potencia alta de transmisión. Las principales aplicaciones
son:
·
Servicio telefonía básica.
·
Telefonía móvil de tipo marítimo,
terrestre-satelital y aeronáutico.
·
Emisión de vídeo y sonido, TV, etc.
·
Meteorología y exploración de la Tierra y
el Espacio.
·
Transmisión de datos vía satélite.
Enlace punto a punto por satélite:
En
el enlace punto a punto, una antena envía la onda electromagnética a un
satélite que reflejará la señal en otra antena receptora actuando a modo de
espejo.
Los diferentes tipos de tecnología punto a
punto por satélite son los siguientes:
·
SCPC
(single cannel per carrier):
Es una tecnología empleada en los enlaces
punto a punto por satélite donde se asigna una señal a cada canal de
transmisión por donde se enviará una señal portadora por cada canal para
establecer la topología punto a punto. Permite la transmisión de datos, voz y
vídeo. La velocidad de envío y señal la establecen los operadores del satélite
que prestan estos servicios. Las dos estaciones remotas quedan comunicadas
entre sí directamente a través de únicamente un salto satelital. Permiten
velocidades desde 64 kbps a más de 100 Mbps. Se componen de los siguientes
componentes:
·
Módem satelital:
Trabaja a una señal de 70 MHz de
frecuencia. Utiliza protocolos como el V.35, el RS232, etc.
·
IDU - unidad de interior: se conecta a la
circuitería exterior (antena, electrónica situada en el exterior, etc.) llamada
ODU. En trasmisiones digitales de datos se conectará al hardware de red
(router, switch, host).
7. Multidifusión por satélite Los
servicios de tipo difusión permiten efectuar comunicaciones entre diversos
puntos, siendo un emisor con capacidades de emisión y recepción y muchas
estaciones con únicamente capacidad de recepción. Estas estaciones pueden ser
el punto de entrada a un único usuario o distribuida hacía varias personas. El
mejor ejemplo está en la emisión de señal de televisión por satélite, donde un
proveedor de señal distribuye vía satélite el contenido y muchos usuarios, a
través de sus antenas parabólicas, reciben esta señal. La difusión por satélite
comienza a partir de los años 80 en EE. UU. Para la transmisión de televisión,
ya que por medio de un satélite se pueden abarcar grandes distancias. Se
utilizan dos bandas de frecuencias para la difusión por satélite, la banda C en
el rango de frecuencias entre 4 y 6 GHz y la banda Ku en el rango de
frecuencias de entre 12 y 17 GHz. La banda Ku resuelve problemas de la banda C,
como el empleo de mayores antenas receptoras, motivo por el cual actualmente se
utiliza casi en exclusiva la banda Ku. La multidifusión por satélite requiere
de tres elementos básicos para poder operar:
Transmisor:
el transmisor es quien envía la señal original a transmitir hacia todos los
receptores. Debe ser suficientemente potente para que el satélite, que es el
siguiente paso, pueda recibir la señal sin demasiadas pérdidas. Suelen ser los
canales de televisión o sonido comerciales.
Satélite:
el satélite actúa a modo de repetidor, ya que recibe la señal y la vuelve a
enviar. Puede utilizar técnicas de multiplexación para trabajar.
Con múltiples señales hacia un mismo
destino. Los satélites suelen operar en una órbita llamada geoestacionaria a
una altura de unos 36.000 kilómetros de la Tierra, desde donde pueden abarcar
extensas zonas de coberturas.
Receptores:
los receptores son antenas parabólicas de diferentes tamaños con la electrónica
necesaria para tratar la señal recibida. Los receptores pueden ser a nivel
individual o colectivo, permitiendo que la gran población pueda recibir la
señal de origen enviada por el transmisor, habitualmente señal de televisión
comercial o audio.
b.
Describa las características generales de
un enlace terrestre por microondas.
