Comunicaciones en la Banda de Microondas

SUMARIOBanda de Microondas, Parmetros y Sub bandas de microondas.Caractersticas de la microondas.Diagrama de Bloques de un sistema de microondas.Repetidores de microondas.Diversidad y Trayectoria.Ecuaciones de Balance de Energa.

LA BANDA DE MICROONDASLa banda SHF (Super Altas Frecuencias), tiene su banda desde 3 GHz a 30 GHz

BandaLongitud de Onda InferiorLongitud de Onda SuperiorSHF

LA BANDA DE MICROONDASDe donde proviene el nombre de MICROONDAS?

ESTAN EN EL RANGO DE 10 mm A 100 mm

LAS SUB-BANDAS DE MICROONDAS

BandaGHzNombre AnteriorNombre Actual1 a 2LD2 A 3 SE3 a 4SF4 a 6CG6 a 8CH8 a 10XI10 a 12,4XJ12,4 a 18KuJ18 a 20KJ20 a 26,5KK26,5 a 40KaK

SUB-BANDAS DE MICROONDAS DE USO MILITAR

Nombre de BandaBanda de FrecuenciasP225 a 390 MHzL390 a 1550 MHzS1,5 a 5,2 GHzX5,2 a 10,9 GHzK10,9 a 36 GHzQ36 a 46 GHzV46 a 56 GHz

La banda SHF tiene como caractersticas ms relevantes: Haces muy directivos Se requiere muy poca potencia de Tx Se afectan mucho por la atmsfera Las antenas utilizadas son parablicas Poseen gran ancho de bandaCARACTERISTICAS DE LA BANDA DE MICROONDAS

DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE UN SISTEMA RADIO DE MICROONDAS FM

DIAGRAMA SIMPLIFICADO DE RADIO DE MICROONDAS FMLa banda base es la seal compuesta que modula la portadora de FM y puede incluir uno o ms de los siguientes: a) Canales de banda de voz con multicanalizacin por divisin de frecuencia: FDM. b) Canales de banda de voz con multicanalizacin por divisin de tiempo: TDM. c) Telfono de imgenes o video compuesto con calidad de radiodifusin. d) Datos de banda ancha.

LIMITACIONES QUE PRESENTA LAS MICROONDAS DE FMLa distancia permisible entre TX y RX depende de: a) Potencia de salida del transmisor. b) Umbral de ruido del receptor. c) Terreno. d) Condiciones atmosfricas. e) Capacidad del sistema. f) Objetivos de confiabilidad. g) Expectativas de funcionamiento.

REPETIDORES DE RADIOMICROONDAS DE FMCuando la distancia entre Tx y Rx es tan grande que no permite que la seal de RF sea de los niveles adecuados para ser demodulada eficientemente y no es posible incrementar los niveles de potencia, se hace uso de los repetidores, etapas de relevo de la seal ubicados entre Tx y Rx originales

REPETIDORES DE RADIOMICROONDAS DE FMUn repetidor de microondas es un receptor y un transmisor colocados espalda con espalda o en tndem con el sistema. Tpicamente, la distancia est entre 15 y 40 millas (24 y 64 Km)

TIPOS DE REPETIDORES DE MICROONDASHay dos tipos de repetidores de microondas: a) Repetidores de banda base b) Repetidores de IF

REPETIDOR DE BANDA BASEEn este caso la portadora de RF recibida: i) Se convierte a una frecuencia de IF ii) Se amplifica iii) Se filtra iv) Se demodula a banda base La seal de banda base es demodulada permitiendo que ella (la seal de banda base) se vuelva a configurar para cumplir con las necesidades de ruteo de la red general de comunicaciones.

REPETIDOR DE BANDA BASESe recibe la seal de RF, se lleva a IF y se demodula hasta banda base. La banda base se puede volver a configurar con otras seales.El repetidor demodula la RF a banda base, la amplifica y le da nueva forma. Luego se modula la portadora de FM

REPETIDOR DE IFLa portadora de RF recibida se convierte en forma descendente a una frecuencia de IF, se amplifica y, con nueva forma, se convierte ascendentemente a una frecuencia de RF, y luego se retransmite.

DIVERSIDADDiversidad sugiere que hay ms de una ruta de transmisin, o mtodo de trasmisin disponibles entre un transmisor y un receptor. En un sistema de microondas, el objetivo de usar diversidad es aumentar la confiabilidad del sistema, aumentando su disponibilidad.

