REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICADE LA FUERZA ARMADA NACIONAL BOLIVARIANA

NUCLEO ANZOATEGUI – SEDE SAN TOMÉCOORDINACION DE TELECOMUNICACIONES

MICROONDAS - LABORATORIO

BACHILLERES:BASANTA, MARIELLYS 19.939.636

BELLO, CARLOS 11.191.278GIRALDO, MANUEL 15.644.346

MILLAN, LAURIS ROJAS, FRANIRIS 18.399.786

VÁSQUEZ, CARLOS 17.263.405

7mo Semestre Sección “A02”

San Tomé, mayo de 2011

INTRODUCCIÓN

Hoy en día los Sistemas de Radiocomunicaciones nos rodean por todas partes, entre ellos se

encuentran los ya habituales sistemas de telefonía móvil, se unen las Redes de datos

inalámbricas, la televisión digital terrestre o los Radio enlaces punto a punto, ahora para el

correcto funcionamiento de estos sistemas resulta crucial un diseño adecuado del interfaz

radioeléctrico y el diseño de Radio enlaces es una disciplina que involucra toda una serie de

cuestiones tales como la elección de la banda de frecuencias, el tipo de antenas y los

equipos de radiocomunicación, el cálculo del balance de potencias, la estimación de los

niveles de ruido e interferencia o el conocimiento de las distintas modalidades y fenómenos

de propagación radioeléctrica, entre otras.

En el diseño de los Sistemas de Radiocomunicaciones es preciso manejar informaciones

detallada del entorno geográfico y por otra parte existe información que es necesaria para

calcular la propagación radioeléctrica, como es el relieve del terreno, el tipo de suelo,

ubicación de los picos montañosos, etc y por otra parte, también resultan interesantes otros

tipos de información que aunque no son necesarios para realizar cálculos tienen interés a la

hora de obtener una representación o realizar análisis de los resultados obtenidos, además

se trata de información sobre los límites nacionales, provinciales y municipales, carreteras,

ríos, núcleos de población, etc.

Esta vez, el enlace se realizará mediante radios microondas IP, para lo cual deben

satisfacerse ciertos requerimientos y así poder obtener los resultados deseados.

MICROONDAS

Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas definidas en un rango de

frecuencias determinado; generalmente de entre 300 MHz y 300 GHz, que supone un

período de oscilación de 3 ns (3×10-9 s) a 3 ps (3×10-12 s) y una longitud de onda en el rango

de 1 m a 1 mm.

ANTENAS UTILIZADAS

La primera antena de referencia, ideal por definición, es la antena isotrópica 1). La emisión

hipotética de tal radiador es homogénea e isotrópica (omnidireccional) en todas las

direcciones del espacio. Si dibujamos en escala, en torno al elemento de radiación, la

energía emitida en cada dirección tendrá una superficie característica que para la antena

isotrópica es una esfera con centro en la antena.

Un radiador real de energía electromagnética es el dipolo de Hertz. Es una antena filiforme

de longitud L despreciable respecto de la longitud de onda. A lo largo del conductor la

distribución de la corriente que genera el campo resulta uniforme. El dipolo se puede

asemejar a un elemento abierto de corriente alterna donde las cargas oscilan desde un

extremo al otro. En el espacio cercano a la antena (campo cercano) predomina el campo de

inducción de carácter estacionario caracterizado por la transferencia de energía desde la

fuente al espacio circundante y viceversa.

Más allá de una distancia igual al valor de la longitud de onda el campo se hace transversal

TEH y mucha más lejos es un campo plano. A éste se lo denomina campo lejano (Zona de

Fraunhofer) el cual considera despreciable la diferencia de fase de las ondas que arriban

desde los distintos puntos del radiador. Las características de radiación del dipolo es

lambertiana o sea que se reduce con factor igual al coseno del ángulo respecto de la

dirección de máxima directividad (perpendicular al dipolo).

En el campo lejano las líneas de campo E son cerradas y las concentraciones de líneas de

campo E y H es coincidentes. Las del campo H son circunferencias concéntricas en planos

perpendiculares al eje del dipolo. El dipolo real consta de dosvástagos de conductores

aislados entre sí de forma que la distribución de corriente en el dipolo son del orden de la

longitud de onda.

En los enlaces radioeléctricos terrestres por problemas de interferencias se requieren

reflectores adicionales de alto rendimiento y ancho de banda. Se han adoptado viseras

recubiertas de material absorbente que disminuyen los campos difusos. En una antena

parabólica típica una onda esférica procede del alimentador de la antena el cual actúa de

fuente primaria y es transformada en una onda plana tras el paso por el reflector. El

problema reside en iluminar el reflector desde el foco del mismo. En la Fig 01 se ha

resumido algunos tipos de reflectores para antenas directivas de enlaces radioeléctricos

terrestres.

El reflector de la antena debe cumplir la condición de entregar una onda plana a la salida

del mismo. En teoría el alimentador es una fuente puntual que alimenta al reflector que está

situado en el foco de la parábola. En la práctica ocupa un espacio y no satisface el diagrama

direccional. La energía radiada por el alimentador desborda al reflector y produce una

emisión espuria que crea lóbulos laterales.

Una solución es colocar una superficie absorbente y otra es reducir la irradiación del

iluminador sobre el borde de la parábola con lo cual se reduce tanto el lóbulo lateral como

se incrementa la ganancia total del reflector. Los sistemas comunes de reflectores e

iluminadores son el alimentador en el foco de una parábola, en Cassegrain y en Gregorian.

-La Parábola tiene la ventaja de que el bloqueo por parte del iluminador de la abertura de la

antena es reducido y la bocina alimentadora es reducida y pequeña. Sin embargo, requiere

de tramos de cable coaxial o guía de onda largos. Es la antena típica usada para

radioenlaces terrestres. Por debajo de 2 GHz se usan antenas grilla (Grid).

