Tecnolog√≠a Inform√°tica      T√©cnico en Instalaciones de Telecomunicaciones About

Sistemas de radiocomunicaciones

Para repasar los conceptos, vamos a repasar un par de veces este trabajo sobre se√Īales y ondas que podemos ver en

 https://es.slideshare.net/edisoncoimbra/7-atenuacion-distorsion-y-ruido-en-la-transmision.

Esta presentación las tenéis en Pdf en la carpeta compartida de DRIVE

 Actividades iniciales

    1. Una onda electromagnética pierde energía debido a......
    2. Un cable coaxial respecto a un par de cobre tiene mas o menos perdidas ?. Razona la respuesta en base al diagrama de la presentación
    3. Qué es el efecto Skin. Ayuda con tres dibujos
    4. Tenemos en la tienda dos tipos de rollo de cable coaxial. Uno de bajas pérdidas y otros normal. A que se debe esto ? Qué elemento cambia en el cable ?
    5. Un cable de fibra trabaja con luz de 850 nm. Calcular que pérdida tenemos a los 10 Km
      1. Tenemos una instalación de fibra óptica con una longitud de 60 km. La salida del transmisor es 30 mW y las pérdidas son: * Pérdida total de conector de salida : 4 dB.
      2. * Pérdida total de conector de entrada : 4 dB.
      3. *Pérdida por empalme: 0.15 dB.
      4. Los empalmes se sit√ļan cada 2 Km.
      5. * Pérdida de la fibra: 0.35 dB/km.

Calcular la potencia en el receptor dados en dBm.

6. Un cable coaxial est√° acoplada  entre la fuente ( que suministra 10 W )  y carga y tiene una  p√©rdida de 1.5 dB/100 m. Calcular los  W que tenemos en una  carga situada a 27 m

Mostrar/Ocultar Solución

  1. Pasamos los 10 W a dBm.
  2. Hacemos una regla de 3 para ver cuantos db se pierden a los 27 metros: Perdida de cable 2. De esto tenemos que
  3. Quitamos esa atenuación ( 40 - 0.405 = 39.595 db )
  4. Ahora calculamos la potencia que le llega, de forma que:
  5. Elevamos a la potencia de 10 para quitar el lg => expresion

7 En  una torre tenemos un generador de 20W para alimentar una antena que est√° a 40 metros. Si el cable  tiene una perdida de 2dB/100 metros, ¬Ņ  que potencia le llega a la antena?.

Ecuación de transmisión de Friis.

 Esta ecuaci√≥n se ver√° mas adelante dada la importancia que tiene en las telecomunicaciones (radio enlaces ). Hay muchas formas de indicarla y, por ello, lo mejor es usarla de la manera directa, deduciendo los Db recibidos, desde la f√≥rmula: , donde Pt es la potencia transmitida, Gt la ganancia de la antena que transmite, Gr la ganancia de la antena receptora , landa es la longitud de onda de la se√Īal y R la distancia que separa emisor de receptor.

En la presentaci√≥n anterior,  se mostraba una relaci√≥n como se muestra en la imagen

ecuacion friis

El autor emplea el término Lfs para indicar la pérdida del sistema en dBm. Vamos a demostrar porque sale ese término en el apartado de Saber más ( puede entrar en examen )

Mostrar/Ocultar Contenido

Se define Lfs como el log de la relación entre Potencia transmitida y recibida. Aplicamos la ecuación de friis y no da:

friis 1

Tambi√©n sabemos que la relaci√≥n entre la velocidad de la luz y longitud de onda, viene dado por c = őĽ/T ( con őĽ la longitud de onda y T el periodo, que es la inversa de la frecuencia. Por tanto, se puede sustituir  őĽ como  c/f. La expresi√≥n anterior nos queda:

friis 2

Ahora, seguimos moviendo t√©rminos, pero vamos a pasar los metros de r ( distancia ) a km  y los Hz a GHz,. En el caso de la distancia, nos queda r= 103  Km.

