¿Qué es un radioenlace? Ventajas e inconvenientes

¿Qué es un radioenlace?

Se denomina radio enlace a cualquier interconexión entre los terminales de telecomunicaciones efectuados por ondas electromagnéticas.

Organismo internacional que gestiona el campo de los radioenlaces es la ITU-R (International Telecomunication Union-Radiocomunicationsection).

Se puede definir al radio enlace del servicio fijo, como sistemas de comunicaciones entre puntos fijos situados sobre la superficie terrestre, que proporcionan una capacidad de información, con características de calidad y disponibilidad determinadas. Típicamente estos enlaces se explotan entre los 800 MHz y 42GHz.

Los radioenlaces serán de un tipo u otro teniendo en cuenta la existencia de comunicación visual o no entre el emisor y el receptor.

Utilización con respecto a la frecuencia:

Enlaces de Microondas:

– LOS: (4 – 40 GHz).

– Near-LOS y Non-LOS: (f < a los 4 GHz)En esta asignatura empezaremos hablando de los radioenlaces LOS, en los cuales existe una vista del receptor (LOS, Line Of Sight). Estos proveen conectividad de una manera sencilla y práctica entre dos o más sitios. La línea de visión (LOS) implica que la antena en un extremo del radio enlace debe poder "ver" la antena del otro extremo.

Conceptos básicos de diseño.

Estructura de un radio enlace: Un radio enlace esta constituido por estaciones terminales y repetidoras intermedias, con equipos transceptores, antenas y elementos de supervisión y reserva.

Además de las estaciones repetidoras, existen las estaciones nodales donde se demodula la señal y se baja a banda base y en ocasiones se extraen o se insertan canales. En cuanto a los repetidores se los puede clasificar en activos o pasivos. Activos: En ellos se recibe la señal en la frecuencia de portadora y se la baja a una frecuencia intermedia (FI) para amplificarla y retransmitirla en la frecuencia de salida. No hay demodulación y son transceptores (TX-RX). Pasivos: Se comportan como espejos que reflejan la señal y se los puede dividir en pasivos convencionales, que son una pantalla reflectora y los pasivos back-back, que están constituidos por dos antenas espalda a espalda. Se los utiliza en ciertos casos para salvar obstáculos aislados y de corta distancia.

La estructura general de un radioenlace puede responder a varios tipos de arquitectura de redes.

Enlace punto a punto (PTP, Point ToPoint).

Enlaces punto multipunto(PMP).

En línea.

En árbol.

En anillo.

En estrella.

Híbrida o Mesh…

Ventajas e inconvenientes del uso de Radioenlaces.

Par de cobre.

Cable coaxial.

Fibra Óptica.

Comunicaciones vía satélite.

Enlaces de microondas terrestres.

Enlaces ópticos en espacio libre.

Principales ventajas de un radioenlace:

• Uso en áreas con orografía irregular.
• Lugares donde el despliegue con cableado es difícil.
• No requieren adquisiciones de derecho de vía.
• Localizaciones donde no se han desarrollado infraestructuras comunes.
• Reducción de los costes de ocupación en torre.
• Cada vez mayores caudales de tráfico.
• Mejor adaptación a salvar grandes obstáculos.
• Inversión reducida. Rápida amortización.
• Instalación rápida y sencilla.

Principales inconvenientes…

• Condiciones atmosféricas adversas.
• Interferencias en zonas urbanas.
• Tramos con visibilidad directa.
• Acceso adecuado a las instalaciones.

Ventajas de tecnologías basadas en XDSL:

• Ya se encuentra desplegado.
• Velocidades muy atractivas para el cliente final.
• Por la capacidad y flexibilidad de las conexiones.

La mayor limitación…

• La distancia física entre el cliente y la Estación central.
• Cableado “viejo”. Implica posibles interferencias, atenuaciones, etc

Ventajas de tecnologías basadas en Fibra óptica:

• Muy baja atenuación en el medio de transmisión.
• Las señales no afectadas por cambios en las condiciones de propagación ambientales.
• Elevados anchos de banda de caudal.
• Capacidad de transporte casi “ilimitada”.

Inconvenientes…

• Obra civil en el despliegue.
• Coste elevado del mismo.
• Costoso mantenimiento.

El uso de la Fibra Óptica:

• Enlaces de larga distancia terrestres.
• Enlaces submarinos de alta capacidad.
• Sistemas de transporte entre ciudades.
• Despliegue de TV e Internet hasta usuario final.FTTH.
• Operadores de cable.
• Soportan el 90% del tráfico de la red Mundial de datos

Sistemas inalámbricos PMP

Estación “Nodal” – Estaciones “cliente”

–Servicio de Banda Ancha a Internet.

–Zonas rurales o urbanas residenciales.

