QUÉ PASA AL ENVIAR UNA SEÑAL RF Cuando echamos una gota de tinte en un frasco con agua. El tinte Avanza en la dirección en que lo echamos, pero… Comienza a “difundirse” por el resto del agua. Algo semejante ocurre cuando enviamos desde una antena una señal de RF (radio frecuencia) al aire.

QUÉ PASA AL ENVIAR UNA SEÑAL RF La forma en que se “difundirse” la potencia irradiada por una antena se representa gráficamente y se conoce como el Pattern de una Antena. La forma en que enviamos la señal, es decir, que tanto “direccionamos” la potencia determina la forma del pattern de la antena. En el ejemplo, el pattern de una antena dipolo.

QUÉ PASA AL ENVIAR UNA SEÑAL RF En el ejemplo, el pattern de una antena omnidireccional. En el ejemplo, el pattern de una antena tipo Panel.

QUÉ PASA AL ENVIAR UNA SEÑAL RF En el ejemplo, el pattern de una antena Yagi. En Antenas, la elevación es el ángulo de inclunación con la horizontal y el Azimuth es el ángulo de rotación sobre el eje horizontal.

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Los Cálculos de Enlace en un sistema RF pueden ser divididos en 3 partes principales: potencia efectiva 1. El lado de Transmisión, con la potencia efectiva que se transmite. 2. Pérdidas en la Propagación, la potencia que se pierde entre la antena transmisora y receptora sensibilidad del receptor 3. El lado de Recepción, con la efectiva sensibilidad del receptor Un Calculo de Enlace RF es simplemente la suma de todos los aportes (en decibeles): Pot.Recibida(dBm) = Pot.Transmitida[dBm] – Pérdida cable Tx [dB] + ganancia antena Tx [dBi] – Pérdidas de propagación [dB] + ganancia de antena Rx [dBi] – Pérdidas cable Rx [dB] Donde: Tx: Transmisión; Rx: Recepción También: Margen Holgura(dB) = Pot.Recibida(dB) - Sensibilidad receptor [dBm] Queda un margen de holgura (valor positivo) el enlace funcionará Cálculos de Enlace en RF

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Potencia del Transmisor: Se expresará en dBm para los calculos de enlace. Algunos ejemplos de potencias máximas (de pico) en interiores según FCC (indoor) son: Perdidas en cables "pigtail": Las perdidas de los cables entre el transmisor y la antena y entre el receptor y su antena, se expresan en dB y dependen del tipo de cable, de la frecuencia usada y de la longitud del cable. A continuación, algunos valores de perdidas de cable para 2,4GHz son: Perdidas Conectores: A las perdidas del cable hay que agregar los conectores usados, que son del orden de 0,2 dB. Cálculos de Enlace: 1. El Lado del Transmisor Cálculos de Enlace: 1. El Lado del Transmisor

Para Pérdidas de Propagación se obtienen mediante el uso de un modelo de propagación, que es un conjunto de expresiones matemáticas, diagramas y algoritmos que representan las características de radio de un ambiente dado. Cálculos de Enlace: 2. Pérdidas de Propagación Cálculos de Enlace: 2. Pérdidas de Propagación Los Modelo se clasifican en: 1.Empíricos 2.Semi -empíricos 3.Estadísticos o Determinísticos A continuación, se presentan estos Modelos, sin embargo, en forma informativa, sólo usaremos el modelo de Pérdidas de Espacio Libre para Cálculos y para el resto usaremos herramientas de cálculo.

Modelo empírico Basado en medidas experiment ales Modelo Semi- Empirico Modelo determinís tico Factores de corrección empíricos Basado en leyes físicas SI NO SI Modelo Determinista: FSL (o Friis) Difraccion por objetos delgados Dos rayos Modelo Semi – empírico: Egli Walfisch Ikegami Longley Rice Modelo Empírico: Hata Okumura Clasificación de Modelos de Propagación

Modelos de propagación empíricos

Modelo Okumura Es uno de los modelos más utilizados para la predicción de la pérdida de propagación en áreas urbanas. Este modelo está considerado entre los más simples y mejores en términos de su precisión en el cálculo de las pérdidas en el trayecto y se ha convertido en la planificación de sistemas móviles en Japón.