-La Cassegrain se basada en un doble reflector diseñado por Cassegrain en el siglo XVII

para telescopios ópticos. Está formada por un reflector principal y otro auxiliar que

corresponde a una porción de paraboloide. Esta antena se la usa para producir elevadas

atenuaciones en el lóbulo secundario y obtener pequeños ángulos de irradiación. El sistema

Cassegrain permite ubicar la bocina con un tramo de guía menor pero el subreflector

bloquea gran parte de la apertura y el desbordamiento aumenta los lóbulos laterales. Esta

antena es la usada en la mayoría de los enlaces satelitales.

-El reflector Off-set está para evitar el bloqueo de la apertura del reflector por parte del

iluminador (enfoque descentrado del reflector). De tal tipo de antenas surge el reflector

horn ampliamente utilizado en enlaces para obtener una elevada ganancia, buena

discriminación a la polarización cruzada y gran ancho de banda. El costo es, sin embargo,

bastante superior a las antenas parabólicas normales. La aplicación de las antenas depende

de la congestión del enlace y la capacidad.

¿Las Antenas se usan para emitir o para recibir?

Cuando hablamos de antenas nos referimos por igual de antenas para emitir que para

recibir. La antena propiamente tiene las mismas características para ambas tareas. Así que

la misma precisión que tiene para enviar en una determinada dirección es la que tiene para

recibir en esa dirección.

Atenuación de la señal

Tenemos dos factores que atenúan la señal a medida que avanza por el aire. La atenuación

del aire no es muy importante, ya que el aire es bastante transparente para frecuencias de

microondas como las que usamos para Wireless.

La atenuación que sí es realmente importante es la dispersión de la señal debido a la forma

de transmisión. La intensidad de señal se calcula en intensidad de campo eléctrico por

metro cuadrado. Como la señal sale de forma radial desde la antena hacia todas las

direcciones, así si enviamos un vatio de potencia ésta se reparte en la esfera alrededor de la

antena, a medida que la señal se va alejando de la antena la esfera crece y la misma

potencia se reparte en esta esfera mayor, así la intensidad de la señal por metro cuadrado ha

bajado. Para hacernos una idea la intensidad de la señal disminuye a razón del cuadrado de

la distancia (1/r² donde r es la distancia a la antena).

GANANCIA DE ANTENA: Para una antena la relación entre la ganancia (respecto de la

antena isotrópica en la dirección de máxima directividad) y el área eficaz es una constante

igual a λ2/4π, con λ la longitud de onda. La ganancia de una antena puede obtenerse en

forma matemática mediante la expresión:

G = 10.log {4πAo/λ2}; con Ao = η.π.(d/2)2

Donde Ao es la superficie efectiva proyectada de la abertura del reflector, λ es la longitud

de onda en el espacio libre, d el diámetro de la antena y η la eficiencia de la apertura

expresada en %. Por lo tanto, se observa que la ganancia de una antena es proporcional a la

frecuencia, la eficacia de la apertura y el diámetro del reflector. Lo cual queda comprobado

del análisis de los valores de la Tabla 02. En la práctica la eficiencia η se encuentra entre el

50 y 75 % (cociente entre el área eficaz y el área real de la antena). En Fig 03 se muestra un

diagrama típico de irradiación de una antena parabólica disponible por un fabricante de

antenas. En este esquema se observa el diagrama de irradiación principal y una envolvente

aproximada teórica.

ENVOLVENTE DE GANANCIA. Se trata de la ley teórica determinada por:

G= 52 dB - 10.log D/λ - 25.log φ

Donde, D/λ es la relación entre el diámetro de la antena y la longitud de onda. El valor de φ

es válido entre φ1 y φ2. El φ1 corresponde a 100.λ/D y φ2 al mínimo valor constante.

ANTENAS OMNIDIRECCIONALES

Definimos una antena direccional como aquella que es capaz de radiar energía prácticamente en

todas direcciones.

Antena isotrópica

Para explicar mejor de qué se trata he hecho este esquema que intenta ser un diagrama de

radiación de la antena. Un diagrama de radiación sirve para determinar la energía radiada

en cada dirección del espacio. Si analizamos esta antena veremos que en los planos

verticales (x, z) e (y, z) la cantidad de energía radiada es exactamente la misma en todas las

direcciones. Tenemos lo mismo para el plano horizontal (x, y). Esto nos indica que esta

antena podrá enviar o recibir señal con las mismas condiciones esté en la posición que esté.

Esta antena recibe el nombre de antena isotrópica.

Antenas omnidireccionales reales

El uso habitual hace que una antena omnidireccional no emita exactamente en todas

direcciones, sino que tiene una zona donde irradia energía por igual (por ejemplo el plano

horizontal). Por ejemplo no nos puede interesar emitir o recibir señal de la parte que está

exactamente encima de la antena, imaginémonos la antena de radio del coche: difícilmente

tendremos la fuente de señal exactamente encima de la antena, así que favorecemos la

emisión o recepción en otras direcciones (como puede ser el plano horizontal) en

detrimento de otras (el plano vertical). Nos puede parecer una frivolidad despreciar un

rango tan grande de direcciones, pero si tenemos en cuenta la distancia entre la antena

emisora y nuestra antena receptora nos daremos cuenta que el ángulo respecto al plano

horizontal de la antena es muy pequeño. Debemos tener en cuenta también que en el plano

horizontal sí que el comportamiento es totalmente omnidireccional. En el siguiente

esquema podemos observar este comportamiento, fijémonos que la cantidad de señal

enviada en dirección z es 0, en cambio la que se envía en las direcciones x e y es máxima, y

entre los dos límites hay una graduación.

ANTENAS DIRECCIONALES

Las antenas direccionales son aquellas que han sido concebidas y construidas para

favorecer que la mayor parte de la energía sea radiada en una dirección en concreto. Puede

darse el caso en que se desee emitir en varias direcciones, pero siempre estaremos hablando

de un número de direcciones determinado donde se encontrarán el lóbulo principal y los

secundarios.