Al estar elevado al cuadrado, esa expresi√≥n nos queda como r2   ( en KM ) *   106

De igual modo, la frecuencia queda como f2   ( en GHz ) *   1018. Sale un n√ļmero tan grande porque hemos elevado el 9 del Ghz al cuadrado. La ecuaci√≥n anterior nos queda:

friis formula 3

La expresión anterior, desarrollando el cociente, queda

frris 4

El primer término nos da 92,44, lo que da lugar a la expresión inicial

friis 5 

Utilizando esta expresión, calcular los Db que deben obtenerse en un receptor, si el transmisor operan a 6 GHz con potencia de 2W estando separados por 40 km. La ganancia de la antena emisora es de 20 dBi y la receptora de 25 dBi.

Zona de fresnel

Para evitar interferencias ente dos puntos donde se intercambia se√Īales de alta frecuencia, no s√≥lo es necesario tener despejado la l√≠nea directa entre los emisores, sino que es necesario tener en cuenta la zona de Fresnel.

 Se puede decir que la zona de Fresnel es el volumen entre emisor y receptor, donde no debe existir obst√°culos que puedan perturbar la transmisi√≥n de la se√Īal.

zona de fresnel

En la Imagen superior se muestra las Rupturas de la zona de fresnel por paso de veh√≠culos, baja altura de emisor-receptor o crecimiento  de plantas.

  Existe una f√≥rmula que nos permite calcular si entre dos puntos de enlace ( aunque exista visibilidad ), tenemos posibilidad de establecer enlace. El c√°lculo del valor de r ( Distancia desde la horizontal de enlace hasta el obst√°culo ) viene dada por:

 zona de fresnel

Donde d1 y d2 son las distancias que hay entre el obst√°culo y emisor y obst√°culo y receptor Como podemos ver, la forma de la zona de fresnel es ovalada. Esto nos lleva a pensar que el m√°ximo lo tenemos en la zona central, donde d1 = d2. De aqu√≠, que para la distancia  m√°xima tenemos la f√≥rmula:

 radio maximo zona fresnel

donde f es la frecuencia dada en Ghz  y D es la distancia  dada en Km

Actividad. Deducir la f√≥rmula anterior, sabiendo que las ondas viajan a la velocidad de la luz y que la relaci√≥n entre la longitud de onda y frecuencia es  c = ∆í*őĽ. Soluci√≥n al final de p√°gina

Proyectos de radioenlace:

Veremos primero un video sobre Radioenlace

Parte 1¬ļ. ( He dejado un pdf en DRIVE con el t√≠tulo Calculo De Radioenlace donde se exponen ejemplos de radioenlace )

La idea de esta primera práctica es realizar un radioenlace desde dos puntos a elegir de vuestro entorno, con componentes reales. Para las característica de la estación base, que alimenta la antena, he dejado un documento PDF en la carpeta compartida de DRIVE.

Se puede buscar en Internet como ubiquiti rocket m5 datasheet.

 Entramos en la aplicaci√≥n online de Radio Mobile ( www.ve2dbe.com/english1.html) .