Las microondas terrestres no siguen el
curso de la Tierra, así que se emplea el sistema de visión directa. Por lógica
angular, cuanto más altas sean o estén situadas las antenas (en colinas,
montañas, etc.), más ángulo podrán tener para ver la antena receptora.
Trabajan en una
frecuencia de entre 1 y 300 GHz. Retransmiten información digital por modulación
analógica de frecuencia, aunque ya se están empezando a emplear técnicas de
envío digital. La velocidad de transmisión típica por frecuencia es de entre 1
y 10 Mbps, alcanzando actualmente velocidades de hasta 300 Mbps.
Las principales aplicaciones
de este sistema son:
Telefonía básica móvil:
los teléfonos móviles funcionan ya que una red de antenas terrestres conforman
una zona donde es posible comunicarse a través de un receptor o móvil que capta
y envía a través de microondas datos a las antenas, permitiendo comunicarse
telefónicamente incluso en movimiento.
Transmisión de datos:
el protocolo más frecuente es el 802.11xx (b, g, n, etc.). Ejemplo: Wi-Fi.
Empleada para comunicarse con dispositivos inalámbricos. Requieren una estación
o antena (habitualmente un dispositivo llamado router inalámbrico) que emite en
una frecuencia específica dependiendo del estándar. Los dispositivos que
permita conectarse tendrán acceso de igual modo que si fuera una red cableada.
Canales de TV y emisión
de vídeo: transmiten señales de TV así como
transmisión de vídeo y audio a través de microondas. Permiten trabajar tanto en
analógico como en digital. Suelen contar con capacidad para enviar diversas
transmisiones por diferentes canales.
c.
Consulte y describa los pasos para diseñar
un radioenlace.
Además de la
elección de los equipos de radio y de sus parámetros de funcionamiento, los
factores más importantes que determinan las prestaciones de un sistema fijo de
acceso inalámbrico son la buena situación de las antenas, la correcta
planificación del enlace radioeléctrico y la elección de un canal libre de
interferencias. Sólo con una buena planificación del enlace entre antenas puede
conseguirse evitar las interferencias y los desvanecimientos de la señal,
alcanzando una alta disponibilidad en el sistema.
La planificación
del enlace radioeléctrico de un sistema de radiocomunicaciones comienza con el
cálculo del alcance. Para ello se deben conocer la banda de frecuencias, las
características climáticas de la zona y las especificaciones técnicas de los
equipos de radio: potencia del transmisor, ganancia de las antenas, sensibilidad
del receptor, tasa de error, disponibilidad, etc. Este cálculo del alcance del
sistema constituye una primera estimación teórica que deberá verificarse tras
la instalación de los equipos. La utilización de aplicaciones informáticas de
simulación con cartografías digitales del terreno y de los edificios constituye
Una potente
herramienta de ayuda en la planificación. Valiéndose de las mismas es posible determinar
las mejores localizaciones para instalar las antenas y estimar su alcance o
cobertura, así como los posibles niveles de interferencia que provienen de
otros emplazamientos vecinos, especialmente en el caso de sistemas celulares o
de acceso radio punto a multipunto. Posteriormente, las visitas a los posibles emplazamientos
permiten determinar su aptitud para albergar los equipos de
radiocomunicaciones.
Las frecuencias
utilizadas habitualmente por los radioenlaces fijos exceden de 1 GHz. Por lo
tanto, estos sistemas se incluyen dentro de la categoría de sistemas terrenales
con visión directa (LOS, Line-Of- Sight). La característica de visibilidad
directa o LOS proviene de la dificultad de las señales de radio de alta
frecuencia para propagarse bordeando esquinas o para difractarse en torno a
obstáculos. Es decir, debe existir un camino directo sin obstáculos para la
propagación de la señal radio entre las antenas transmisora y receptora. Si
desde el emplazamiento de una de las antenas puede verse la otra, entonces se dice
que existe visión directa. Normalmente, suelen visitarse los posibles
emplazamientos y comprobarse la existencia de visión directa como fase previa a
la instalación de los equipos de comunicaciones.