Antena direccional normal

Con las antenas direccionales descubrimos el término de lóbulo principal, se trata de la

dirección donde se proyectará la mayor parte de la energía. Como es imposible hacer una

antena que radie en una sola dirección nos interesará saber qué rango de direcciones (o

abertura) recibirá el mayor porcentaje de energía. Nos interesará que el lóbulo principal sea

lo más estrecho posible, así ganamos en direccionalidad, pero esto repercute directamente

en el coste económico de la antena.

También tendremos, por el simple hecho de trabajar en un medio físico no ideal, un número

determinado de lóbulos secundarios. Estos lóbulos proyectarán energía en direcciones que

no son la deseada, o en caso de recepción nos captarán señales que no provienen

directamente de nuestra fuente, captando ecos y reflexiones o interferencias de otras

fuentes. Normalmente nos interesará una relación entre el lóbulo principal y los secundarios

lo más grande posible.

Para entender como puede afectar eso usaremos el ejemplo de antena direccional que más

hemos visto: la antena de recepción de televisión del tejado de nuestra casa. Esta antena se

compone de una barra con unas espinas horizontales y detrás de todo tiene otras dos barras

con espinas en una disposición de V. La disposición horizontal de esas espinas se debe a la

polarización de la señal, en Inglaterra por ejemplo serian verticales, esto depende de cómo

se emite la señal. La barra central se encarga de recibir la señal, esta barra apunta

directamente al repetidor de televisión más próximo, cuanto más alineada está la antena con

el repetidor mejor es la calidad de la señal que recibimos, entonces tenemos el lóbulo

principal apuntando directamente al repetidor. Las dos barras de la parte de atrás de la

antena puestas en forma de V son reflectores, y se encargan de aprovechar mejor la señal

que nos llega, es una manera de utilizar la forma de la antena a nuestro favor. La antena

también puede recibir señal desde la parte de atrás, imaginemos, por ejemplo en medio de

una ciudad donde nuestra antena apunta al repetidor pero detrás tenemos un edificio que

nos refleja la señal y nos la devuelve a la antena, como esta señal habrá recorrido una

distancia mayor que el señal que nos llega directamente por la parte de delante de la antena,

el nuevo señal no coincidirá del todo con el original, así se nos formará el molesto efecto de

imagen doble. Una buena manera de solucionar este problema es haciendo que la señal

reflejada sea muy débil respecto a la original, y esto se consigue consiguiendo una relación

muy alta entre el lóbulo principal (delante) y el lóbulo secundario (detrás), claro que para

esto deberemos gastarnos más dinero en una antena de más calidad.

Otra de las finalidades de las antenas direccionales es la confidencialidad. Si difundimos

nuestra información en todas direcciones cuando realmente sólo queremos llegar a un punto

corremos más peligro de que nuestros datos confidenciales puedan ser captados por alguien

que no nos interesa.

Otra aplicación importante es para evitar la saturación de frecuencias, ya que si usamos una

frecuencia en un camino muy recto entre dos antenas direccionales lo que conseguimos es

dejar el resto de espacio disponible para usar esa misma frecuencia.

Antena Direccional parabólica

Un caso especial dentro de las antenas direccionales son las antenas parabólicas. Su

topología las hace muy adecuadas para una gran direccionalidad y para evitar la

debilitación de la señal en la distancia.

Usando un reflector con forma parabólica conseguimos que la señal que se radia de forma

radial pase a ser una onda plana, así desaparece la dispersión de la energía en la distancia.

Recordemos que para cualquier antena la atenuación de la señal es de 1/r² además de la

atenuación propia del aire. Con una onda plana la energía sólo tiene la atenuación del aire

que es muy leve.

FRECUENCIAS UTILIZADAS

Según los estándares 802.11 las frecuencias que podemos utilizar para comunicaciones

Wireless son aquellas destinadas a libre uso a 2.4GHz y 5GHz.

La ley en España nos restringe todavía más el uso de estas frecuencias ya que la banda de

5GHz está destinada a usos militares. Estamos a la espera de que se destine a uso civil esta

frecuencia en breve. La segunda restricción importante que tenemos es la potencia con la

que podemos transmitir. Por ahora el límite está en 100mW sin amplificación, a la espera

también de que se amplíe a 1W

¿Porqué 2.4GHz?

La primera frecuencia que se homologó para poder ser utilizada para comunicaciones

digitales inalámbricas es la de 2.4GHz. Se escogió esta frecuencia porque es una banda

destinada a uso libre de radioaficionados, con las limitaciones que hemos comentado

anteriormente, y que dependiendo de los países dispone de más o menos canales, ya que no

todos los países siguen al pie de la letra las recomendaciones de la UIT.

La banda de 2.4GHz está dentro de la zona de lo que se llaman microondas. Esta banda

tiene la peculiaridad que a estas frecuencias existe muy poco ruido. Además al tratarse de

frecuencias “próximas” a las de la luz visible tienen un comportamiento bastante similar a

ésta, con la pequeña ventaja de que al ser longitudes de onda más largas objetos pequeños

como vegetación o tabiques son bastante transparentes a la señal, esto nos permite que no

siempre tengamos que tener visión directa entre emisor y receptor. Con otros elementos

también existen reflexiones especulares, esto hace que queden “iluminadas” zonas que a

simple vista no tendrían porqué tener señal.

Los principales enemigos de las ondas electromagnéticas en las que viajan nuestras señales

son los metales. Los metales son totalmente opacos, esto hace que un edificio de hormigón

armado nos pueda bloquear la señal si se encuentra entre nuestro emisor y nuestro receptor.

