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ESTUDIO ENLACE DE COMUNICACIONES BOGOTA FLORENCIA
ZONA CERRO BUENAVISTA − CERRO GABINETE
TELECOMUNICACIONES III
ZONA CERRO BUENAVISTA − CERRO GABINETE
• UBICACIÓN:
Cerro Buenavista (Huila): Latitud: 2º20'17.00'' N.
Longitud: 75º43'48.00'' O.
Elevación: 1353m ASNM.
Cerro Gabinete (Huila): Latitud: 1º53'06.00'' N.
Longitud: 75º40'27.00'' O.
Elevación: 2260m ASNM.
Figura 1. Mapa de la Zona
• ASPECTOS FISICOS DE LA ZONA
El Huila está localizado al suroccidente del país y corresponde a la mayor parte de la cuenca del Alto
Magdalena. El clima del valle del Alto Magdalena es cálido y seco, sobre todo al norte de Neiva. En las
vertientes cordilleranas los climas son muy variados: templados, fríos, paramunos, húmedos y secos. En la
zona del enlace las lluvias anualmente oscilan entre 1000mm y 2500mm. Las temperaturas se hallan entre
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14ºC y 21ºC durante todo el año y el clima es seco.
• DISEÑO DEL ENLACE
Para el diseño del enlace se tienen las siguientes especificaciones:
Frecuencia de trabajo: 4 GHz.
Distancia: 50.48 Km.
Factor de corrección curvatura terrestre: 1.33.
Tasa de Bits: 8,192 Mbps (Transmisión de cuatro tramas E1)
Ganancia Antenas: 36, 7 dBi
Altura Transmisor: 30 m
Altura Receptor: 50 m
Diámetro Antenas: 2,4 m
Temperatura: 290°K
Ancho de Banda: 4,096 MHz
Confiabilidad: 99,99%
Factor Rugosidad: 0,25
Factor Conversión de Probabilidad Anual: 0,125
El diámetro y la ganancia de las Antenas se tomaron al analizar las características de la zona y las
recomendaciones del software de ANDREW. Debido a que el enlace se encuentra en un área rural, se optó por
utilizar polarización vertical sencilla, ya que no se presentan interferencias con otras señales de RF.
Para el diseño inicial no se hace necesario hacer cruce de polarización, pero si hay otros sistemas de
comunicaciones trabajando en frecuencias muy cercanas podría ser necesario, además de esto el costo de las
antenas es mucho menor.
El factor de rugosidad y el factor de conversión de probabilidad, usados en las ecuaciones de Barnett−Vignant
se tomaron de acuerdo a las características del terreno, el cual es montañoso y seco.
Para hacer el enlace técnicamente confiable y minimizar los costos de la infraestructura es necesario tener en
cuenta los siguientes factores:
• Línea de vista.
• Liberación de la primera zona de Fresnel
• Encontrar el punto o puntos de reflexión
• Determinar las alturas de las torres
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Figura 2. Perfil del Terreno
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• DETERMINACIÓN DE VIABILIDAD
Figura 3. Perfil del Terreno Tomando la Curvatura de la Tierra
Cantidad de metros que aumenta la altura de un obstáculo como resultado de la curvatura de la tierra que se
calcula mediante la fórmula:
Donde:
a: es el radio de la tierra.
K: el factor de corrección de curvatura terrestre.
d1: es la distancia desde el punto cercano del salto hasta el obstáculo de que se trata.
d2: es la distancia desde el punto lejano del salto hasta el obstáculo.
Se tomó como obstáculo una saliente a 7,5 Km. del receptor. Mediante el cálculo anteriormente descrito se
obtuvo que:
hm= 19 mts.
Para hallar el radio de la primera zona de Fresnel se utiliza la siguiente ecuación:
Donde:
Rn = Radio de la n−sima zona de Fresnel.
R1zf = Radio de la primera zona de Fresnel, zona donde se concentra más de la mitad de la potencia de la
señal, y que se debe asegurar.