  1. Lo primero que tenemos que hacer es proceder con el registro para poder crear enlaces
  2. Dentro de la aplicaci√≥n, encontramos el apartado Cobertura. Esta secci√≥n nos sirve para saber qu√© cobertura tiene la antena que vamos a usar, con la altura que le demos y su frecuencia de trabajo. Es muy importante hacerlo antes de nada para saber qu√© zonas son susceptibles de hacer un radioenlace directo. He realizado una captura de pantalla de un punto localizado en el IES Mare Nostrum y el resultado ha sido este:cobertura antena malagaLas zonas en verde me ofrece una alta potencia y la amarilla una se√Īal media. Si no hay color, me dice que en esa zona no hay cobertura. Fijaros que zonas cercana del centro no tiene cobertura ( por los edificios cercanos ) pero s√≠ en zonas mas distantes y altas ( El limonar ).
  3. Una vez que entramos, creamos una nueva ubicación y, en nuestro caso situamos el cursor en un punto de Islantilla
  4. Damos nombre a ese punto y creamos el 2¬ļ. En este caso, es el centro comercial donde existe una antena omnidireccional para dar servicio a los clientes
  5. Una vez que tenemos los dos puntos del enlace, creamos un nuevo enlace donde se muestran los diferentes par√°metros a tener en cuenta ( mostrados en imagen )Radio mobile online
  6. a) Altura de la antena se refiere desde el suelo, por tanto, la primera la tenemos a 10 metros y la 2¬ļ a 15 metros. Hemos utilizado una frecuencia de trabajo de 2,3Ghz con un emisor de 1 vatio, con unas p√©rdidas entre el emisor y antena de 3 dBi ( indicado por p√©rdida de l√≠nea Tx ). La antena emisora Tx tiene 15 Dbi de ganancia y la receptora Rx de 2. La p√©rdida Rx de cables y conectores en la recepci√≥n es 2 dB y la antena receptora tiene una sensibilidad de 0,5 microvoltios, o lo que es igual, de -113,03 dBm. La fiabilidad la ponemos a 70 % para asegurarnos un margen de error
  7. Con todos esos datos, damos a enviar y a los pocos segundos se crea un mapa con los datos de performace, que mostramos a continuaciónRadio mobile online 1
  8. En la primera imagen vemos que existen una serie de obst√°culos ( viviendas antes de llegar a destino
  9. Radio mobile online 2En la tabla de resultados tenemos la casa20 como origen de la se√Īal y donde queremos recibir los datos. No existe nada nuevo y tan solo se reflejan los datos dados al principio. Pasamos a ver que datos tenemos en destinoRadio mobile online 3
  10. La primera parte se refiere a datos geográficos y la segunda a las pérdidas que tenemos. La primera y más importante son las creadas en espacio libre. Tenemos que sumar todas las pérdidas que nos da el sistema y tenemos que hay 94,45 dB como pérdidas totales. Veremos ahora la performace ( resultado ) Radio mobile online 4
  11. Nos dice que hay 319 metros entre las dos antenas, con precisión +- 10 metros a una frecuencia de 2300 Mh y una ganancia del sistema de 156.52 db. Paramos en este primer punto a ver de donde sale.
  12. La ganancia del sistema será la suma de la ganancia que transmite , quitando perdidas y tomando en cuenta el umbral de sensibilidad. Esto es, tenemos 30 - 3 +15+2-0.5+113.02 = 156.52 dB. Este valor es mayor a medida que la sensibilidad Rx sea mayor, la potencia mayor y las pérdidas menores
  13. Seguimos con la tabla anterior y nos indica que hay una se√Īal recibida de 50.95. Esto viene de restar a la ganancia de emisi√≥n, las p√©rdidas de transmisi√≥n, o sea, tenemos que operar como 30 - 3 +15+2-0.5- 94.45 = - 50.95 dB
  14. El margen de escucha se obtiene al restar la ganancia total  y la p√©rdida total ( 156.52 - 94.45 ) = 62.07 dB

2¬ļ Parte. Realizar la misma tarea, con los mismos puntos de trabajo y equipos, usando el programa de https://link.ubnt.com. Otra  p√°gina con herramientas para calcular la zona de fresnell: http://www.radioenlaces.es/articulos/calculo-de-radioenlaces/

Pr√°ctica voluntaria 2

También tenemos la posibilidad de instalar las herramientas de radio mobile en nuestro PC. Para ello, dejo documentación que se muestra en el siguiente enlace

Mostrar/Ocultar Práctica Instalación Radio Mobile

Parte 2.

Instalaci√≥n del programa completo en el pc.  Antes de nada, tenemos que estos v√≠deos de un colega de Venezuela:

1¬ļ Parte

2¬ļ Parte

Proceso :

1¬ļ Ir a la web http://www.cplus.org/rmw/english1.html para hacer un registro de usuario. Pinchar en Radio mobile online para hacer un registro online y trabajar sobre el programa ya alojado en un servidor

2¬ļ Si queremos instalarlo, ( lo haremos ) debemos de seguir la gu√≠a indicada en la secci√≥n download

 3¬ļ Tenemos que elegir ahora dos puntos cualquiera. Que no disten mucho para evitar la curvatura terrestre.