Algo parecido pasa con los coches (por esto llevan la antena de la radio y del móvil fuera),

aunque si los cristales no llevan plomo nos permitan tener algo de cobertura en el

habitáculo. Otra pared importante para nuestra señal es la torre del ordenador, ya que es una

gran pantalla electromagnética para evitar que señales externas afecten al funcionamiento

del ordenador, de este modo siempre será mucho más efectiva una antena que podamos

colocar encima de la torre que no una que esté justo detrás (como la mayoría de tarjetas PCI

Wireless).

Nueva banda a 5GHz

A medida que las tecnologías Wireless fueron avanzando se vio la necesidad de tener más

ancho de banda. Así fue como se homologó la banda de 5GHz. La elección de esta

frecuencia no es gratuita, ya que es aproximadamente el doble de la de 2.4GHz.

Por su forma una antena está destinada a una frecuencia en concreto: su longitud es

proporcional a la longitud de onda de la frecuencia que deseamos transmitir o recibir. De

este modo la antena ya será el primer filtro que nos facilitará la entrada de señales de las

frecuencias que queremos y atenuará otras frecuencias no deseadas. Los mínimos de

atenuación se encuentran en múltiples de la frecuencia principal. Así nuestra antena de

2.4GHz será muy buena a esta frecuencia y bastante buena a 5GHz que es el doble de la

frecuencia principal.

Existe un precedente muy conocido de esto que os acabo de explicar. Seguramente todos

recordaréis que hace unos cinco años aparecieron los teléfonos móviles “duales”. Estos

teléfonos permitían utilizar la frecuencia hasta entonces utilizada para GSM de 950MHz y

además la nueva frecuencia de GSM-1800: 1800MHz, casi el doble, como en el caso del

Wireless.

Esta estrategia permite crear una nueva tecnología totalmente compatible con una

tecnología anterior, aprovechando así el ancho de banda de ambas tecnologías. En su época

una estación base de GSM permitía 600 llamadas simultáneas, y GSM-1800 permitía 3000,

de este modo las nuevas instalaciones se hacían con GSM-1800 pero dejaban totalmente

funcionales las instalaciones antiguas de GSM.

Ocupación de frecuencias

Cuando utilizamos un canal para conectar dos ordenadores (o un ordenador y un Access

Point) este canal queda inutilizable para ninguna otra conexión. El número de canales que

tenemos en la banda de Wireless es limitado, así nadie podrá utilizar el canal que estamos

usando en cualquier parte donde llegue nuestra señal.

Esto nos tiene que hacer reflexionar sobre como dimensionar nuestras instalaciones. Ya que

si utilizo una antena de 14dbi que puede alcanzar unos 600 metros para conectar dos

ordenadores que están a escasos 15 metros no permitiré a nadie reutilizar la frecuencia de

mi canal en este radio de 600 metros. Si en nuestra zona nadie más utiliza Wireless no

pasará nada, pero cada día son más las personas que utilizan esta tecnología, sobretodo en

las grandes ciudades.

Hay otro aspecto que nos tiene que hacer desistir de comprar la mayor antena del mercado:

la seguridad. Como todos sabemos en las comunicaciones telemáticas la seguridad nunca es

absoluta, así que un modo bastante eficaz de evitar que otros puedan acceder a nuestras

comunicaciones es hacer que el señal se difunda de la forma más restringida posible. Así

nos puede ser útil usar antenas de la potencia justa para llegar donde queremos llegar, o si

tenemos que interconectar dos edificios y nuestra señal tiene que salir al espacio público

quizá la mejor opción será usar antenas direccionales apuntadas entre ellas. Esta será una

buena solución para la interconexión de Access Points de distintas redes: backbones.

REFRACCIÓN

La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio

material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de

separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción

se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda.

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el

lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire

a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son

producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el

fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la

luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda.

Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que

entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial.

La relación entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo de refracción es

igual a la razón entre la velocidad de la onda en el primer medio y la velocidad de la onda

en el segundo medio, o bien puede entenderse como el producto del índice de refracción del

primer medio por el seno del ángulo de incidencia es igual al producto del índice de

refracción del segundo medio por el seno del ángulo de refracción. Donde: n1 = índice de

refracción del primer medio, θ1= Ángulo de Incidencia, n2 = índice de refracción del

segundo medio y θ2 = ángulo de refracción.

DIFRACCIÓN

En física, la difracción es un fenómeno característico de las ondas, éste se basa en el

curvado y esparcido de las ondas cuando encuentran un obstáculo o al atravesar una

rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la

superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz y las ondas de radio.

También sucede cuando un grupo de ondas de tamaño finito se propaga; por ejemplo, por

causa de la difracción, un haz angosto de ondas de luz de un láser deben finalmente divergir

en un rayo más amplio a una cierta distancia del emisor.

Comparación entre los patrones de difracción e interferencia producidos por una doble

rendija (arriba) y cinco rendijas (abajo).

La interferencia se produce cuando la longitud de onda es mayor que las dimensiones del

objeto, por tanto, los efectos de la difracción disminuyen hasta hacerse indetectables a

medida que el tamaño del objeto aumenta comparado con la longitud de onda.

En el espectro electromagnético los Rayos X tienen longitudes de onda similares a las

distancias interatómicas en la materia. Es posible por lo tanto utilizar la difracción de rayos

X como un método para explorar la naturaleza de la estructura cristalina. La difracción

producida por una estructura cristalina verifica la ley de Bragg.

Debido a la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica es posible

observar la difracción de partículas como neutrones o electrones. En los inicios de la

mecánica cuántica este fue uno de los argumentos más claros a favor de la descripción

ondulatoria que realiza la mecánica cuántica de las partículas subatómicas.

VENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS COMPARADOS CON

LOS SISTEMAS DE LÍNEA METÁLICA

         Volumen de inversión generalmente mas reducido.

         Instalación más rápida y sencilla.

         Conservación generalmente más económica y de actuación rápida.

         Puede superarse las irregularidades del terreno.

         La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio

de transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo.

         Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la altura de las

torres.