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f = frecuencia en GHz.
d1= distancia desde la antena de transmisión hasta el obstáculo en kilómetros.
d2 =distancia desde el obstáculo en la trayectoria hasta la antena de recepción en kilómetros.
D = d1 + d2
Se obtuvo que:
R1zf= 21,86 mts
A continuación se debe hallar el Clearance. Se conoce como clearance a la altura desde el obstáculo hasta la
línea de propagación y sirve para determinar si la zona de Fresnel está obstaculizada. Este valor se puede
calcular mediante la siguiente formula:
Donde:
c = Clearance.
h1,h2 = altura de las antenas, sobre el nivel del mar.
h3 = Altura del obstáculo sobre el nivel del mar.
Ka = Radio equivalente de la tierra.
d1,d2 = Distancias desde el obstáculo hasta las torres.
Se obtuvo que:
C = 2,41 Km
Lo cual indica que la primera zona de Fresnel se halla totalmente despejada.
• ANÁLISIS DEL ENLACE
Debido a las características del perfil de terreno, no es necesario calcular el punto de reflexión, porque lo evita
la altura crítica.
Se continúa haciendo el cálculo de la trayectoria: Aquí se dimensiona el radio enlace teniendo en cuenta:
• La potencia de transmisión
• El umbral de ruido o sensibilidad del receptor
• Ganancia en dB que van a tener la antena receptora y transmisora
• El diámetro de las antenas de recepción y transmisión
• El margen de desvanecimiento en dB que requiere
Como línea de transmisión se escogió el cable Heliax EW34, el cual es apropiado para transmisión en el rango
de frecuencias de 3,7−4,2 GHz. Este tiene pérdidas de 2,16 dB/100m.
Para este enlace se calcularon las siguientes pérdidas:
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Pérdidas por trayectoria de espacio libre:
Donde:
f=Frecuencia en GHz
D=Distancia entre las dos antenas en km.
Las pérdidas son:
Lp=138,5 dB
Pérdidas por ramificación:
Donde:
d=Distancia entre las dos antenas.
ht=Altura del transmisor
hx=Altura del Receptor
Estás pérdidas son:
Lb = 4,6 dB
Las pérdidas en las guías de ondas son:
Lf = 0,7210 dB
Margen de desvanecimiento:
Donde:
M = 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.
A = factor de rugosidad.
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B =factor para convertir una probabilidad del peor mes a una probabilidad anual.
El margen de desvanecimiento es:
M = 19,84 dB
Umbral del receptor:
Potencia de ruido:
N = −167,85 dBm
Figura de ruido:
NF = 3,01 dB
Ancho de Banda:
Es igual a la mitad de la tasa de bits para el esquema de modulación QPSK, entonces es:
BW = 4,096MHz
Relación Portadora a Ruido:
Debido a que se utilizará el esquema de modulación QPSK, con un VER de 10−6 se halla mediante la
siguiente gráfica
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Figura 4. C/N vs. BER
Por lo tanto se toma:
C/N = 13,7 dB
Por todos los resultados hallados anteriormente el umbral es:
Umbral = −85,02 dBm
Debido a la frecuencia utilizada no se toman en cuenta las pérdidas por absorción atmosférica. El clima en la
región es bastante seco, por lo tanto no se toman en cuenta las pérdidas por lluvia.
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Entonces se puede hallar la Potencia necesaria en el transmisor mediante:
Pt = 5,25 dBm
A partir de este valor se puede hallar la PIRE:
PIRE = PtGt
PIRE = 41,95 dBm
A continuación se muestran los resultados obtenidos con el software CADCOM:
Figura 5. Resultados Simulación CADCOM
• ANALISIS DE COSTOS
A continuación se analizan los costos implicados en la realización del enlace.
Estación Transmisora:
Ubicada en el cerro Buenavista, tiene aproximadamente la siguiente configuración:
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Figura 6. Estación Buenavista
Son necesarios 36 m de cable Heliax EW34, para esta estación. Debido a la frecuencia de Trabajo se eligió la
antena ANDREW PL8−37, la cual funciona en un rango de frecuencia desde 3,7−4,2GHz, tiene un diámetro
de 2.4 m una ganancia de 36,7 dBi y funciona con polarización sencilla.. Ya que se esta utilizando cable
Heliax en lugar de una guía de ondas no es necesario utilizar deshidratadores.