En el caso de
enlaces de corto alcance, la visión directa puede limitarse simplemente a una
cuestión de qué altura deben tener las torres o mástiles donde se sitúen las
antenas. Sin embargo, es evidente que ello no constituye la solución más
sencilla o económica. En cambio, resulta más práctico la búsqueda de zonas geográficas
prominentes con buena visibilidad o edificios altos, lugares ideales para la
instalación de estaciones base que deben concentrar el tráfico de múltiples
enlaces punto a punto. Ahora bien, las antenas no siempre se encuentran en
edificios altos, y lo que ocurre más a menudo, ambos extremos del enlace es
difícil que se encuentren simultáneamente en lugares favorables.
Para comprobar la
existencia de visión directa entre las antenas, deben visitarse los emplazamientos
donde se tiene previsto instalarlas y realizar una serie de comprobaciones y
tareas que se detallan a Continuación:
·
Determinación
de las coordenadas exactas de los extremos del radioenlace (latitud, longitud y
altura sobre el terreno) ayudándose de un receptor GPS.
·
Determinación
de la orientación del enlace e indicación sobre un mapa de la zona. Esto
ayudará a la localización de posibles obstáculos y elementos significativos
sobre el mapa.
·
En
el caso de enlaces de corto y medio alcance se puede comprobar la existencia de
visión directa con ayuda de unos prismáticos. La localización visual del otro
extremo del enlace puede realizarse con ayuda de una brújula o valiéndose de
alguna marca o elemento significativo del mapa. Se debe tener cuidado con los
campos magnéticos generados por los motores de las salas de máquinas de los ascensores
de la azotea y que pueden falsear la lectura de la brújula. Si no se
consiguiera identificar visualmente el otro edificio donde se va a situar la
antena, puede servir de ayuda una segunda persona situada en dicho edificio y
que emita algún tipo de destello de luz, con un espejo por ejemplo, en el caso
de un día soleado.
·
En el caso de falta de visión directa
debido a algún tipo de obstáculo, resulta necesario determinar la altura del
mástil para evitar la obstrucción. El procedimiento que suele emplearse es
similar al anterior, solo que ahora puede utilizarse por ejemplo un globo de
helio de color llamativo y sujeto por una cuerda. Una persona situada en el
extremo opuesto va elevando el globo hasta que resulte visible a través de los
prismáticos.
·
Una vez asegurada la visión directa,
conviene comprobar que la primera zona de Fresnel se encuentra libre de
obstáculos. En este caso conviene prever que el entorno resulta cambiante con
el tiempo y con la época del año: construcción de nuevos edificios, árboles que
crecen, nieve que se acumula en los tejados en invierno, tráfico aéreo, etc.
Adicionalmente, se debe asegurar que no existe ningún obstáculo cerca de la
posición de ambas antenas. En especial, superficies metálicas u otras antenas transmisoras
dirigidas hacia la nuestra. Resulta interesante documentar todas las
comprobaciones por medio de fotografías que puedan ayudar posteriormente.
·
Lamentablemente, en el caso de
radioenlaces de más de unos 8 km resulta difícil realizar este tipo de
comprobaciones visualmente, por lo que se debe acudir a otros métodos. La
solución consiste en conseguir mapas con perfiles de la zona o utilizar
aplicaciones informáticas con mapas digitales del terreno. En este caso, las
coordenadas exactas de los extremos del enlace resultan de vital importancia.
Un factor importante de degradación en
sistemas que operan a altas frecuencias lo constituye la vegetación existente
en las inmediaciones del radioenlace. En ciertas ocasiones, el radioenlace
puede verse accidentalmente obstruido por árboles o incluso azoteas de
edificios en entornos urbanos. En estos casos, el campo electromagnético
presente en la antena receptora puede modelarse como la suma de la onda directa
proveniente del transmisor, y multitud de pequeñas ondas dispersadas por los
edificios adyacentes y por las hojas de los árboles cercanos. Dado que las
fases de estas ondas son aleatorias, las señales resultantes pueden estimarse
de forma estadística. El resultado final de sumar todas las contribuciones
suele modelarse mediante una distribución de Nakagami-Rice.