DESVENTAJAS DE LOS RADIOENLACES DE MICROONDAS COMPARADOS

CON LOS SISTEMAS DE LÍNEA METÁLICA

         Explotación restringida a tramos con visibilidad directa para los enlaces.

         Necesidad de acceso adecuado a las estaciones repetidoras en las que hay que

disponer de energía y acondicionamiento para los equipos y servicios de conservación. Se

han hecho ensayos para utilizar generadores autónomos y baterías de células solares.

         La segregación, aunque es posible y se realiza, no es tan flexible como en los

sistemas por cable

         Las condiciones atmosféricas pueden ocasionar desvanecimientos intensos y

desviaciones del haz, lo que implica utilizar sistemas de diversidad y equipo auxiliar

requerida, supone un importante problema en diseño.  

ESTRUCTURA GENERAL DE UN RADIOENLACE POR MOCROONDAS

EQUIPOS

Un radioenlace esta constituido por equipos terminales y repetidores intermedios. La

función de los repetidores es salvar la falta de visibilidad impuesta por la curvatura terrestre

y conseguir así enlaces superiores al horizonte óptico. La distancia entre repetidores se

llama vano.

Los repetidores pueden ser:

         Activos

         Pasivos

En los repetidores pasivos o reflectores.

         No hay ganancia

         Se limitan a cambiar la dirección del haz radielectrónico.  

PLANES DE FRECUENCIA - ANCHO DE BANDA EN UN RADIOENLACE POR

MICROONDAS

En una estación terminal se requieran dos frecuencias por radiocanal.

         Frecuencia de emisión

         Frecuencia de recepción

Es una estación repetidora que tiene como mínimo una antena por cada dirección, es

absolutamente necesario que las frecuencias de emisión y recepción estén suficientemente

separadas, debido a:

1.       La gran diferencia entre los niveles de las señales emitida y recibida, que puede ser

de 60 a 90 dB.

2.       La necesidad de evitar los acoples entre ambos sentidos de transmisión.

3.       La directividad insuficiente de las antenas sobre todas las ondas métricas.

Por consiguiente en ondas métricas (30-300 Mhz) y decimétricas (300 Mhz - 3 Ghz),

conviene utilizar cuatro frecuencias (plan de 4 frecuencias).

En ondas centimétricas, la directividad es mayor y puede emplearse un plan de 2

frecuencias.  

PROPAGACION DE MICROONDAS

Las microondas ocupan una porción del espectro de frecuencias entre 1 y 300 Ghz que

corresponde a 10 cm y mm respectivamente, en longitudes de onda. En la práctica son

ondas del orden de 1 Ghz a 12 Ghz.

La banda espectral de las microondas de divide en sub-bandas tal como se muestra en la

tabla.

FRECUENCIA (GHz) LONGITUD DE ONDA APROXIMADA (Cm)

S 1.5 A 8 10

X 8 A 12.5 3

K 12.5 A 40 1.1

Q 40 A 50 0.8

Sub-bandas en las que se divide la banda espectral de las microondas.

Los sistemas de microondas son usados en enlaces de televisión, en multienlaces

telefónicos y general en redes con alta capacidad de canales de información.

Las microondas atraviesan fácilmente la ionosfera y son usadas también en comunicaciones

por satélites.

La longitud de onda muy pequeña permite antenas de alta ganancias.

Como el radio de fresnel es relativamente pequeño, la propagación se efectúa como en el

espacio libre.

Si hay obstáculos que obstruyan el radio de fresnel, la atenuación es proporcional al

obstáculo.

De la ecuación se obtiene la atenuación Pr/Pt en enlaces espaciales

Pr/Pt (dB) = Gt (dB) + Gr (dB) +20 log h (m) - 22 - 20 log r (Km)

donde r es la distancia del enlace, h es la longitud de onda Gt Y Gr son las ganancias del

transmisor y del receptor receptivamente.

A la atenuación en espacio libre se le agregan algunos valores de atenuación debido a

obstáculos:

• 6 dB: Incidencia restante.

• 40 dB: Bloqueo total del haz.

La atenuación puede variar de 6 a 20 dB dependiendo del tipo de superficie que provoca la

difracción. Así:

• 6 dB: Para una difracción en filo de cuchilla, con incidencia resante.

• 20 dB: Difracción con incidencia resante en obstáculo mas redondeado como terreno

ligeramente ondulado o agua que sigue la curvatura de la tierra.

En condiciones desfavorables las perdidas por reflexión pueden ser de hasta 50 db

(propagación sobre mar).

Si la superficie es rugosa se consideran despreciables las perdidas por reflexión.

La temperatura efectiva de ruido Te del circuito receptor, referida a los terminales de

entrada y la cifra de ruido o (factor de ruido) F de un circuito están relacionados de la

siguiente forma:

F = 1 + Te/To

F es la razón de la potencia de ruido real de salida (al conectar en un generador de

temperatura normalizado de To=290^oK) y la potencia de ruido de salida que existiría para

la misma entrada, si el circuito no tuviera ruidos propios.

Por tanto, se nota que

F = 1 o 0 dB corresponde a Te = 0^K

F = 2 o 3 dB corresponde a Te = 290^oK, etc.

El gradiente del índice de refracción o factor K que corresponde al radio eficaz de la tierra

se define como el grado y la dirección de la curvatura que describe el haz de microondas

durante su propagación

K = R’ / Rt

Donde Rt es el radio real terrestre y R"es el radio de la curvatura ficticia de la tierra.

Cualquier variación del índice de refracción provocada por la alteración de las condiciones

atmosféricas, se expresa como un cambio del factor K.

En condiciones atmosféricas normales, el valor de K varia desde 1.2 para regiones elevadas

y secas (o 4/3 en onzas mediterráneas), hasta 2 o 3 para zonas costeras húmedas.

Cuando K se hace infinito, la tierra aparece ante el haz como perfectamente plana, ya que

su curvatura tiene exactamente el mismo valor que la terrestre.

