PROYECTO CONEXIN DE LA MINA GUAVIARE CON LA CASA MATRIZ EN LONDRES

Para nuestro proyecto mina Guaviare ya que no es posible la conexin por cable pues la distancia es de 50 km y la mina se encuentra ubicada en una zona selvtica, es por eso que para la conexin, requerimos de un radio enlace.

Generalmente los radioenlaces se explotan entre 2 y 50 GHz, por eso se llaman radioenlaces por microondas.

En estas frecuencias, es posible obtener radiaciones altamente direccionales, apropiadas para enlaces punto a punto.

Los hay de dos tipos de radioenlaces por microondas:

Satelital Donde uno de los terminales est en un satlite.Terrestre donde todos los terminales estn en Tierra.

SatelitalTerrestre

Para nuestro proyecto mina del Guaviare, vamos a seleccionar el enlace terrestre:

ENLACE PUNTO A PUNTO ENTRE LA MINA Y SAN JOS DEL GUAVIARE

Presupuesto de potencia del enlace

Para nuestro proyecto, vamos a requerir de un buen equipamiento de red inalmbrica en la mina y establecer una lnea de vista para el radio enlace, adems, necesitamos calcular el presupuesto de potencia de enlace.

Para el presupuesto de potencia para un enlace punto a punto entre la mina y San Jos del Guaviare para garantizar la conexin con Internet (casa matriz en Londres), requerimos el clculo de ganancias y prdidas desde el radio transmisor (fuente de la seal de radio), a travs de cables, conectores y espacio libre hacia el receptor. Teniendo en cuenta la distancia propuesta en el ejercicio que es de 50 km.

Elementos requeridos para calcular el presupuesto de enlace

Los elementos pueden ser divididos en 3 partes principales:1. El lado de Transmisin con potencia efectiva de transmisin.2. Prdidas en la propagacin.3. El lado de Recepcin con efectiva sensibilidad receptiva (effective receiving sensibility).Un presupuesto de radio enlace completo es simplemente la suma de todos los aportes (en decibeles) en el camino de las tres partes principales.

Potencia del transmisor [dBm] Prdida en el cable TX [dB] + ganancia de antena TX [dBi] Prdidas en la trayectoria en el espacio abierto [dB] + ganancia de antena RX [dBi] Prdidas en el cable del RX [dB] =Margen Sensibilidad del receptor [dBm].

Trayectoria entre emisin y recepcin.La siguiente grfica presenta cada elemento del presupuesto del radio enlace:

Esta grafica muestra la potencia en dBm vs. Km. Observar como la distancia influye en el radioenlace.Para nuestro ejercicio mina del Guaviare, debemos asegurarnos que la potencia del transmisor y del receptor es igual.

Potencia de Transmisin (Tx)

La potencia de transmisin es la potencia de salida del radio. El lmite superior depende de las regulaciones vigentes en cada pas por eso debemos revisar como aplica para Colombia; depende de la frecuencia de operacin y puede cambiar al variar el marco regulatorio.

En general, los radios con mayor potencia de salida son ms costosos.

La potencia de transmisin del radio, normalmente se encuentra en las especificaciones tcnicas del vendedor. Tenga en cuenta que las especificaciones tcnicas le darn valores ideales, los valores reales pueden variar con factores como la temperatura y la tensin de alimentacin.La potencia de transmisin tpica en los equipos IEEE 802.11 vara entre 15 26 dBm (30 400 mW).

Ejemplo: hoja de datos de una tarjeta IEEE 802,11a/b:

PRDIDA EN EL CABLE

Las prdidas en la seal de radio se pueden producir en los cables que conectan el transmisor y el receptor a las antenas. Las prdidas dependen del tipo de cable y la frecuencia de operacin y normalmente se miden en dB/m o dB/pies.

Independientemente de lo bueno que sea el cable, siempre tendr prdidas. Por eso, recuerde que el cable de la antena debe ser lo ms corto posible. La prdida tpica en los cables est entre 0,1 dB/m y 1 dB/m. En general, mientras ms grueso y ms rgido sea el cable menor atenuacin presentar. Para darle una idea de cun grande puede ser la prdida en un cable, considere que est usando un cable RG58 que tiene una prdida de 1 dB/m, para conectar un transmisor con una antena. Usando 3 m de cable RG58 es suficiente para perder el 50% de la potencia (3 dB).

