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Diseño y simulación con radio Mobile de un radiocanal banda 6GHz




  1. Características y cálculos del enlace
  2. Conclusiones
  3. Bibliografía-webs

Parte-I:

Características y cálculos del enlace

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1.- OBJETIVOS DEL DISEÑO

Según normativa especificada en el CNAF, además de tener en cuenta las recomendaciones de la UIT para la banda, de los 8GHz, conjuntamente con las especificaciones técnicas que nos ofrecen los fabricantes de equipos de radioenlaces ODU como por ejemplo "Winncom Technologies" u otras empresas (.buscar otros en carpeta FABRICANTES..) y usando antenas parabólicas de empresas tales como Radio Wave, Commscope o RFS.

Se pretende diseñar un radiocanal o enlace punto a punto bidireccional de máxima capacidad (máximo ancho de banda) en la Banda de los 8GHz que permita enlazar los edificios situados geográficamente entre:

Torre Garena (Alcalá de Henares-MADRID) y Torre Caja Guadalajara (GUADALAJARA)

Si el enlace no fuese posible, plantear la alternativa del emplazamiento, cálculo y análisis de un Reemisor o Repetidor en dicha banda de RF.

Usaremos el programa Google Earth para averiguar las posiciones de las coordenadas de ambos puntos, la distancia del enlace (˜25Km), el punto medio aproximadamente del trayecto entre ambos y las alturas de ambas torres en Wikipedia. Se deberán instalar antenas en las azoteas de ambos edificios, usando mástiles con una altura de antena de hantenaTx=hantenaRx=2m, en las cuales se instalarán las unidades externas ODU de cada Terminal.

Tomando datos que nos da el fabricante de las características del Transmisor y Receptor, averiguar si es factible dicho enlace, así como las características de antenas que deberíamos usar para lograr la máxima de las posibles capacidades de transmisión de datos (Mbps) entre ambos puntos.

2:- UBICACIÓN Y DATOS DE LOS TERMINALES O EDIFICIOS EXTRAIDOS DE GOOGLE EARTH Y WIKIPEDIA

Los dos Terminales de que se compone el enlace, su ubicación y características son las siguientes:

TERMINAL (B): TORRE "CAJA DE GUADALAJARA", Guadalajara

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Figura 1. Torre C. Guadalajara

La Torre Caja de Guadalajara es un rascacielos situado junto a la A-2 en Guadalajara (España). Fue la sede social de Caja de Guadalajara. Actualmente, es propiedad de Caixa Bank, que la ha puesto en alquiler.

Fue construida entre mayo de 2008 y octubre de 2009. Tiene 48 metros de altura desde la rasante más las plantas técnicas y las instalaciones de energía solar térmica y fotovoltaica, y consta de doce plantas más un semisótano y dos sótanos. Está cubierto por una piel de vidrio verdoso, salvo la fachada trasera, que se recubre por un cerramiento metálico permeable de chapa estirada.

Coordenadas: 40º 37' 19?N 3º 9' 51?O

TERMINAL (A): "TORRE GARENA", Alcalá de Henares

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Figura 2. Torre Garena

La "Torre Garena" está situada a 2 kilómetros del centro de Alcalá de Henares, en el polígono industrial "La Garena", muy cerca de El Corte Inglés.

El edificio, construido en 2006, es uno de los primeros en altura fuera del centro de la ciudad, tiene 73 metros de altura y 15 plantas con lo que se convierte en el edificio más alto de la ciudad, por encima de la torre de la Magistral Catedral que posee 63 metros.

Coordenadas: 40º28' 53"N 3º 23' 45"O

Coordenadas y Ruta entre Torre Caja Guadalajara-Torre Garena Plaza (GoogleEarth)

En Google Earth, ponemos los marcadores en cada punto, unimos ambos, Figura 3.

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Figura 3. Trazado y distancia del enlace entre ambos. Google Earth.

Extraemos las coordenadas de cada punto, distancia del enlace y punto medio:

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El perfil entre Torre Caja Guadalajara -Torre Garena:.- Figura 4

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Figura 4. Perfil del terreno entre ambos puntos visto por Google earth

Deducimos que la distancia entre ambos edificios es de 25Km.

Existen dos puntos de relativa altura en el perfil que muestra el mapa, a saber:

  • a) A 1"76Km de la Torre Caja Guadalajara se presenta una altura de 698m.

  • b) A 4"28Km ,idem de 684m.

  • c) Un tercer punto conflictivo, a distancia de de Alcalá de henares y de de Guadalajara.

Conforme muestran las Figura 5.a y 5.b, 5c, adjuntas:

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Figura 5.a

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Figura 5.b

3.-SOBRE LA BANDA DE 8GHz. ELECCIÓN DE LAS FRECUENCIAS DEL RADIOCANAL.