4¬ļ Hacemos la 1¬ļ medici√≥n y en los resultados tenemos una muestra de las zonas de fresnell, l√≠nea directa ( en rojo ) y los datos de la transmisi√≥n y recepci√≥n

 Los valores mas significativos son los  que hemos puesto ) ( Estos datos son las caracter√≠sticas del equi En el transmisor: tx es la potencia transmitida por el sistema en dbm. La potencia de dbi se obtiene desarrollando este proceso: calculo ganancia radioenlace

Donde x es la potencia en dBm ( decibelios en . Ver página https://es.wikipedia.org/wiki/DBm y comprobar como evoluciona los dbm desde su máximo valor al mínimo. Rx se da en dbi, o sea ganancia respecto a la antena isotrópica.

La sensibilidad Rx hace referencia al nivel m√≠nimo de se√Īal que se necesita para un correcto funcionamiento del equipo. En la parte derecha tenemos los datos relativos a la perdida por la propagaci√≥n En performace nos indica los resultados dada las caracter√≠sticas oro-gr√°ficas y t√©cnicas

2.2 Sistemas de radio y televisión

Se aconseja el estudio del tema Principios básicos de antenas Una vez que hemos leído esta pregunta, hacer las siguientes actividades

2.2.2 Sistemas de radio y televisión por satélite

Radio digital por satélite

DAB  de coche
DAB ( Digital Audio Broadcasting ) . De poca implantaci√≥n debido al precio de los receptores, ofrece caracter√≠sticas como alta calidad de sonido ( CD ) y frecuencia √ļnica.
Si en AM tenemos un rango de 540-1600 KHz, en FM 87,5-108 MHz y TDT de 470 - 790 MHz, en DAB  las frecuencias de trabajo est√° en el rango 1492 1592 MHZ
 

Sistemas de telefonía móvil

La telefonía móvil ha evolucionado tanto , que muchos de los sistemas han quedado ya obsoletos. En esta sección nos ocuparemos mas a fondo de los sistemas mas recientes. Haremos una primera

Actividad 1. Hacer una tabla resumen que recoja los siguientes datos.

Actividad 2. Calcular el tiempo de descarga de un vídeo que ocupa 20 MB empleando una línea GPRS de 54 kb/s y el tiempo empleando una HSPA de 14,4 Mb/s. Tener en cuenta que las velocidades se suelen dar en bits y la capacidad de archivos y datos en byte y que un byte = 8 bits

2.4.2 Arquitectura de red

Para establecer la comunicaci√≥n entre dos dispositivos m√≥viles ( que adem√°s pueden desplazarse en la comunicaci√≥n, si por ejemplo uno de ellos va en coche ). Para que el proceso se efect√ļe con garant√≠as, se necesitan los siguientes elementos ( software o hardware )
  1. BS Es la estaci√≥n base. Cuando un terminal est√° en la celda de una BS, esa BS es la que controla la comunicaci√≥n. El alcance va desde  algunos cientos de metros hasta los 30 Km, dependiendo del entorno ( monta√Īa, campo abierto, ciudad, etc)
  2. BSC. Controla varias Bs de la zona de influencia. Coordina las comunicaciones entre las estaciones. Otorga la frecuencia, potencia y posici√≥n del m√≥vil para determinar que Bs es la id√≥nea para su comunicaci√≥n. Puede que un m√≥vil est√© f√≠sicamente mas cerca de una BS, pero tenga mas se√Īal de otra. En ese caso, la BSC la cambia para que se utilice la menor energ√≠a posible y mayor calidad de comunicaci√≥n
  3. MSC . Este sistema se encarga de establecer, mantener y finalizar la comunicación de un usuario a otro. Si uno cambia de celda, el BSC le transmite la nueva posición de celda al MSC para que éste lo transmita a las nuevas BS implicadas.
  4. HLC y VLC. Son registros que se realizan sobre los servicios contratados por un usuario y la posición que tiene en ese momento. Si alguien le llama, al estar registrado, el MSC puede transferir la llamada al MSC adecuado. El VLC es propio para el roaming, de forma que al hacer la consulta del servicio contratado, dirá si tiene o no privilegios para poder usar los servicios que solicita.
Actividad. Aparte de los sistemas anteriores, dentro del dispositivo tenemos una serie de códigos . Explica qué son y para qué valen

Sistemas m√≥vil celular p√ļblicos y privados  

Dentro de los Privados:
La necesidad de establecer comunicaciones con caracter√≠sticas diferentes a las p√ļblicas , producen el desarrollo de otros sistemas que son utilizados por cuerpos de seguridad, compa√Ī√≠as privadas, servicios de socorro, etc
Las ventajas que ofrece estos sistemas son:

1¬ļ Comunicaciones de usuario a varios usuarios. De esta forma, un operario habla y varios escuchan. Esto no ocurre con la p√ļblica.