DIVERSIDAD

Confiabilidad (%)Tiempo de interrupcion (%)Tiempo de InterrupcinAo(horas)Por mes (horas)Da(horas)01008760720245050438036012802017521444,89010876722,4955438361,29821751429 min99188714,4 min99,90,18.843 min1,44 min99,990,0153 min4,3 min8,6 seg99,9990,0015,3 min26 seg0,86 seg99,99990,000132 seg2,6 seg0,086 seg

DIVERSIDADSi el sistema dispone de ms de una ruta para la seal de RF, podr seleccionar la que produzca la mxima calidad en la seal recibida. La mxima calidad se determina evaluando la relacin de portadora a ruido (C/N) en la entrada del receptor, o tan solo midiendo la potencia de la portadora recibida.

DIVERSIDADLos tipos de diversidad que se utilizan son: Frecuencia Espacial Polarizacin Hbrido Cudruplo

ARREGLOS DE CONMUTACION Para evitar la interrupcin del servicio en un sistema de microondas por desvanecimiento o fallas, se recurre a los arreglos de conmutacin. Esta es una ruta alternativa que puede seguir la seal de IF desde el emisor hasta el receptor.

ARREGLOS DE CONMUTACIONArreglo: Reserva Continua

Arreglo: Uso de DiversidadARREGLOS DE CONMUTACION

CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA LA TRAYECTORIA de un sistema de radiocomunicaciones es el recorrido que sigue la seal a travs del medio de transmisin para llegar desde el emisor hasta el receptor. Este recorrido puede seguir varios caminos diferentes y algunas veces simultneos

CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA

CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA La trayectoria de espacio libre: es la trayectoria de lnea de vista directamente entre las antenas transmisora y receptora. La onda reflejada a tierra: es la porcin de la seal transmisora que se refleja de la superficie de la tierra y es capturada por la antena receptora.

CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA La onda de superficie consiste de campos elctricos y magnticos asociados con las corrientes inducidas por la superficie de la tierra, depende de las caractersticas de la superficie de la tierra y de la polarizacin electromagntica de la onda. La suma de estas tres trayectorias anteriores se llama la onda de tierra. La onda de cielo es la porcin de la seal transmisora que se regresa reflejada por las capas ionizadas de la atmsfera de la tierra.

CARACTERSTICAS DE TRAYECTORIA Para el estudio en microondas, son de inters solo las seales de ondas directas y las reflejadas.

GANANCIA DEL SISTEMA La ganancia del sistema es la diferencia entre la potencia nominal de salida de un transmisor y la potencia mnima de entrada requerida por un receptor. b) La ganancia del sistema debe ser mayor que o igual a la suma de todas las ganancias y prdidas incurridas por una seal, conforme se propaga de un transmisor a un receptor. La ganancia del sistema se utiliza para predecir la confiabilidad de un sistema para determinados parmetros del sistema.

GANANCIA DEL SISTEMAPotencia Maxima de Salida del TransmisorPotencia Minima de la Entrada del ReceptorGanancia

GANANCIA DEL SISTEMAMatemticamente, la ganancia del sistema es: donde: Gs = ganancia del sistema (dB) Pt = potencia de salida del transmisor (dBm) Cmnima = potencia mnima de entrada del receptor para un objetivo de calidad determinado (dBm)

GANANCIA DEL SISTEMAEn la ecuacin se debe cumplir: Las ganancias estn dadas por: At = ganancia de la antena transmisora (dB) relativa a un radiador isotrpico. Ar = ganancia de la antena receptora (dB) relativa a un radiador isotrpico Las Prdidas estn dadas por: Lp = prdida de la trayectoria de espacio libre entre antenas (dB) Lf = prdida del alimentador de guas de ondas (dB) entre la red de distribucin (vase tabla I). Lb = prdida total de acoplamiento o ramificacin (dB) en los circuladores, filtros y red de distribucin entre la salida de un transmisor o la entrada de un receptor y su alimentador de guas de ondas respectivo (vase tabla I). Fm = margen de desvanecimiento para un determinado objetivo de confiabilidad.

GANANCIA DEL SISTEMAMatemticamente, la ganancia del sistema es: en donde todos los valores estn expresados en dB o dBm.

GANANCIA DEL SISTEMANota: Debido a que la ganancia del sistema indica una prdida neta, las prdidas estn representadas con valores dB positivos y las ganancias estn representadas con valores dB negativos.