CNAF de la página web: (http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/Paginas/CNAF.aspx) de los archivos en pdf: "Notas de utilización nacional.pdf" y del "Figuras de canalización….pdf":

UN - 59 Banda de 8000 MHz

Para su utilización por los sistemas de radioenlaces del servicio fijo, la banda 7725-8500MHz se ha divido en dos márgenes.

Por una parte, la banda 7725 - 8275 MHz a la que se aplica la canalización de la Recomendación UIT-R F.386-8 (Anexo I) a radioenlaces digitales de alta capacidad de velocidades binarias de hasta 140 Mbit/s.

Esta canalización comprende ocho radiocanales bidireccionales de 29,65 MHz, siendo la frecuencia central de referencia 8000 MHz.

En la banda de 8275 - 8500 MHz los sistemas digitales de pequeña y media capacidad utilizarán la disposición de radiocanales descrita en la citada Recomendación UIT-R F386-6 (Anexo III) para sistemas de 34 Mbit/s y de 2x8 Mbit/s de capacidad.

En las figuras 7 y 8 se representan las canalizaciones antes citadas.

Para el caso de aplicaciones del servicio fijo por satélite, las bandas de frecuencias 7725-7750 MHz (enlace descendente) y 7900-8400 MHz (enlace ascendente), se reservan preferentemente a usos del Ministerio de Defensa. Se llevarán a cabo los correspondientes estudios de compatibilidad entre servicios con objeto de proteger al servicio fijo por satélite frente a interferencias en las bandas indicadas.

La banda 8275 - 8500 MHz podrá utilizarse para enlaces monocanales unidireccionales de transporte de señal de televisión.

Al efectuar asignaciones al servicio fijo debe tenerse en cuenta la atribución de la banda8400-8500 MHz al servicio de investigación espacial en el sentido espacio-Tierra para las estaciones de Robledo de Chavela (004W14"57"/40N25"38"), Villafranca del Castillo (003W57"10"/40N26"35") y Cebreros (004W21"59"/40N27"15"), que gozan de protección radioeléctrica en virtud de acuerdos internacionales.

De la Figura 7, del archivo: http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/CNAF/figuras2013.pdf,

Elegiremos las dos frecuencias del radiocanal; la de IDA y la de RETORNO ambas con polarización VERTICAL. Véase la Figura 7.

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Figura 7. Distribución de la canalización de frecuencias en banda de los 8GHz.CNAF.

A la vista de los datos de la Figura 7, ELEGIMOS EL RADIOCANAL-ANCHO DE BANDA Y POLARIDAD, consecuentemente las dos frecuencias centrales elegidas son:

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4.-FABRICANTES DE PRODUCTOS DE RADIOENLACES Y ANTENAS EN LA GAMA DE 8GHZ

  • ELECCIÓN DEL TRANSMISOR-RECEPTOR DE CADA TERMINAL.

Por ejemplo, del fabricante de Transmisores-Receptores Bridge Wave, la gama de productos "Bridge Wave EtherFlex_DS, nos ofrece equipos para trabajar en las bandas desde 6 a 38GHz. Consideraremos los datos para la banda de 8GHz y en concordancia con lo que dice el CNAF elegimos los datos del Transmisor-Receptor para las modulaciones desde la 4QAM a 256QAM, siendo esta última a más importante.

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Ambos válidos para las dos frecuencias del radiocanal. Conector RJ45 desde la ODU al equipo Switch que estará situado en la caseta (y alimentación PoE de -48V/50W por el mismo cable Ethernet).

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PD: existen otros fabricantes de productos de transmisores-receptores para la banda de 8GHz.

Como por ejemplo, véase carpeta denominada FABRICANTES, de los apuntes.

4.2 ELECCIÓN DE LA ANTENA ADECUADA SEGÚN FABRICANTES.

Según la banda de frecuencias elegidas, buscaremos la gama de antenas que por su diámetro nos da la ganancia correspondiente y elegida esta probaremos el diseño. Si hiciese falta mejorar resultados, podemos probar con diámetros o ganancias mayores a fin de aumentar el nivel de potencia recibida (PRx) y el MARGEN DE SEGURIDAD (M).

De entre los muchos fabricantes de antenas, adosables a la unidad ODU, podemos citar los siguientes (Véase fichero FABRICANTES DE PRODUCTOS de los apuntes que se os han dado):

RADIO WAVES:

(http://www.radiowavesinc.com/cgi-bin/index.cgi/Products/ProLine+-+Point+to+Point+%28PtP%29/High-Performance

COMMSCOPE:

http://www.commscope.com/catalog/wireless/2147485870/product_narrow_antmicro.aspx?id=441

RFS:

http://www.rfsworld.com/brochures,508,1.html

Resumen de antenas parabólicas en la banda de 7"125-8"5GHz

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De entre todos los fabricantes, podríamos elegir a RFS e ir probando desde la antena más pequeña hasta dar con la óptima, que nos garantice un Margen (M=FM) entorno de unos 20 dB.