En general, la gran variedad de edificios, tipos de
terreno y vegetación a considerar en una determinada zona susceptible de
instalar un sistema de radiocomunicaciones, hace que sea extremadamente difícil
proporcionar reglas de diseño generales para estimar la cobertura. La
utilización de herramientas informáticas de trazado de rayos y de modelado de
obstáculos a partir de información preliminar sobre la zona reduce la
complejidad de diseño del sistema. Sin embargo, la realización de mediciones experimentales
es indispensable para validar los modelos y proporcionar confianza a los
resultados de las predicciones.
d. Describa el tipo de condiciones del
entorno que afecta los radioenlaces: Espacio libre, zonas de fresnel,
propagación, penetración a medios, desvanecimientos, ecos, reflexiones, ruido,
interferencias, lluvia, absorción, y todos aquellos que considere pertinentes;
incluya su descripción matemática.
Atenuación causada por gases atmosféricos
e hidrometeoros
Otro tipo de factores que
también deben tenerse en cuenta son los atmosféricos y meteorológicos. En los radioenlaces
troposféricos se producen atenuaciones de la señal durante su propagación,
causadas por la absorción y dispersión en hidrometeoros como la lluvia, la
nieve, el granizo o la niebla. Estos efectos son especialmente importantes en
el caso de sistemas que trabajan a frecuencias milimétricas. Aunque la atenuación
causada por la lluvia puede despreciarse para frecuencias por debajo de 5 GHz,
ésta debe incluirse en los cálculos de diseño a frecuencias superiores donde su
importancia aumenta rápidamente.
La atenuación específica
debida a la lluvia puede calcularse a partir de la Recomendación UIT-R 838. Dicha
atenuación es ligeramente superior para polarización horizontal que para
vertical. Esto se debe simplemente a la forma que adquieren las gotas de lluvia
por el rozamiento experimentado durante la caída. Para la predicción de la
atenuación producida por la lluvia se necesita información sobre las estadísticas
de intensidad de precipitación. En la Rec. UIT-R PN.837-1 se proporcionan
valores de intensidad de lluvia excedidos durante determinados porcentajes de
tiempo y para distintas zonas hidrometeorológicas mundiales. En el caso de
España, estas son las llamadas zonas H y K. Por ejemplo, Madrid se encuentra en
la zona H, mientras que Valencia se encuentra en la zona K. La Rec. UIT-RP.530-7
establece el procedimiento para calcular la atenuación producida por la lluvia
a largo plazo.
Los cálculos de la
atenuación por lluvia en un radioenlace se utilizan para realizar el diseño de
cobertura o alcance del sistema de radiocomunicaciones dado un cierto valor de
disponibilidad o calidad de servicio. Por ejemplo, supongamos un radioenlace
funcionando a una frecuencia de 40 GHz con polarización vertical. Las pérdidas
de propagación del sistema serán, en una primera aproximación, las pérdidas en
espacio libre, las pérdidas por absorción atmosférica y las pérdidas por
lluvia. Suponiendo una potencia transmitida de +23 dBm, una ganancia de la
antena transmisora de 12 dB, una ganancia de la antena receptora de 30 dB y una
sensibilidad del receptor de −75 dBm, se tiene un valor máximo para las pérdidas
de propagación de 140 dB. A partir de este requisito se puede calcular el
alcance o cobertura de nuestro sistema. En este caso, para una disponibilidad
del 99,99%, se obtiene una cobertura de 1,4 km.