Soluciones Wimax y LMDS

El diseño de un radio enlace de microondas LOS involucra cuatro pasos básicos:

• Elección del sitio de instalación.
• Estudio del perfil del terreno y cálculo de la altura del mástil para la antena.
• Cálculo completo del radio enlace, estudio de la trayectoria del mismo y los efectos a los que se encuentra expuesto.
• Prueba posterior a la instalación del radio enlace, y su posterior puesta en servicio con tráfico real.

Ubicación del enlace. Pérdidas en el espacio libre (Free Space Loss) y determinación de las zonas de Fresnel.

• Pérdida en el Espacio Libre.

La potencia de la señal se reduce por el ensanchamiento del frente de onda en lo que se conoce como Pérdida en el Espacio Libre. La potencia de la señal se distribuye sobre un frente de onda de área cada vez mayor a medida que nos alejamos del transmisor, por lo que la densidad de potencia disminuye.

Un símil que ayuda a comprender esto es pensar en la luz emitida por una bombilla. Si observamos la cantidad de luz que incide sobre una hoja de papel veremos que ésta disminuye a medida que la alejamos de la bombilla.

Usando decibelios, la pérdida en el espacio libre a una frecuencia f cualquiera es:

L_fs= 32,45 + 20Log(D) + 20Log(f)

con L_fs en dB, f en MHz y D en kilómetros.

Y se realiza el presupuesto de potencias:

• 15 dBm (TX Potencia del Cliente)
• + 14 dBi (Ganancia de Cliente AP)
• -2 dB (Pérdida en el Cable AP)
• + 10 dBi (Ganancia de la Antena Cliente)
• -2 dB (Pérdida en el Cable Cliente)
• 35 dB Ganancia Total
• -114 dB (Pérdida en el espacio libre @5km)
• -79 dBm (nivel de señal recibida esperado)
• - 89 dBm (sensibilidad del AP)
• 10 dB (margen del enlace)

En esta dirección el enlace es mejor, con un margen de 10 dB, aunque la potencia de transmisión es menor, pero la mejor sensibilidad del receptor del AP nos ayuda. Este enlace es viable, pero convendría mejorarlo con los métodos ya mencionados.

Zona de Fresnel.

Como hemos visto anteriormente si tenemos un enlace entre dos puntos, trazamos una línea entre ambos y nada la bloquea, tenemos un enlace tipo LOS, es decir un enlace con línea de vista.

Pero las ondas de radio no están confinadas a una simple recta, sino que ocupan un volumen en el espacio, se distribuyen en un elipsoide alrededor de esa línea que une los equipos que intervienen en la comunicación.

donde r es el radio de la zona en metros

dd1 y dd2 son las distancias desde los extremos del enlace al obstáculo y d es la distancia total en metros, f es la frecuencia en MHz

Parámetros fundamentales en las comunicaciones.

El dB en comunicaciones. El decibelio es la unidad de medida relativa generalmente utilizada en comunicaciones para proporcionar una relación entre valores de entrada y de salida.

El decibelio usa el logaritmo para permitir que relaciones muy grandes o muy pequeñas puedan ser representadas con números convenientemente pequeños.

Por ejemplo, en una relación de potencias, el valor en dB se calcula tomando el logaritmo de la relación de la potencia medida o calculada (P2), con respecto a la potencia de referencia(P1)

10log p1/p2

Radio Mobile es un programa desarrollado para radioaficionados por Roger Coudè, basado en el conocido modelo de terreno irregular de Longley-Rice que predice las condiciones de propagación desde 20 MHz a 20 GHz, mediante el uso de varios tipos de mapas digitales de elevación.

Terminología. Radio Mobile tiene su propia terminología especial. Para crear radioenlaces debemos aprender algunos términos:

•un sistema(system): es una combinación de una radio y una antena (Potencia TX, ganancia, patrón de radiación,...)

•una unidad(unit): es un sistema instalado en una ubicación particular (coordenadas, altura de antena, ...)

•una red(network): es un conjunto de unidades que forman parte de la misma red inalámbrica (todas a la misma frecuencia)

Normativa aplicable a los radioenlaces.

Normativa UIT-R y UIT-T.

La UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) es el organismo especializado de las Naciones Unidas para las tecnologías de la información y la comunicación – TIC.

Funciones:

-Atribuir el espectro radioeléctrico y las órbitas de los satélites.

-Elaborar normas técnicas.

-Mejorar el acceso a las TIC´s.

Asociación público-privada, la conforman 193 países y más de 700 entidades del sector privado e instituciones académicas

-Miembros: fabricantes, entidades I+D, instituciones académicas, pequeños actores.

-Basada en la cooperación internacional y lograr consenso.

-3 Sectores: UIT-T, UIT-R y UIT-D

Normativa aplicable a los radioenlaces.

UIT-T = Sector de Normalización de las Telecomunicaciones (CCITT).

–Se centra en el sector de las Telecomunicaciones.

–Órgano permanente de la UIT.

–Estudia los aspectos técnicos, de explotación y tarifarios y publica normativas sobre los mismos.

–Antiguo CCITT “Comité Consultivo Telefónico y Telegráfico.