5.- CÁLCULOS

5.1 DATOS DE PARTIDA. En la Banda 7.725MHz a 8.275MHz.

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  • CÁLCULOS TEÓRICOS. DIAGRAMA DEL BALANCE DEL RADIOCANAL.

Los cálculos se realizan simultáneamente para los trayectos de ida-retorno

  • 1) Pérdidas en el espacio libre:

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  • 2) No consideramos pérdidas en cableado de las ODU, ni pérdidas de gases, en todo caso podríamos considerar las posibles pérdidas por la lluvia y de Fading.

  • Para las pérdidas por lluvia:

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  • a) Considerando los datos de precipitación de la zona de (H) ,Madrid-Guadalajara, que según la ITU en la recomendación P.838-3 R(mm/h)=32para 0"01% (99"99% de confiabilidad o disponibilidad del radioenlace).

Las estadísticas de la intensidad de precipitación. En la Rec. UIT-R PN.837 se proporcionan valores de (R) excedidos durante determinados porcentajes de tiempo y para distintas zonas hidrometeorológicas mundiales. Estos valores se resumen en la tabla II para las llamadas zonas H y K. Estas zonas son las que afectan en el caso de España, tal y como se puede observar en el mapa de zonas hidrometeorológicas.

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  • b) Calculamos los coeficientes para antena con polarización Vertical (V), de las tablas:

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O bien usando la siguiente curva para las zona H (Madrid-Guadalajara):

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4) Para la Atenuación o pérdidas por Fading o de desvanecimiento (LD(dB)=FM) consideremos los datos siguientes:

R=Objetivo de confiabilidad (99"99%)=0"9999 en tanto por uno.

F=f=frecuencia en G(Hz)= 7"747GHz a la ida y 8"059GHz de vuelta.

D=d=Distancia del enlace en (Km)=25

A=1 para terreno normal promedio. (Ver tabla adjunta).

B=0"125 para áreas continentales promedio. (Idem)

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  • 5) Cálculo de la relación señal ruido (S/N), (Eb/No) y la Potencia de ruido (Pn).

Añadimos los cálculos de la relación señal ruido y el nivel de potencia de ruido en el receptor, RELACIÓN (S/N) Y (Eb/No) (nos falta el dato del NF del receptor que debería estar entre 4 y 10dB)

De las curvas de la figura inferior, para un BER=10-4 y 256QAM obtenemos:

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  • 6) Representación del "Balance de Potencias Teórico" para los ambos trayectos:

La figura nos muestra la representación del "Balance de Potencias Teórico del sistema" para estas condiciones de diseño:

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5.3 REPLANTEAMIENTO

Como vemos, (M) debe crecer en el peor de los casos entorno a

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lo cual, se conseguiría con antenas de (según la tabla de RFS en la página 9):

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Replanteamos el cálculo considerando antenas con la ganancia anterior. Obtendríamos:

Potencia recibida en el Receptor:

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Añadimos los cálculos de la relación señal ruido y el nivel de potencia de ruido en el receptor,

RELACIÓN (S/N) Y (Eb/No) (nos falta el dato del NF del receptor que debería estar entre 4 y 10dB)

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Conclusiones

Todo parece indicar que el radioenlace es factible de satisfacer la comunicación de un radiocanal en la banda de los 8GHz con capacidad para 140Mbps full-duplex entre ambos edificios, usando antenas de 1"8m de diámetro en ambas estaciones terminales.

Bibliografía-webs

  • Apuntes de "Sistemas de Radiocomunicaciones" y "Mantenimiento de los Sistemas de Radiocomunicaciones" CFGS-2ºS.T.I y M.E por A. Moscoso Casado y S. Nievas Expósito.

  • Webs:

  • http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/CNAF/figuras2013.pdf.

  • http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/CNAF/notasUN2013.pdf.

  • http://www.winncom.com/pdf/BridgeWave_EtherFlex/BridgeWave_EtherFlex_DS.pdf

  • http://www.radiowavesinc.com/cgi-bin/index.cgi/Products/ProLine+ +Point+to+Point+%28PtP%29/High-Performance

  • http://www.rfsworld.com/brochures,508,1.html

  • http://es.commscope.com/catalog/wireless/2147485870/product_narrow_antmicro.aspx?id

 

 

Autor:

A. Moscoso Casado

S. Nievas Expósito

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Módulos: SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES Y MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES

Enseñanzas cofinanciadas por EL FONDO SOCIAL EUROPEO

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Dpto: EDAD-ECA A. MOSCOSO CASADO y S. NIEVAS EXPÓSITO Curso 2.015-16 Página 18


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