El modelo de Okumura es utilizado para predecir la potencia en un receptor ubicado en un área urbana para comunicaciones móviles. Este modelo es aplicable para el rango de frecuencias entre 150 a 1920 MHz es decir comprende la banda de VHF Y UHF. la distancia máxima de separación entre el transmisor y el receptor es de 100 km. Puede ser usado para alturas de la antena de la estación base en el rango de 30 m a 1000 m Modelo Okumura

Las pérdidas existentes en el enlace pueden ser obtenidas mediante la ecuación: –L 50 son las pérdidas por propagación al 50 % de recepción de la señal. –L F pérdidas en espacio libre. –G(h te ) ganancia de la antena transmisora (dB) –G(h re ) ganancia de la antena receptora. –G AREA ganancia del entorno. – donde Amu es un factor de corrección que depende de la altura del móvil Es uno de los modelos más simples y adecuados para las predicciones de atenuación para sistemas celulares y sistemas de radio terrestre en ambientes poblados. Su ventaja es que a pesar de ser bueno en zonas urbanas no lo es zonas rurales.

En este modelo se obtiene una formula empírica para las pérdidas por propagación a partir de las mediciones hechas por Okumura. Modelo Hata Con el objetivo de hacer que este método fuera más fácil de aplicar, Hata estableció una serie de relaciones numéricas que describen el método gráfico propuesto por Okumura. El modelo trata de representar las mediciones hechas por Okumura a través de la forma: A+B log10 R Donde: A y B: funciones de la frecuencia y la altura de la antena, R: distancia entre la antena y el usuario.

Las aproximaciones hechas por Hata involucran dividir las áreas de predicción categorizadas por el tipo de terreno, llamadas área abierta, urbana y suburbana. Área urbana: Corresponde a las grandes ciudades con altas edificaciones y casas con 2 o más pisos, o donde existen una gran concentración de casas. Área suburbana: Ciudades o carreteras en donde hay árboles y casas en forma dispersa, existen obstáculos cerca del usuario pero no provocan congestión. Área abierta: Son los espacios abiertos sin grandes árboles o edificaciones en el camino de la señal. Modelo Hata

Dedujo las ecuaciones a partir de las curvas de Okumura por regresión simple f - frecuencia hT- altura de tx (30 a 200m) hm- altura del receptor (1 a 10 m) d - distancia (1 a 20 km) Ciudad media- pequeña Ciudad grande

Modelo Hata Zona Sub-urbana Zona Rural

Modelos de propagación semi- empíricos

Modelo EGLI Se deriva de datos del mundo real en UHF y VHF en transmisiones de televisión El modelo Egli suele ser adecuado para los escenarios de la comunicación celular en el que se fija una antena y el otro es móvil.

El modelo Egli se expresa formalmente como: Donde, GT = Ganancia de la antena de estación base. GR = Ganancia de la antena de la estación móvil. ht = altura de la antena de estación base. Unidad: metro (m) hr = Altura de la antena de la estación móvil. Unidad: metro (m) d = Distancia desde la antena de estación base. Unidad: metro (m) f = frecuencia de transmisión. Unidad: megahercios (MHz) Modelo EGLI

Modelo Walfisch Es un modelo híbrido para sistemas celulares de corto alcance, y puede ser utilizado en las bandas UHF y SHF. Se utiliza para predicciones en micro células para telefonía celular.

Modelo Walfisch Las pérdidas se modelan en las ecuaciones siguientes: 1) Cuando hay línea de vista en las antenas: 2) Cuando no hay línea de vista

Dónde L O : Pérdidas por el espacio libre L rts : Pérdidas por difracción de múltiples esquinas de los techos de los edificios. L msd : Pérdidas debido a una única difracción final cuando la onda se propaga hacia la calle. Modelo Walfisch

Modelo Ikegami El modelo de Ikegami es anterior al modelo de Walfisch. Es también un modelo empírico pero con basado en la teoría de geométrica de rayos.

En el modelo de Ikegami solo toman en cuenta las dos contribuciones del primer rayo difractado 1 y el segundo rayo 2 Modelo Ikegami

Las pérdidas se calculan como: Con el ángulo de calle, Lr son las perdidas por reflexión, y W la anchura de la calle

El modelo Longley-Rice predice la posible propagación a larga-media distancia sobre terreno irregular. Fue diseñado para frecuencias entre los 20MHz y 20GHz, para longitudes de trayecto de entre 1 y 2000 Km. Modelo Longley-Rice También es un modelo estadístico pero toma en cuenta muchos más parámetros para el cálculo de las pérdidas: ◮ Altura media del terreno (ondulación) ◮ Refracción de la troposfera ◮ Perfiles del terreno ◮ Conductividad y permisividad del suelo ◮ Clima

Modelo Longley-Rice el modelo Longley-Rice tiene los siguientes parámetros comunes al de otros modelos de propagación: Frecuencia: entre 20MHz y 20GHz Polarización: horizontal o vertical. Refractividad: determina la cantidad de curvatura que sufrirán las ondas radio.