TABLA 1: PARMETROS PARA LA GANANCIA DEL SISTEMA

Frecuencia(GHz)Perdida del alimentador, LfPerdida por Ramificacin (dB)Ganancia de la antena, At o ArDiversidadTipoPerdida (dB/100m)FrecuenciaEspacioTamao (m)Ganancia (dB)1.8Cable coaxial lleno de aire5.4521.225.22.431.23.033.23.734.77.4Gua de onda elptica4.7321.538.82.443.13.044.83.746.58.0Gua de ondas elpticasEWP 696.5322.443.83.045.63.747.34.849.8

REPRESENTACIN GANANCIAS Y PRDIDAS DEL SISTEMA

PRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO LIBRELa prdida de trayectoria de espacio libre se define como la prdida incurrida por una onda electromagntica conforme se propaga en una lnea recta a travs de un vaco sin ninguna absorcin o reflexin de energa de los objetos cercanos.

PRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO LIBRESe determina por la ecuacin:en donde: Lp = prdida de trayectoria de espacio libre D = distancia f = frecuencia = longitud de onda c = velocidad de la luz en el espacio libre

PRDIDA DE TRAYECTORIA DE ESPACIO LIBREConvirtiendo a dB da Cuando la frecuencia se da en MHz y la distancia en km, Cuando la frecuencia se da en GHz y la distancia en km,

MARGEN DE DESVANECIMIENTOEl margen de desvanecimiento es un "factor de acolchonamiento" incluido en la ecuacin de ganancia del sistema que considera las caractersticas no ideales y menos predecibles de la propagacin de ondas de radio, como la propagacin de mltiples trayectorias (prdida de mltiples trayectorias) y sensibilidad a superficie rocosa. El margen de desvanecimiento tambin considera los objetivos de confiabilidad del sistema. Por lo tanto, se incluye como prdida el margen de desvanecimiento en la ecuacin de ganancia del sistema.

MARGEN DE DESVANECIMIENTOen donde: Fm = margen de desvanecimiento (dB) D = distancia (km) f = frecuencia (GHz) R = confiabilidad expresada como decimal 1-R = objetivo de confiabilidad para una trayectoria de 400 km en un solo sentido o direccin. A = factor de rugosidad = 4 sobre agua o en un terreno muy parejo = 1 sobre un terreno normal = 0.25 sobre un terreno montaoso muy disparejo B = factor para convertir una prob. del peor mes a una prob. anual = 1 para convertir una disponibilidad anual a una base para el peor mes. = 0.5 para reas calientes y hmedas. = 0.25 para reas normales tierra adentro. = 0.125 para reas montaosas o muy secas

UMBRAL DEL RECEPTORUn parmetro muy importante cuando se evala el rendimiento de un sistema de comunicaciones de microondas es la portadora a ruido. La potencia de la portadora de banda ancha mnima en la entrada de un receptor que proporcionar una salida de banda base que pueda utilizarse se llama Umbral del Receptor o, a veces, Sensibilidad del Receptor.

UMBRAL DEL RECEPTOREl umbral del receptor depende de la potencia de ruido de banda ancha que est presente en la entrada de un receptor, el ruido que se introduce en el receptor, y la sensibilidad al ruido del detector de banda base. Antes de que se pueda calcular Cmnima, tiene que determinarse la potencia del ruido de entrada.

UMBRAL DEL RECEPTORLa potencia del ruido de entrada se expresa matemticamente como:en donde: N = potencia de ruido (watts). K = constante de Boltzmann ( 1.38 x 10-23 J/K). T = temperatura de ruido equivalente del receptor (Kelvin) (temperatura ambiente = 290 K). B = ancho de banda de ruido (Hertz).

UMBRAL DEL RECEPTORExpresado en dBmEl umbral del receptor es directamente proporcional al ancho de banda y la temperatura.

RELACIN PORTADORA A RUIDOVERSUS RELACIN SEAL A RUIDOPortadora a ruido (C/N) es la relacin de la "portadora" de banda ancha a la potencia de ruido de banda ancha (el ancho de banda de ruido del receptor). El C/N se puede determinar a un punto de RF o de IF en el receptor. Esencialmente, el C/N es una relacin seal-a-ruido de predeteccin (antes de la demodulacin de FM). La seal a ruido (S/N) es una relacin de posdeteccin (despus de la demodulacin de FM). En un punto de banda base del receptor, se puede separar un solo canal de banda de voz del resto de la banda base y puede medirse independientemente.

