Comunicación por Radio Enlace

Se dota de comunicaciones a una granja situada a 3 km del pueblo más cercano mediante un Radioenlace a 5Ghz


 

¿Como se hizo?

Este proyecto nace de la necesidad de dotar de comunicaciones a una granja situada fuera del núcleo urbano y sin posibilidad de proveer de comunicaciones terrestres directas del operador.

Objetivos:

Proporcionar al cliente conexión a Internet y teléfono, además de colmunicación VPN con las oficinas centrales de la empresa, situadas en Valencia.

Topología:

Los puntos a enlazar se encuentran a 3 km de distancia  sin visibilidad directa, en la granja  con estructuras no mayores a 4 metros, por lo que se hace necesario utilizaciónde mástiles para colocar las antenas alrededor de 7metros de atura. En el pueblo se aprovecha la instalación de antena de TV para la ubicación del Radioenlace.

 

Radio Enlace

 Electronica utilizada:


Despues de diversos estudios de la topografía de la zona, visibilidad, vientos cruzados, etc. se decide usar un Radioenlace  direccional de 5Ghz con una antena de parrilla de 23 dBi, para salvar la no visibilidad entre ambos puntos y dotar a la granja de las deseadas comunicaciones.

 

 

 

Equipos:

 Mikrotik Groove A 5Hn

Mini-Access Point con todo el poder Mikrotik. Con la NV2 tecnología TDMA, te da un rendimiento total de 100 Mbit!
Resistente a la intemperie, durable y listo para usar sin armar cajas y todo eso. Cuenta con un puerto Ethernet  10/100 con soporte PoE Nodo Pueblo

 y un radio incorporado 200mW 802.11a/N inalámbrica.
El A-Groove 5GHz tiene una licencia RouterOS Nivel4, por lo que se puede utilizarcomo un punto de acceso inalámbrico   (o como cliente y para enlaces punto apunto).

 

Antena de parrilla LBW-D23A

5 Ghz. 23 dBi Grid Antenna

Rango de Frecuencias     5150--5850 MHz

Ancho de Banda             700 MHz
Ganancia                       23.5dBi
Ancho de haz Horizontal   9 º
Ancho de haz Vertical      12 º
F/B Ratio                       =20 dB
V.S.W.R                        =1.5Type; Max 2.0
Impedancia Nominal         50 ohm
Polarización                    Vertical u Horizontal
Max Potencia                  100 W
Conector                        N hembra
Dimensiones                    0.3×0.4 m
Peso                             1.4 kg
Resistencia al viento        60 m/s

 

Planificación inicial del radioenlace y elección de los emplazamientos

Además de la elección de los equipos de radio y de sus parámetros de funcionamiento, los factores más importantes que determinan las prestaciones de un sistema fijo de acceso inalámbrico son la buena situación de las antenas, la correcta planificación del enlace radioeléctrico y la elección de un canal libre de interferencias. Sólo con una buena planificación del enlace entre antenas puede conseguirse evitar las interferencias y los desvanecimientos de la señal, alcanzando una alta disponibilidad en el sistema.

 

Nodo Remoto

La planificación del enlace radioeléctrico de un sistema de radiocomunicaciones comienza con el cálculo del alcance. Para ello se deben conocer la banda de frecuencias, las características climáticas de la zona y las especificaciones técnicas de los equipos de radio: potencia del transmisor, ganancia de las antenas, sensibilidad del receptor, tasa de error, disponibilidad, etc. Este cálculo del alcance del sistema constituye una primera estimación teórica que deberá verificarse tras la instalación de los equipos. La utilización de aplicaciones informáticas de simulación con cartografías digitales del terreno y de los edificios constituye una potente herramienta de ayuda en la planificación. Valiéndose de las mismas es posible determinar las mejores localizaciones para instalar las antenas y estimar su alcance o cobertura, así como los posibles niveles de interferencia que provienen de otros emplazamientos vecinos, especialmente en el caso de sistemas celulares o de acceso radio punto a multipunto. Posteriormente, las visitas a los posibles emplazamientos permite determinar su aptitud para albergar los equipos de radiocomunicaciones.

Las frecuencias utilizadas habitualmente por los radioenlaces fijos exceden de 10 GHz. Por lo tanto, estos sistemas se incluyen dentro de la categoría de sistemas terrenales con visión directa (LOS, Line-Of-Sight). La característica de visibilidad directa o LOS proviene de la dificultad de las señales de radio de alta frecuencia para propagarse bordeando esquinas o para difractarse en torno a obstáculos. Es decir, debe existir un camino directo sin obstáculos para la propagación de la señal radio entre las antenas transmisora y receptora. Si desde el emplazamiento de una de las antenas puede verse la otra, entonces se dice que existe visión directa. Normalmente, suelen visitarse los posibles emplazamientos y comprobarse la existencia de visión directa como fase previa a la instalación de los equipos de comunicaciones. En el caso de enlaces de corto alcance, la visión directa puede limitarse simplemente a una cuestión de qué altura deben tener las torres o mástiles donde se sitúen las antenas. Sin embargo, es evidente que ello no constituye la solución más sencilla o económica. En cambio, resulta más práctico la búsqueda de zonas geográficas prominentes con buena visibilidad o edificios altos, lugares ideales para la instalación de estaciones base que deben concentrar el tráfico de múltiples enlaces punto a punto. Ahora bien, las antenas no siempre se encuentran en edificios altos, y lo que ocurre más a menudo, ambos.