Si el valor de K disminuye a menos de 1, el haz se curva en forma opuesta a la curvatura

terrestre. Este efecto puede obstruir parcialmente al trayecto de transmisión, produciéndose

así una difracción.

El valor de la curvatura terrestre para los distintos valores de K se calcula mediante la

siguiente fórmula

h = d1 d2 / 1.5 K

Donde h = Cambio de la distancia vertical desde una línea horizontal de referencia, en pies,

d1 = Distancia desde un punto hasta uno de los extremos del trayecto, en millas.

d2 = Distancia desde el mismo punto anterior hasta el otro extremo del trayecto, en

millas.

K = Factor del radio eficaz de la tierra.

1ml = 1.61Km.

1 pie = 0.3 m.

Con excepción del desvanecimiento por efecto de trayectos múltiples, los

desvanecimientos son fácilmente superables mediante:

- Diversidad de espacio.

- Diversidad de frecuencia.

- Diversidad de polarización.

La alteraciones del valor de K desde 1 hasta infinito ( Rango normal de K), tiene escasa

influencia en el nivel de intensidad con que se reciben las señales, cuando el trayecto se ha

proyectado en forma adecuada.

Las anomalías de propagación ocurren cuando K es inferior a 1, el trayecto podría quedar

obstruido y por lo tanto seria vulnerable a los fuertes desvanecimientos provocados por el

efecto de trayectos múltiples.

Cuando K forma un valor negativo, el trayecto podría resultar atrapado entre capas

atmosféricas y en consecuencia seria susceptible a sufrir desvanecimiento total.

DESVANECIMIENTO

El desvanecimiento se debe normalmente a los cambios atmosféricos y a las reflexiones del

trayecto de propagación al encontrar superficies terrestres o acuáticas.

La intensidad del desvanecimiento aumenta en general con la frecuencia y la longitud de

trayecto.

En caso de transmisión sobre terreno accidentado, el desvanecimiento debido a propagación

multrayecto es relativamente independiente del citado margen sobre obstáculo y en casos

extremos tiende a aproximarse a la distribución de Rayleigh, es decir, la probabilidad de

que el valor instantáneo del campo supere el valor R es :

-R/R0

P (R) = e

En donde: Ro es el valor eficaz.

Los tipos de desvanecimiento que influye sobre la contabilidad de la propagación en los

sistemas de microondas son selectivos y no selectivos. Desvanecimiento en el peor mes

para trayectos de 40 a 60 Kms con visibilidad y margen sobre obstáculos de 15 a 30 m.

MODELO OSI

El modelo de interconexión de sistemas abiertos, también llamado OSI (en inglés open system interconnection) es el modelo de red descriptivo creado por la Organización Internacional para la Estandarización en el año 1984. Es decir, es un marco de referencia para la definición de arquitecturas de interconexión de sistemas de comunicaciones.

Siguiendo el esquema de este modelo se crearon numerosos protocolos. El advenimiento de protocolos más flexibles donde las capas no están tan demarcadas y la correspondencia con los niveles no era tan clara puso a este esquema en un segundo plano. Sin embargo es muy usado en la enseñanza como una manera de mostrar cómo puede estructurarse una "pila" de protocolos de comunicaciones.

El modelo especifica el protocolo que debe ser usado en cada capa, y suele hablarse de modelo de referencia ya que es usado como una gran herramienta para la enseñanza de comunicación de redes. Este modelo está dividido en siete capas:

Capa física

Es la que se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la información. Sus principales funciones se pueden resumir como:

Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica.

Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.

Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).

Transmitir el flujo de bits a través del medio.

Manejar las señales eléctricas del medio de transmisión, polos en un enchufe, etc.

Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de dicha conexión).

Capa de enlace de datos

Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso al medio, de la deteccion de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo.

Como objetivo o tarea principal, la capa de enlace de datos se encarga de tomar una transmisión de datos ” cruda ” y transformarla en una abstracción libre de errores de transmisión para la capa de red. Este proceso se lleva a cabo dividiendo los datos de entrada en marcos (también llamados tramas) de datos (de unos cuantos cientos de bytes), transmite los marcos en forma secuencial, y procesa los marcos de estado que envía el nodo destino.

Capa de red

El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan encaminadores, aunque es más frecuente encontrar el nombre inglés routers y, en ocasiones enrutadores. Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como

switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la función que se le asigne. Los firewalls actúan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones de máquinas.

En este nivel se realiza el direccionamiento lógico y la determinación de la ruta de los datos hasta su receptor final.

Capa de transporte

Capa encargada de efectuar el transporte de los datos (que se encuentran dentro del paquete) de la máquina origen a la de destino, independizándolo del tipo de red física que se esté utilizando. La PDU de la capa 4 se llama Segmento o Datagrama, dependiendo de si corresponde a TCP o UDP. Sus protocolos son TCP y UDP; el primero orientado a conexión y el otro sin conexión. Trabajan, por lo tanto, con puertos lógicos y junto con la capa red dan forma a los conocidos como Sockets IP:Puerto (192.168.1.1:80).

Capa de sesión

Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos computadores que están transmitiendo datos de cualquier índole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.

Capa de presentación

El objetivo es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera reconocible.

Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que el cómo se establece la misma. En ella se tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas.

Esta capa también permite cifrar los datos y comprimirlos. Por lo tanto, podría decirse que esta capa actúa como un traductor.

Capa de aplicación

Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (Post Office Protocol y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP), por UDP pueden viajar (DNS y Routing Information Protocol). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar. Cabe aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad subyacente.