FIGURA DE RUIDO: (NF)En su forma ms sencilla, la figura de ruido (NF) es la relacin seal-a-ruido de un dispositivo ideal, sin ruido dividido por la relacin de S/N, en la salida de un amplificador o de un receptor. En un sentido ms prctico, la figura de ruido se define como la relacin de S/N en la entrada de un dispositivo dividido por la relacin de S/N a la salida.Sistema oDispositivo

FIGURA DE RUIDO: (NF)Por lo tanto, la figura de ruido es una relacin de relaciones. La figura de ruido de un dispositivo totalmente sin ruido es la unidad o 0 dB. La figura de ruido se puede determinar entonces por la ecuacin:

ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FMExisten dos tipos de estaciones de radiomicroondas de FM: Estaciones terminales: son puntos, dentro del sistema, donde las seales de banda base se originan o terminan. Estaciones repetidoras: son puntos, dentro del sistema, donde las seales de banda base se pueden volver a configurar o donde las portadoras de RF simplemente se "repiten" o se amplifican.

ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FMEstacin terminal de radiomicroondas, banda base, enlace de entrada de lnea de cable e IF de FM

ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FMEstacin terminal de radiomicroondas transmisor y receptor.

ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FMConfiguracin esquemtica de una Estacin repetidora de radiomicroondas

ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FMInterferencias entre estaciones repetidoras de radiomicroondas. En algunas ocasiones y segn la distribucin de las estaciones repetidoras, es posible que se presenten anomalas entre estaciones repetidoras que estn alineadas o no, lo cual ocasiona perturbaciones o interferencias entre ambas. Para resolver esta situacin, es posible utilizar frecuencias diferentes entre estaciones repetidoras adyacentes. Se recibe la seal de entrada con una frecuencia y al retransmitirla se enva con una frecuencia diferente.

ESTACIONES DE RADIOMICROONDAS DE FMInterferencias entre estaciones repetidoras de radiomicroondas.Sistema de microondas para el tratamiento de interferencias multisaltos. Uso de frecuencias alta/baja

Actividades de AutodesarrolloVisite la pgina web

http://www.gmtvaritec.com/?mod=calculo&IDSeccion=3, http://www.radioptica.com/Radio/calculo_radioenlaces.asp

Familiarcese con la misma y ponga en prctica los conocimientos adquiridos realizando clculos con el sistema de proyeccin de esta pgina web.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIASAnalice los problemas resueltos del libro Tomasi, Captulo 17.

Resuelva algunos problemas del captulo 17.

FIN DEL TEMA 5Gracias

DIVERSIDAD en FRECUENCIALa diversidad de frecuencia solo consiste en modular dos portadoras de RF distintas con la misma informacin de FI, y transmitir entonces ambas seales de RF a un destino dado. En el destino, se demodulan ambas portadoras y la que produzca la seal de FI de mejor calidad, es la que se selecciona.

DIVERSIDAD en FRECUENCIA

DIVERSIDAD ESPACIALLa salida de un transmisor se alimenta a dos o ms antenas, fsicamente separadas por una cantidad apreciable de longitudes de onda. De igual manera, en el receptor, puede haber ms de una antena que proporcione la seal de entrada al receptor. Si se usan varias antenas receptoras, tambin deben estar separadas por una cantidad apreciable de longitudes de onda.

DIVERSIDAD ESPACIAL

DIVERSIDAD de POLARIZACIONPara este caso, una sola portadora de RF se propaga con dos polarizaciones electromagnticas diferentes, vertical y horizontal, debido a que las ondas electromagnticas de distintas polarizaciones no necesariamente estn sometidas a las mismas degradaciones de transmisin.

DIVERSIDAD de POLARIZACIONLa diversidad de polarizacin se usa en general junto con la diversidad espacial. Un par de antenas de transmisin y recepcin se polariza en sentido vertical, y el otro en sentido horizontal. Tambin es posible usar en forma simultanea la diversidad de frecuencia, espacial y de polarizacin.

DIVERSIDAD de POLARIZACION

DIVERSIDAD HIBRIDAConsiste en una trayectoria normal de diversidad de frecuencia, en la que los dos pares de transmisor y receptor en un extremo de la trayectoria estn separados entre s y conectados a distintas antenas, separadas verticalmente como en la diversidad espacial.

DIVERSIDAD HIBRIDAEl arreglo proporciona un efecto de diversidad espacial en ambas direcciones; en una porque los receptores estn separados verticalmente, y en la otra porque estn separados horizontalmente.

DIVERSIDAD de CUADRUPLEEs una combinacin de diversidad de frecuencia, espacial, de polarizacin y de recepcin en un solo sistema. Proporciona la transmisin ms confiable; sin embargo, tambin es la ms costosa.

DIVERSIDAD de CUADRUPLESu desventaja obvia es que necesita equipo electrnico, frecuencias, antenas y guas de ondas redundantes, que son cargas econmicas.