La atenuación por niebla
está gobernada por las mismas ecuaciones que en el caso de la lluvia. La principal
diferencia es que la niebla puede modelarse como un conjunto de gotas de agua
muy pequeñas en suspensión (con radios variables entre 0,01 y 0,05 mm). Para
frecuencias por debajo de 300 GHz la atenuación producida por la niebla es
linealmente proporcional al contenido total de agua por unidad de volumen para
cada frecuencia. Una concentración de 0,032 g/m3 corresponde a un nivel de
niebla que permite visibilidad a unos 700 m. Por otro lado, una concentración
de 0,32 g/m3 permite visibilidad a algo más de 100 m. El nivel máximo de
contenido de agua se sitúa en torno a 1 g/m3, con densidades considerablemente
menores para la mayor parte de las nieblas. Para una frecuencia de 100 GHz, la atenuación
en el caso de niebla densa es de tan solo 1 dB/km. Por lo tanto, en el diseño
de radioenlaces con suficiente margen de señal para evitar la atenuación por
lluvia, la niebla no constituirá un factor de limitación.
Por otra parte, la
atenuación de las microondas al atravesar nieve en polvo es al menos un orden
de magnitud inferior que para la lluvia considerando la misma tasa de
precipitación. No obstante, la atenuación para la nieve húmeda es comparable a
la de la lluvia e incluso superior en la banda de frecuencias milimétricas.
Medidas experimentales han demostrado valores de atenuación en torno a 2 dB/km
para 35 GHz y una tasa de precipitación de 5 mm/h. Para nieve en polvo la
atenuación es dos órdenes de magnitud inferior. Debido a la gran cantidad de
variables involucradas, en particular el contenido de agua relativo, resulta
difícil especificar la atenuación en función de la tasa de precipitación de una
forma simple. En todo caso, se recomienda emplear radomos en zonas de fuertes
nevadas para evitar la acumulación de hielo y nieve en la superficie de las
antenas, ya que pueden provocar niveles de atenuación importantes.
Finalmente, los vapores
de agua y de oxígeno no condensados poseen líneas de absorción en la banda de frecuencias
de microondas y de ondas milimétricas. Por ello existen frecuencias donde se
produce una gran atenuación separada por ventanas de transmisión donde la
atenuación es mucho menor. En el caso del vapor de agua, se producen fuertes
líneas de absorción para longitudes de onda de 1,35 cm, 1,67 mm e inferiores.
En el caso del oxígeno, las longitudes de onda de los picos de absorción son
0,5 y 0,25 cm. La atenuación debida al efecto conjunto de los vapores de agua y
oxígeno es aditiva. En aquellas bandas donde los valores de atenuación exceden
los 10 dB/km el alcance de las comunicaciones se encuentra enormemente
limitado. Pero escogiendo adecuadamente las frecuencias de trabajo es posible
obtener niveles de atenuación muchos menores: por ejemplo, a 30 GHz la
atenuación es inferior a 0,1 dB/km. Para frecuencias por encima de 300 GHz, en
cambio, la atenuación mínima es todavía elevada (6 dB/km o más) e impone una
gran restricción en el caso de enlaces terrestres con visión directa. Sin
embargo, determinadas aplicaciones especializadas tales como comunicaciones
secretas de corto alcance (entornos "indoor" a 60 GHz) o enlaces
entre satélites (no afecta la atenuación atmosférica) se aprovechan del uso de
la banda de frecuencias milimétricas. Estas longitudes de onda cortas
posibilitan el uso de antenas de alta ganancia muy compacta que compensan parte
de las pérdidas introducidas.
Jiménez, Camacho, Rafael. Análisis del mercado de
productos de comunicaciones (UF1869), IC Editorial, 2014. ProQuest Ebook
Central,
http://ebookcentral.proquest.com/lib/unadsp/detail.action?docID=4310535.
Created from unadsp on 2017-11-19 11:16:38.
Bava, J. A. (2013). Antenas reflectoras en
microondas. Buenos Aires, AR: D - Editorial de la Universidad de La Plata.
(pp. 58-162). Recuperado de:
Francisco Ramos Pascual. Profesor Titular de la Universidad
Politécnica de Valencia. http://www.radioptica.com