Las prdidas en los cables dependen mucho de la frecuencia. Por eso al calcular la prdida en el cable, debemos asegurarnos de usar los valores correctos para el rango de frecuencia usada. Revisar la hoja de datos del distribuidor y en lo posible, verificar las prdidas tomando nuestras propias mediciones.

Como regla general, se pueden tener el doble de prdida en el cable [dB] para 5,4 GHz comparado con 2,4 GHz. En ese orden de ideas, es preferible parta nuestro proyecto mina Guaviare trabajar con 2.4 GHz.

A continuacin, una tabla con los valores tpicos de prdida en los cables para 2,4GHz:

PRDIDAS EN LOS CONECTORES

Debemos estimar por lo menos 0,25 dB de prdida para cada conector en nuestro cableado. Estos valores son para conectores bien hechos mientras que los conectores mal soldados DIY (Do It Yourself) pueden implicar prdidas mayores.

Si se usan cables largos, la suma de las prdidas en los conectores est incluida en una parte de la ecuacin de Prdidas en los cables. Pero para estar seguro, siempre hay que considerar un promedio de prdidas de 0,3 a 0,5 dB por conector como regla general.Adems, los protectores contra descargas elctricas que se usan entre las antenas y el radio deben ser presupuestados hasta con 1 dB de prdida, dependiendo del tipo. Hay que revisar los valores suministrados por el fabricante (para nuestro proyecto, recomiendo los de mejor calidad que slo introducen 0,2 dB).

En la siguiente fotografa, se observa el ponchado manual (DIY (Do It Yourself) del cable rg58

AMPLIFICADORES

Opcionalmente, se pueden usar amplificadores para compensar la prdida en los cables o cuando no haya otra manera de cumplir con el presupuesto de potencia. En general, el uso de amplificadores debe ser la ltima opcin. Una escogencia inteligente de las antenas y una alta sensibilidad del receptor son mejores que la fuerza bruta de amplificacin.

Los amplificadores de alta calidad son costosos y uno econmico empeora el espectro de frecuencia (ensanchamiento), lo que puede afectar los canales adyacentes. Todos los amplificadores aaden ruido extra a la seal, y los niveles de potencia resultantes pueden contravenir las normas legales de la regin.

Tcnicamente hablando, prcticamente no hay lmites en la cantidad de potencia que puede agregar a travs de un amplificador, pero me preocupa que los amplificadores nos vayan a elevar el ruido tambin.

En la figura siguiente, podemos observar el efecto del amplificador en la seal recibida. Obsrvese que se aumenta tanto el nivel de la seal como el del ruido. Adems, se puede notar que la seal amplificada presenta mayores fluctuaciones de amplitud que la original, esto significa que la relacin Seal/Ruido se ha deteriorado a consecuencia de la amplificacin.

GANANCIA DE ANTENA

La ganancia de una antena tpica vara entre 2 dBi () y 8 dBi (omnidireccional estndar) hasta 21 30 dBi (parablica). Tengamos en cuenta que hay muchos factores que disminuyen la ganancia real de una antena.

Las prdidas pueden ocurrir por muchas razones, principalmente relacionadas con una incorrecta instalacin (prdidas en la inclinacin, en la polarizacin, objetos metlicos adyacentes). Esto significa que slo puede esperar una ganancia completa de antena, si est instalada en forma ptima.

PRDIDAS DE PROPAGACIN

Las prdidas de propagacin estn relacionadas con la atenuacin que ocurre en la seal cuando esta sale de la antena de transmisin hasta que llega a la antena receptora.

COMPROBANDO EL CUMPLIMIENTO DE LA NORMATIVIDAD COLOMBIANALa normatividad para el uso del espectro en la banda de 2,4 GHz [14] define un parmetro llamado PIRE (potencia radiada isotrpica efectiva). La PIRE (EIRP en ingls) es la potencia equivalente que tendra que radiar una antena isotrpica para alcanzar la misma densidad de potencia en la direccin elegida y en determinado punto, donde puede existir otra antena. En esencia este es un parmetro que nos permite interrelacionar la potencia total radiada (Watts) de un transmisor, tambin conocida como potencia nominal, con la ganancia de la antena en dBi y las prdidas por cables y conectores. La PIRE no puede sobrepasar a un valor mximo y da flexibilidad en el diseo, ya que permite combinar diferentes potencias de transmisin con diferentes tipos de antenas, y se define como:

En la siguiente tabla, se resume el uso de la banda de 2,4 GHz segn [14] y se muestra el valor de la PIRE mxima:

NORMATIVIDAD PARA EL USO DE LA BANDA DE 2,4 GHZEn Colombia, entre muchas otras bandas, se declaran libres las bandas de frecuencia de 915 a 924 MHz, 2400,0 a 2483,5 MHz, 5150 a 5250 MHz para aparatos de telecomunicaciones inalmbricas.Posteriormente, se atribuyen unas bandas de frecuencias para el acceso fijo inalmbrico. Una de estas bandas es 2300,0-2500,0 MHz. Estas bandas quedan atribuidas al servicio radioelctrico fijo y al acceso fijo inalmbrico a ttulo primario y compartido a ttulo secundario, con los servicios previstos en el Cuadro Nacional de Atribucin de Bandas de Frecuencias. Con esta resolucin se incorpora entonces la banda de 2300,0-2500,0 MHz a la operacin de los sistemas de acceso fijo inalmbrico como elemento de la red telefnica pblica bsica conmutada (RTPBC) para la prestacin del servicio de telefona pblica bsica conmutada (RTPBC) local y/o local extendida.En este punto se debe tener claro lo que es acceso fijo inalmbrico:Es la conexin, mediante el uso del espectro radioelctrico, en configuracin punto multipunto, entre elementos de la RTPBC (Red Telefnica Pblica Bsica Conmutada) y los terminales fijos de usuarios del servicio de TPBC (Telefona Publica Bsica Conmutada) Local y/o Local extendida. A travs de la red terrenal que haga uso del espectro radioelctrico asignado, se podrn prestar adicionalmente otros servicios fijos de telecomunicaciones, para lo cual el operador que cuente con el correspondiente permiso deber tener los respectivos ttulos habilitantes y en la prestacin de dichos servicios deber cumplir con la normatividad aplicable.PRDIDAS EN EL ESPACIO LIBRELa mayor parte de la potencia de la seal de radio se perder en el aire. An en el vaco, una onda de radio pierde energa (de acuerdo con los principios de Huygens) que se irradia en direcciones diferentes a la que puede capturar la antena receptora. Ntese que esto no tiene nada que ver con el aire, la niebla, la lluvia o cualquier otra cosa que puede adicionar prdidasLa Prdida en el Espacio libre (FSL), mide la potencia que se pierde en el mismo sin ninguna clase de obstculo. La seal de radio se debilita en al aire debido a la expansin dentro de una superficie esfrica.La Prdida en el Espacio libre es proporcional al cuadrado de la distancia y tambin proporcional al cuadrado de la frecuencia. Aplicando decibeles, resulta la siguiente ecuacin:

d = distanciaf = frecuenciaK = constante que depende de las unidades usadas en d y f

Si d se mide en metros, f en Hz y el enlace usa antenas isotrpicas, la frmula es:

En la siguiente grfica se observa las prdidas asociadas a la distancia:

Se puede ver que despus de 2 km, la prdida se puede ver como lineal en dB.Como regla general en una red inalmbrica a 2.4 GHz, 100 dB se pierden en el 1er kilmetro y la seal es reducida a 6 dB cada vez que la distancia se duplica. Esto implica que un enlace de 2 km tiene una prdida de 106 dB y a 4km tiene una prdida de 112 dB, etc.Para nuestro caso mina Guaviare 50 km es una distancia considerable y nuestras prdidas en el espacio libre van a estar alrededor de 130 dB:

LADO RECEPTORLos clculos son casi idnticos que los del lado transmisor.Para nuestro proyecto debemos realizar las simulaciones en Radio Mobile que es un programa para radioaficionados que permite la planificacin integral de una red, lnea de vista, y clculos de alcance basados en datos del terreno y ngulos de alineacin de antena tanto en vertical como en horizontal.

CLCULOS PARA UN ENLACE DE 50 KM

Otros clculos y aproximaciones importantesAdems de los elementos considerados, debemos tener en cuenta factores de correccin debido al terreno selvtico de la zona del Guaviare y factores climticos como por ejemplo el desvanecimiento por lluvia.En enlaces de grandes distancias como el nuestro, factores como la lluvia, la niebla y an el cambio en las condiciones de la vegetacin pueden contribuir a que se pierdan hasta 15 dB.

CYBERGRAFIA

http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0123-921X2010000200009&script=sci_arttexthttp://www.analfatecnicos.net/pregunta.php?id=24http://es.slideshare.net/edisoncoimbra/66-calculos-de-radioenlaceshttp://www.cplus.org/rmw/english1.html