Estación Receptora:
Ubicada en el cerro Gabinete, tiene aproximadamente la siguiente configuración:
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Figura 7. Estación Gabinete
Son necesarios 56 m de cable Heliax EW34, para esta estación. Debido a la frecuencia de Trabajo se eligió la
antena ANDREW PL8−37, la cual funciona en un rango de frecuencia desde 3,7−4,2GHz, tiene un diámetro
de 2.4 m, una ganancia de 36,7 dBi y funciona con polarización sencilla. Ya que se esta utilizando cable
Heliax en lugar de una guía de ondas no es necesario utilizar deshidratadores.
Con estas características se lograron reducir los costos en ambas estaciones. No se hizo necesario elegir tipos
de antena que tuvieran doble polarización debido a las características rurales de la zona y las antenas no
debían tener mucha ganancia ya que las condiciones atmosféricas y la frecuencia de trabajo no implicaban
mayores pérdidas por gases y lluvia.
A continuación se muestra la lista de materiales y costos (en dólares) para ambas estaciones:
Tabla 1. Costos de las Estaciones
Cant.
Parte No
Descripción
Lista
Neto
Total
11
Antenas
2
PL8−37−P7A
Antena estándar de 2,4 m para
3.7−4.2 GHz con polarización
sencilla, flanco CPR229G Paquete
Global Estándar − reflector de 1
pieza.
$3,020
$3,020
$6,040
$27.40
$27.40
$8,302.20
$43.00
$43.00
$344.00
$73.37
$73.37
$586.96
$33.44
$33.44
$200.64
$80.34
$80.34
$160.68
$620.00
$620.00
$2,480.00
$60.00
$60.00
$120.00
Guías de Onda
Cable Heliax, EW34−34,
303 ft. EW34
(Banda ancha de 3.4−4.2 GHz)
Conectores y
Accesorios
8
42396A−15
8
31768A
6
204989−5
2
26985A
4
134DET
2
55001−229
Ganchos estándar, para Heliax
EW34−34.
Adaptador de ángulo para guías de
onda y cables coaxiales de 1/2'' a 4''
Kit de puesta a tierra
Enganche de levantamiento para
cable coaxial y guías de onda
elípticas EW28 y EW34.
Conector, sintonizable sirve para
CPR229G para EWP34
Ventana de presión de bajo poder de
banda C. sirve con CPR229G
Totales
$18,234.48
• CONCLUSIONES
Del diseño realizado se pueden obtener las siguientes conclusiones:
• Es muy importante determinar las características geológicas, físicas y topográficas de la zona donde
se va a implementar el enlace para poder determinar con exactitud las características de las estaciones.
• Al calcular aspectos como el margen de desvanecimiento es muy necesario realizar mediciones de la
zona para poder obtener un nomograma, debido a que las ecuaciones de Barnett−Vignant son bastante
imprecisas y pueden ocasionar sobrecostos o sobredimensionamientos en el enlace.
• Para el diseño de enlaces de microondas es muy útil tener herramientas de software como CADCOM
o ANDREW System Planner, para facilitar las operaciones de diseño y determinación de costos para
el enlace.
• Al hacer los cálculos es imperativo tener muy en cuenta las unidades los valores tomados para no
cometer errores que pueden ser fatales al momento de montar un enlace.
• Las especificaciones de los fabricantes son muy importantes al momento de realizar los cálculos de
ganancia del sistema, para poder determinar cuantos amplificadores son necesarios y de que
características.
• BIBLIOGRAFÍA
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TOMASI, Wayne. Sistemas de Comunicaciones Electrónicas. México: Pearson Educación, 1996.
NERI VELA, Rodolfo. Líneas de Transmisión. México: McGraw Hill. 1999.
Obstáculo
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