Una vez entendido el tema de interconexión y redes, debemos conocer un poco de los

comandos utilizados en MSDOS para red, IP y DNS: (Recordemos que para escribir este

comando debemos ir a la consola: Inicio/Ejecutar/cmd)

ipconfig/all: Muestra la configuración de las conexiones de red

ipconfig/displaydns: Muestra la configuración sobre las DNS de la red

ipconfig/flushdns: Borra la caché de las DNS en la red

ipconfig/release: Borra la IP de todas las conexiones de red

ipconfig/renew: Renueva la IP de todas las conexiones de red

ipconfig/registerdns: Refresca DHCP y registra de nuevo las DNS

ipconfig/showclassid: Muestra información de la clase DCHP

ipconfig/setclassid: Cambia/modifica el ID de la clase DHCP

control netconnections: Abre las Conexiones de red

netsetup.cpl: Abre Asistente de conexión de red

ping dominio.tld: Comprobar conectividad a un servidor

tracert: Tracear la ruta de una dirección IP (Mas Informacion)

netstat: Mostrar la sessión del protocolo TCP/IP

route: Mostrar la ruta local

arp: Muestra la dirección MAC

hostname: Muestra el nombre de la computadora

Ipconfig

ipconfig (internet protocol configuration) en Microsoft Windows es una aplicación de

consola que muestra los valores de configuración de red de TCP/IP actuales y actualiza la

configuración de configuración dinámica de host protocolo DHCP y sistema de nombres de

dominio DNS. Existen herramientas GUI similares denominados winipcfg y wntipcfg

también. El ex pre-dates ipconfig. El papel desempeñado por estas herramientas es similar

de diversas implementaciones de ifconfig en UNIX y sistemas operativos tipo UNIX.

ipconfig en Mac OS X es una utilidad de línea de comandos que puede ser usada para

controlar los clientes BootP y DHCP. Como en otros sistemas operativos basado en UNIX,

en Mac OS X también se puede utilizar el comando ifconfig para un control más directo

sobre las interfaces de red.

La ruta es %WINDIR%\System32\ipconfig.exe or C:\WINDOWS\System32\ipconfig.exe .

PING

Ping es una utilidad diagnóstica1 en redes de computadoras que comprueba el estado de la

conexión del host local con uno o varios equipos remotos por medio del envío de paquetes

ICMP de solicitud y de respuesta.2 Mediante esta utilidad puede diagnosticarse el estado,

velocidad y calidad de una red determinada.3

Ejecutando Ping de solicitud, el Host local envía un mensaje ICMP, incrustado en un

paquete IP. El mensaje ICMP de solicitud incluye, además del tipo de mensaje y el código

del mismo, un número identificador y una secuencia de números, de 32 bits, que deberán

coincidir con el mensaje ICMP de respuesta; además de un espacio opcional para datos.

Muchas veces se utiliza para medir la latencia o tiempo que tardan en comunicarse dos

puntos remotos, y por ello, se utiliza el término PING para referirse al lag o latencia de la

conexión en los juegos en red.

Existe otro tipo, Ping ATM, que se utiliza en las redes ATM, y en este caso, las tramas que

se transmiten son ATM (nivel 2 del modelo OSI). Este tipo de paquetes se envían para

probar si los enlaces ATM están correctamente definidos.

El comando ping tiene su origen en los submarinos y sus sónares, que envían una señal

sonora para detectar si hay algún obstáculo. Si ésta vuelve, significa que hay algún cuerpo o

barrera en la trayectoria de la señal emitida por el sónar. Se puede calcular la distancia del

obstáculo mediante el tiempo que tarda en retornar la señal, el cual puede usarse como

informe exacto de la posición del objeto contra el que se impactó la señal. Todavía está

vigente su uso, aunque hubo propuestas que no fueron apoyadas por las principales

potencias para eliminarlo por los perjuicios que ocasiona a las especies marinas.

El mecanismo del comando ping es similar al que utiliza el sonar: podemos ver si hay

conectividad entre 2 hosts y el tiempo que tardan en llegar los paquetes segun cuanto tarda

en llegar la respuesta.

Entendido el tema, procedemos a realizar las conexiones en clase… el equipo a utilizar es

el siguiente:

UBIQUITIDESCRIPCION DEL PRODUCTO

2.4GHz Hi Power 2x2 MIMO AirMax TDMA Station.

Más de 150 Mbps reales de rendimiento en exterior y un alcance superior a 15km. Gracias a la tecnología 2x2 MIMO que utiliza el nuevo NanoStation, los enlaces son significativamente más rápidos y a una distancia superior que nunca antes.

Aislamiento de polarización cruzada optimizada y un diseño muy compacto.

El nuevo NanoStation M ofrece un segundo puerto Ethernet con posibilidad de activar por Software la función PoE para una perfecta integración con Vídeo IP.

 Posibilidades de uso:

INFORMACIÓN DEL SISTEMA

Procesador                Atheros MIPS 24KC, 400MHzMemoria                   32MB SDRAM, 8MB  FlashInterface de Red        2 X 10/100 BASE-TX (Cat. 5, RJ-45) Interface Ethernet

REGULACIÓN/ CERTIFICACIONES

Aprobaciones Wireless FCC Part 15.247, IC RS210, CEConformidad RoHS

FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO 

2412MHz-2462MHz

ESPECIFICACIONES TX POWER                      ESPECIFICACIONES RX

Velocidad TX Sensibilidad Tolerancia              Velocidad RX Sensibilidad Tolerancia

<24Mbps    28 dBm  +/-2dB                          <24Mbps -97 dBm min  +/-2dB36Mbps      26 dBm  +/-2dB                          36Mbps -80 dBm          +/-2dB48Mbps      25 dBm  +/-2dB                          48Mbps -77 dBm          +/-2dB54Mbps      24 dBm  +/-2dB                          54Mbps -75 dBm          +/-2dB