Modelos de propagación Deterministas

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Ganancia de Antenas: La ganancia de una antena típica varía entre 2 dBi (antena integrada simple) y 8 dBi (omnidireccional estándar) hasta 21 – 30 dBi (parabólica). Tenga en cuenta que hay muchos factores que disminuyen la ganancia real de una antena. Las pérdidas pueden ocurrir por muchas razones, principalmente relacionadas con una incorrecta instalación (pérdidas en la inclinación, en la polarización, objetos metálicos adyacentes). Esto significa que sólo puede esperar una ganancia completa de antena, si está instalada en forma óptima. El EIRP: EIRP= PIRE (Effective Isotropic Radiated Power) (Potencia Irradiada Isotrópica Efectiva) Cálculos de Enlace en RF por FSL

El modelo de propagación en “espacio libre” se utiliza para predecir el nivel de potencia recibido en cierta ubicación, cuando no existe ningún objeto cercano al enlace que puede afectar la propagación electromagnética. Modelo de FSL o FRIIS

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. FSL (“Free Space Loss” o Pérdida de Espacio Libre): Hay varias formas de calcular las perdidas que existen entre la antena del transmisor y del receptor. Una de ellas es el calculo de las Perdidas por Espacio Libre (FSL o aveces anotada como L): Cálculos de Enlace en RF por FSL

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Ejemplos 1: Para un enlace de 50Km, tenemos los siguientes datos: Demuestre que el margen del enlace es de 8dB que la potencia irradiada es de 36 dBm (4W). Ejemplos 2: Para un enlace de 1Km: Demuestre que el margen de este enlace es de 13 dB, y la potencia irradiada es de 18 dBm (<100 mW), Cálculos de Enlace en RF por FSL

Modelo por difracción de objetos delgados El estudio del obstáculo agudo puede hacerse mediante tres casos 1.-el obstáculo está por encima de la línea de vista, lo cual nos da parámetros positivos, es decir, despejamiento h > 0 y ángulo de difracción q > 0, y el coeficiente fresnel-kirchoff, haciendo que las pérdidas generadas por difracción sean superiores a 6dB.

Modelo por difracción de objetos delgados El segundo caso, se indica cuando el obstáculo esta justo a la altura del rayo directo, con lo cual se obtiene una h=0 y un q = 0, además de u =0, obteniendo una pérdidas de 6dB.

En el tercer caso el obstáculo está por debajo de la línea de vista o rayo directo, lo cual nos dá parámetros negativos, es decir despejamiento h < 0 y ángulo de difracción q < 0, y el coeficiente fresnel-kirchhoff u < 0, tomando en cuenta que si u < -0,7, las pérdidas se reducen a 0dB. Modelo por difracción de objetos delgados

Modelo de 2 rayos El modelo de Dos Rayos de reflexión terrestre es un modelo que se basa en óptica geométrica, y considera tanto la transmisión directa como una componente de propagación reflejada en la tierra entre el transmisor y el receptor.

Pérdidas por Visibilidad entre Antenas

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. No basta con que en una propagación tipo LOS ("Line of Sign") las antenas se estén mirando. Los obstáculos en la trayectoria entre las antenas generan pérdidas que pueden limitar la distancia y el establecimeinto del enlace. Para ello, en el centro de la trayectoria entre las 2 antenas se debe mantener un espacio libre (sin obstáculos) llamada Zona de Fresnel. La forma de calcularla es la siguiente (r es el radio de la primera zona de Fresnel): Si d1 y d2 son iguales: Cálculos de Zona de Fresnel

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Para tener un enlace satisfactorio hay que al menos depejar un 60% de la primera zona de Fresnel. Cálculos de Zona de Fresnel