2¬ļ Puede definirse un grupo cerrado de usuarios.

3¬ļ Tecnolog√≠a PTT ( push to talk ). Si pulsas hablas. Si dejas de pulsar, escuchas
Tenemos dos sistemas ( PAMR , PMR y TETRA ) , cada una con características específicas. Destacaremos el TETRA, que ofrece algunas ventajas como son
Destinado a cuerpos de seguridad , emergencia y transporte

  1. Uso de modulación digital DQPSK ( Una variante de la QPSK )
  2. Amplia cobertura gracias al uso de los dispositivos como puerta de enlace. Si un operario está en la frontera de cobertura de la antena principal, su dispositivo hace de emisor para comunicarse con otros usuarios que estén fuera de la cobertura de la base
  3. Sistema muy estable frente a incidencias ( m√°s robusto ).
  4. Puede trabajar en modo terminal a terminal, en caso de fallo en las comunicaciones.
  5. Posibilidad de llamadas punto a punto, punto a multipunto y entre varios usuarios.
  6. Banda de 400 MHz, que permite mayor alcance respecto a otros que usan mayores frecuencias.
  7. Si existe necesidad de llevar un sistema completo TETRA a un punto lejano a la base, por medio de sistemas m√≥viles, el tiempo necesario para hacerlo operativo es peque√Īo comparado con otros sistemas
     

  Great IdeaActividades:

1¬ļ Ver fotoprint de algunos de los sat√©lites m√°s comunes en Espa√Īa

2¬ļ Busca en Internet qu√© modelos de coches tienen el DAB

3¬ļ La br√ļjula es un instrumento sencillo y muy √ļtil para nuestro trabajo. Adem√°s, los smarthpone ya tienen una incluida. a) Abre la br√ļjula y busca la orientaci√≥n de un punto cualquiera de tu entorno. Compara el resultado con tu compa√Īero b) Busca las coordenadas norte y sur facilitadas. Compara estos valores con los facilitados por google maps. Compara los dos resultados. Luego, Pasa los valores de la br√ļjula a los datos de google maps a ver que resultado te ofrece. Te en cuenta que uno viene en el sistema decimal y el otro en minutos y segundos. Pd. En el mapa de google, tenemos un valor positivo en la coordenada que indica los grados que hay sobre el ecuador y otro negativo, porque estamos antes del meridiano de Greenwich

4¬ļ Trabajo Optativo.  Proyecto de Inform√°tica. Realiza en php una aplicaci√≥n para calcular las zonas de fresnell tomando como variables de entrada la distancia de vano a vano, la distancia del emisor ( izquierdo ) al obst√°culo y la frecuencia de transmisi√≥n. El trabajo debe mostrarse en una p√°gina web y ser responsive ( adaptables a m√≥viles ). Tiempo de trabajo: 1 semana. ( ver ejemplo en https://www.wifisafe.com/soporte/wifi-tools/zona-fresnel )

 

 

 

  Soluciones.

 1¬ļ Tenemos que las distancias son iguales, y por ello vamos a sustituir d1 = d2 = D/2, siendo la distancia D el valor que tenemos entre emisor y receptor. Adem√°s vamos a sustituir la longitud de onda por la frecuencia de forma que őĽ = c/f Sustituyendo en la f√≥rmula tenemos:

fresnel simplificado 1

Si ahora sustituimos c , tenemos:

fresnel simplificado 2

El 106  se utiliza junto a otro  10 utiliza que viene del Km para tener un  109 que . Esa es la raz√≥n por la que la frecuencia que hay que poner sea GHz

Por tanto,  D viene en Km y f en GHz.

Dise√Īo PCB

Ciclo de Grado Medio Instalaciones de Telecomunicaciones. Ies Mare Nostrum. M√°laga