 

 Atenuación causada por gases atmosféricos e hidrometeoros


Otro tipo de factores que también deben tenerse en cuenta son los atmosféricos y meteorológicos. En los radioenlaces troposféricos se producen atenuaciones de la señal durante su propagación, causadas por la absorción y dispersión en hidrometeoros como la lluvia, la nieve, el granizo o la niebla. Estos efectos son especialmente importantes en el caso de sistemas que trabajan a frecuencias milimétricas. Aunque la atenuación causada por la lluvia puede despreciarse para frecuencias por debajo de 5 GHz, ésta debe incluirse en los cálculos de diseño a frecuencias superiores donde su importancia aumenta rápidamente. La atenuación específica debida a la lluvia puede calcularse a partir de la Recomendación UIT-R 838. Dicha atenuación es ligeramente superior para polarización horizontal que para vertical. Esto se debe simplemente a la forma que adquieren las gotas de lluvia por el rozamiento experimentado durante la caída. Para la predicción de la atenuación producida por la lluvia se necesita información sobre las estadísticas de intensidad de precipitación. En la Rec. UIT-R PN.837-1 se proporcionan valores de intensidad de lluvia excedidos durante determinados porcentajes de tiempo y para distintas zonas hidrometeorológicas mundiales. En el caso de España, estas son las llamadas zonas H y K. Por ejemplo, Madrid se encuentra en la zona H, mientras que Valencia se encuentra en la zona K. La Rec. UIT-R P.530-7 establece el procedimiento para calcular la atenuación producida por la lluvia a largo plazo.

 La atenuación por niebla está gobernada por las mismas ecuaciones que en el caso de la lluvia. La principal diferencia es que la niebla puede modelarse como un conjunto de gotas de agua muy pequeñas en suspensión (con radios variables entre 0,01 y 0,05 mm). Para frecuencias por debajo de 300 GHz la atenuación producida por la niebla es linealmente proporcional al contenido total de agua por unidad de volumen para cada frecuencia. Una concentración de 0,032 g/m3 corresponde a un nivel de niebla que permite visibilidad a unos 700 m. Por otro lado, una concentración de 0,32 g/m3 permite visibilidad a algo más de 100 m. El nivel máximo de contenido de agua se sitúa en torno a 1 g/m3, con densidades considerablemente menores para la mayor parte de las nieblas. Para una frecuencia de 100 GHz, la atenuación en el caso de niebla densa es de tan solo 1 dB/km. Por lo tanto, en el diseño de radioenlaces con suficiente margen de señal para evitar la atenuación por lluvia, la niebla no constituirá un factor de limitación.

Por otra parte, la atenuación de las microondas al atravesar nieve en polvo es al menos un orden de magnitud inferior que para la lluvia considerando la misma tasa de precipitación. No obstante, la atenuación para la nieve húmeda es comparable a la de la lluvia e incluso superior en la banda de frecuencias milimétricas. Medidas experimentales han demostrado valores de atenuación en torno a 2 dB/km para 35 GHz y una tasa de precipitación de 5 mm/h. Para nieve en polvo la atenuación es dos ordenes de magnitud inferior. Debido a la gran cantidad de variables involucradas, en particular el contenido de agua relativo, resulta difícil especificar la atenuación en función de la tasa de precipitación de una forma simple. En todo caso, se recomienda emplear radomos en zonas de fuertes nevadas para evitar la acumulación de hielo y nieve en la superficie de las antenas, ya que pueden provocar niveles de atenuación importantes.

Finalmente, los vapores de agua y de oxígeno no condensados poseen líneas de absorción en la banda de frecuencias de microondas y de ondas milimétricas. Por ello existen frecuencias donde se produce una gran atenuación separadas por ventanas de transmisión donde la atenuación es mucho menor. En el caso del vapor de agua, se producen fuertes líneas de absorción para longitudes de onda de 1,35 cm, 1,67 mm e inferiores. En el caso del oxígeno, las longitudes de onda de los picos de absorción son 0,5 y 0,25 cm. La atenuación debida al efecto conjunto de los vapores de agua y oxígeno es aditiva. En aquellas bandas donde los valores de atenuación exceden los 10 dB/km el alcance de las comunicaciones se encuentra enormemente limitado. Pero escogiendo adecuadamente las frecuencias de trabajo es posible obtener niveles de atenuación mucho menores: por ejemplo, a 30 GHz la atenuación es inferior a 0,1 dB/km. Para frecuencias por encima de 300 GHz, en cambio, la atenuación mínima es todavía elevada (6 dB/km o más) e impone una gran restricción en el caso de enlaces terrestres con visión directa. Sin embargo, determinadas aplicaciones especializadas tales como comunicaciones secretas de corto alcance (entornos "indoor" a 60 GHz) o enlaces entre satélites (no afecta la atenuación atmosférica) se aprovechan del uso de la banda de frecuencias milimétricas. Estas longitudes de onda cortas posibilitan el uso de antenas de alta ganancia muy compactas que compensan parte de las pérdidas introducidas.


Resumen
Como se ha visto, el diseño de un radioenlace involucra una gran variedad de cuestiones a tener en cuenta: emplazamiento, selección de equipos, cálculo del balance de potencias, identificación de obstáculos y posibles interferencias, fenómenos de atenuación y desvanecimiento de las señales, etc. Si bien actualmente la existencia de herramientas informáticas de simulación facilita enormemente la tarea, es importante conocer de primera mano todos los aspectos que pueden influir en el funcionamiento del radioenlace. De este modo, durante la fase final de verificación e instalación de los equipos será posible identificar las posibles causas de un mal funcionamiento y arbitrar los mecanismos adecuados para solucionarlo.

 

 

Fuentes:

www.radioptica.com

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