MCS0         28 dBm  +/-2dB                          MCS0 -96 dBm          +/-2dBMCS1         28 dBm  +/-2dB                          MCS1 -95 dBm          +/-2dBMCS2         28 dBm  +/-2dB                          MCS2 -92 dBm          +/-2dBMCS3         28 dBm  +/-2dB                          MCS3 -90 dBm          +/-2dBMCS4         27 dBm  +/-2dB                          MCS4 -86 dBm          +/-2dBMCS5         25 dBm  +/-2dB                          MCS5 -83 dBm          +/-2dBMCS6         23 dBm  +/-2dB                          MCS6 -77 dBm          +/-2dBMCS7         22 dBm  +/-2dB                          MCS7 -74 dBm          +/-2dBMCS8         28 dBm  +/-2dB                          MCS8 -95 dBm          +/-2dBMCS9         28 dBm  +/-2dB                          MCS9 -93 dBm          +/-2dBMCS10       28 dBm  +/-2dB                          MCS10 -90 dBm         +/-2dBMCS11       28 dBm  +/-2dB                          MCS11 -87 dBm         +/-2dBMCS12       27 dBm  +/-2dB                          MCS12 -84 dBm         +/-2dBMCS13       25 dBm  +/-2dB                          MCS13 -79 dBm         +/-2dBMCS14       23 dBm  +/-2dB                          MCS14 -78 dBm         +/-2dBMCS15       22 dBm  +/-2dB                          MCS15 -75 dBm         +/-2dB

DATOS FÍSICOS/ ELECTRICOS / AMBIENTALES

Dimensiones de la caja               29.4 cm x 8 cm x 3cmPeso                                         0.4kg

Características de caja

Caja                                           Exterior, Plástico UV estabilizadoKit de Montaje                             Kit de montaje en mástil incluidoMáximo consumo                        8 WattsFuente de Alimentación                Adaptador con PoE incluido de 24V, 0.5A protección contra sobre tensión

Método de Alimentación                Passive Power over Ethernet (pares 4,5+; 7,8 retorno)  Temperatura de funcionamiento    -30C to +80CHumedad de funcionamiento         5 to 95% de condensaciónShock y Vibración                         ETSI300-019-1.4

INTERCONEXIÓN

Caja de los equipos a utilizar con sus respectivas direcciones IP

Caja del Modelo del Dispositivo a utilizar

Parte frontal del Equipo: NanoStation M5

El equipo es alimentado con 120 Vac y trae su transformador

Parte Posterior del Equipo

LED’s indicadores de estado

Del transformador al equipo se conecta mediante cable UTP

Se procede a realizar las conexiones en el Transformador

El equipo posee dos (02) Jack’s RJ45 en la parte de abajo

Secundary & Main

La antena es unidireccional y por ende posee los distintos lóbulos(P,S,T y C)

Power indicator del transformador

Indicador de estado del transformador

Al momento de conectar los equipos se realizó un cambio en las cajas y hubo que realizar

un ipconfig para determinar las direcciones IP de los equipos

Se procede a conectar el equipo al transformador

Se observa el estado de los equipos

Vista de ambos transformadores una vez realizada la conexión Radio – Transformador,

Transformador - PC

Ipconfig de uno de los equipos para observar sus propiedades de red

Ping a la dirección IP del equipo

El equipo posee una herramienta de configuración mediante html

En la cual pueden configurarse opciones inalámbricas

Podemos visualizar el histórico de transferencia.

También podemos escoger el ancho de los canales

En la pestaña Principal (main) podemos visualizar el estado de la conexión, potencia de la

señal, etc.

Además de el resumen de la configuración

Histórico de Transmisión

Los equipos también poseen seguridad encriptada para evitar la interferencia no deseada de

la información que se envía.

Además de las configuraciones que puedan realizarse en la Red en cuanto a máscara, puerta

de enlace, etc, posee un firewall para evitar acceso a algunos servicios establecidos por el

administrador

El nivel de potencia para la activación de los leds de estado del dispositivo también es

programable

El equipo también posee funciones como almacenamiento de novedades, alarma en caso de

que otro equipo le realice un ping y la opción de activar o desactivar el puerto 23 de Telnet

para permitir o rechazar acceso a información.

En la ficha Sistema también se puede realizar cambio de lenguaje, configurar contraseña de

acceso, asi como también reapaldar la configuración del dispositivo.

Una vez configurados y enlazados los dispositivos, se procede a generar una serie de bits

para transferirlos al otro equipo mediante la aplicación TfGen y realizarle seguimiento con

la aplicación NetPerSec.

Se comprobó mediante el envío de 10 Mbps, 100 Mbps, etc que el ancho de banda

(informático) se divide en transmisión y recepción, siendo el mayor porcentaje de bajada

(recepción) y en si, el equipo, transmite un ~66% de la tasa de transferencia de los PC.

Se procede entonces a realizar un ping al otro PC mientras se esta generando bits de

transferencia para verificar el aumento del tiempo de respuesta del eco del ping.

Cuando se aumentan excesivamente los bits de transferencia, está saturada la conexión y

por ende no hay respuesta del otro equipo (no hay eco de ping pero si hay comunicación)

La tasa era a 100 Mbps para saturar la conexión esto debido a que es el ancho de banda

(informático) máximo de la tarjeta de Red de la PC

Así se observa cuando la conexión está saturada.

CONCLUSIONES

Al configurar los 2 equipos uno debe hacer la función de Access Point y uno de Cliente, se

deben hacer las pruebas con los equipos en el mismo cuarto, ya que si vamos a probar en el

campo, tendremos algunas dificultades por aspectos técnicos (Frecuencias saturadas, no se

ven los puntos a enlazar, etc.).

Realizar pruebas de icmp con paquetes de 10000

Si se va a usar antena externa, se debe tener en cuenta que no siempre son necesarias por

distancia, no hagamos un mal uso de los equipos (utilizar antena externa en radioenlaces

que no superan 1 Km sería un desperdicio de equipos).

Establecer una contraseña para el Radioenlace, de esta manera encriptamos nuestro tráfico.

El uso de las direcciones ip es netamente administrativo, así que no importa que tengamos

ips diferentes para enlazar radios, pero si se sugiere que el SSID no sea el que viene por

defecto.