Curso. Planeación, diseño e instalación de un sistema de Radiocomunicación utilizando el Software Radio Mobile. Link Budget / Presupuesto de Potencia

Transcripción

1 El Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas, A.C. Curso Planeación, diseño e instalación de un sistema de Radiocomunicación utilizando el Software Radio Mobile. Link Budget / Presupuesto de Potencia Instructor Ing. José Luis Pérez Báez. Junio de

2 OBJETIVO Presentar todos los elementos y herramientas necesarias para el cálculo de un radioenlace. Discutir cada uno de los elementos que intervienen en su cálculo. Ser capaz de evaluar los resultados en contacto directo con la realidad.

3 Que es un presupuesto de enlace? Es el calculo de todas las ganancias y perdidas desde el transmisor hasta el receptor. Un buen presupuesto de potencia del enlace es esencial para el buen funcionamiento del mismo. Estimación de pérdidas / ganancias del radioenlace. Diseño adecuado. Correcta elección de los equipos. Elementos que intervienen en un radioenlace Lado de transmisión Lado de propagación Lado receptor

4 Como calcular un presupuesto de enlace. LINK BUDGET O PRESUPUESTO DE POTENCIA El presupuesto de potencia o Link Budget, es un cálculo de la potencia disponible en todo el enlace que nos permitirá saber si el enlace es realizable o tiene problemas. Toma como base la estructura total del sistema, y los parámetros de ganancia o atenuación de cada una de las etapas que componen el sistema de radiocomunicación.

5 Potencia contra distancia Gt Gr Espacio libre Tx Cables y conectores Cables y conectores Rx db m Potencia de transmisión L EL (db) = log 10 r km + 20 log 10 (f Mhz ) Ganancia de antena Pérdida en cables y conectores Perdida del espacio libre Ganancia de antena Pérdida en cables y conectores MARGEN Potencia de recepción Sensibilidad del receptor distancia Km

6 Ecuación de radioenlace + Potencia del Transmisor (dbm) Pérdidas en el cable de Tx (db) + Ganancia de antena de Tx (db) Pérdidas en la trayectoria del espacio libre (db) + Ganancia de antena de Rx (db) Pérdidas en el cable de Rx (db) = MARGEN MARGEN - Sensibilidad del receptor (dbm) = Si es positivo el enlace es realizable. Potencia de transmisión.- Potencia de salida del radio (Estación base, repetidor, radio directo, tarjeta inalámbrica, etc. El límite superior depende de los límites por la regulación vigente de la región o el país.

7 Pérdidas en el cable.- Pérdidas debido a la atenuación. El cable de la antena tanto transmisora como receptora, debe ser lo más corto posible. Las perdidas del cable dependen de la frecuencia de operación. Tomar datos reales de la hoja de datos técnicos del cable. Los valores típicos de perdidas varían entre 1 db/m hasta < 0.1 db/m. Menores perdidas en el cable implican mayor costo de éste. Pérdidas en conectores.- Pérdidas en los conectores (Valor típico 0.25 db por conector) Dependiendo de la frecuencia y tipo de conector. Pérdidas en protectores contra descarga eléctrica (~ 1 db)

8 Antena del lado del transmisor.- La Ganancia de Antena va en rangos desde: 2 dbi (Antena integrada simple en radios portátiles o tomar el valor del dato técnico de ganancia de la antena. 8 dbi ( Antena omnidireccional estándar) dbi (Parabólica) Verificar que realmente se tiene la ganancia nominal. Pérdidas por inclinación, en la polarización, etc. Pérdidas en el espacio libre.- Proporcional al cuadrado de la distancia. Proporcional al cuadrado de la frecuencia del radio. d= distancia en metros. f = Frecuencia en Hz. Suponiendo una antena isotrópica.

9 Ejemplos de perdidas por espacio libre a diferentes distancias y a diferentes frecuencias. Atenuación en db por pérdidas en el especio libre a diferentes frecuencias (2.4 / 5.4 Ghz. Distancia en metros.

10 Zona de Fresnel En este punto es interesante verificar los obstáculos que se pudiesen tener en el enlace, mediante la utilización de los cálculos de las zonas de Fresnel.

11 Propagación en el espacio libre: Zonas de Fresnel.- d1 = distancia al obstáculo desde el transmisor en km. d2 = distancia al obstáculo desde el receptor en km d = distancia entre transmisor y receptor en km. f = frecuencia en Ghz. r = radio en metros. Obstáculo situado en el medio ( d1 = d2 ): El radio que contiene el 60% del total de la potencia: r (60 porciento) = 10.4 * (d / 4f)

12 Línea de vista óptica y línea de alcance del radio. Ejemplos de distancias de zonas de Fresnel a diferentes frecuencias.

13 Lado receptor. Las pérdidas, antenas, cables y conectores Los cálculos son iguales que los del lado transmisor.

14 Sensibilidad del receptor Muestra el mínimo valor de potencia que necesita el receptor para decodificar o extraer la información bit lógicos o información analógica, depende de lo que se envíe y alcanzar una cierta tasa de bits en el caso de información digital. Cuanto más baja sea al sensibilidad, mejor será la recepción del radio. Una diferencia de 10 db de ganancia en una antena, puede dar como resultado que el enlace se pueda realizar o no.

15 Margen y relación señal a ruido (SNR) Margen = Señal recibida en el receptor - Sensibilidad del receptor. No es suficiente que la señal sea mayor que el ruido. Es necesario un cierto margen entre la señal y el ruido (SNR). Algunos requerimientos típicos de SNR: 16 db para 11 Mbps. 4 db para 1 Mbps.

16 Otros cálculos importantes Factores de corrección debido a: Tipo de terreno y edificaciones. Superficies húmedas, la lluvia, nieve y agua. Dificultades para estimar atenuaciones que cambian con el tiempo. Los anteriores parámetros pueden tener gran impacto en el presupuesto de potencia de todo el enlace. Los cálculos teóricos son una cosa y los prácticos otra, sin embargo, ayudan mucho para realizar el enlace, en virtud de que el acercamiento del comportamiento del enlace casi siempre se acerca al mas de l 90% del comportamiento. Desarrollo de algunos ejemplos.

17 CONCLUSIONES Tener un buen presupuesto de potencia o Budget link es un requerimiento básico para le buen funcionamiento del mismo. Un presupuesto de enlace de una red inalámbrica es la cuanta de todas las ganancias y pérdidas desde el radio transmisor hacia el receptor. Las pérdidas más grandes del enlace se producen en la propagación en espacio libre debido a la atenuación geométrica de la señal. El EIRP o PIRE es un valor que especifica la máxima potencia que está transmitiendo al espacio. La sensibilidad del receptor es un parámetro que indica el valor mínimo de potencia que se necesita para alcanzar una cierta tasa de bits.

18 Ing. José Luis Pérez Báez. Cel: Correo electrónico: y pbaezjl@gmail.com