Herramientas para Cálculo de Enlaces RF Herramientas para Cálculo de Enlaces RF

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Existen muchas herramientas como: 1.Planillas de Cálculo Proxim Wireless Tsunami 2.Web Site: AirLink Calculations: Free Space Loss 3.Programas Radio Mobile 4.App IOS y Android RF Terrain Profiles RF Toolbox – iPhone App Herramientas Cálculos de Enlace RF center/calculations/calculations-free-space-loss#calc

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 1. Planillas de Cálculo Herramientas Cálculos de Enlace RF: 1. Planillas de Cálculo

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Existen muchas herramientas como: 1.Planilla Excel Proxim_Wireless_ORiNOC O_9100_Tsunami_10100_C alc_v1.1.2 Proxim_Wireless_Tsunami _GX_810_GX_800_Calc_v Proxim_Wireless_Tsunami _8000_Calc_v4.3.3 (revisar Material Complementario Exp. Aprendizaje 16) ducts/knowledge- center/calculations Herramientas Cálculos de Enlace RF: 1. Planillas de Cálculo Herramientas Cálculos de Enlace RF: 1. Planillas de Cálculo

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. AirLink: Herramienta de Ubiquiti que permite conocer el funcionamiento de un enlace en bandas UHF y SHF, que es en donde encontramos productos Ubiquiti para Wireless Outdoor y Wireless Backhaul. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. AirLink: 1.Se elije la dirección o ubicación del enlace en la ventana de búsqueda 2.Se ubican los extremos del enlace (AP y Station) 3.Se elije la frecuencia y el sistema Ubiquiti que cubre esta. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. AirLink: 1.Se elije la dirección o ubicación del enlace en la ventana de búsqueda 2.Se ubican los extremos del enlace (AP y Station) 3.Se elije la frecuencia y el sistema Ubiquiti que cubre esta. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site 3 3

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site AirLink: Resultados: OK Ancho de Banda Ancho del Canal Ganancia Antena

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site Herramientas Cálculos de Enlace RF: 2. Web Site

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. De estas herramientas veremos el caso de “Radio Mobile” que tiene las siguientes características principales: Permite cubrir propagación en enlaces de RF que trabajan en bandas VHF, UHF y SHF. Interactúa con Google Earth: obteniendo los puntos cardinales presentando los resultados gráficamente en este último programa. Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. 1.Visite el siguiente link para bajar el programa: Debe descargar los siguientes archivos: rmwcore.zip rmw1160spa (idioma español) wmap (mapas) 2.Descomprima en una carpeta, luego instale rmwcore. 3.Cambie el nombre de la carpeta desde c:\rmwcore a C:\Radio Mobile 4.Copiar los archivos de la carpeta de idiomas y mapas en la carpeta C:\Radio Mobile 5.Cree la carpeta c:\Geodata y dentro de esta carpeta cree las carpetas: C:\Geodata\srtm3 C:\Geodata\Landcover C:\Geodata\srtm1 C:\Geodata\OpenStreetMap C:\Geodata\srtmthird C:\Geodata\Terraserver C:\Geodata\Toporama Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. 6.Editar (con el editor de texto de windows) el archivo “Map_Link”, el cual se encuentra en la carpeta C:\Radio Mobile. Saque el carácter de comentario en las siguientes líneas: Virtualearth.net Map.Access.mapquest.com Google.com 7.Cree un acceso directo en el escritorio para el archivo: c:\rmwspa y cámbiele el nombre en el acceso directo a Radio Mobile Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas Herramientas Cálculos de Enlace RF: 3. Programas

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Descargue e instale Google Earth: Obtención Coordenadas con Google Earth

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Busque una dirección en Google Earth, por ejemplo de su sede Duoc: Obtención Coordenadas con Google Earth

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Usando los marcadores encuentre las coordenadas de Latitud y Longitud del punto que requiera: Obtención Coordenadas con Google Earth

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Usando los marcadores encuentre las coordenadas de Latitud y Longitud del punto que requiera donde estará las antenas del enlace: Obtención Coordenadas con Google Earth

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Usando los marcadores encuentre las coordenadas de Latitud y Longitud del punto que requiera donde estará las antenas del enlace: Archivo > Nuevas Redes Borre si hay datos de redes anteriores y mantenga el Número de redes, Número de unidades, Número de sistemas y Memoria con los datos por defecto: Elija “Propiedades del Mapa” y dentro de esta ventana presione “seleccionar nombre de ciudad” y elija la ciudad donde estará el enlace. Elija la Ciudad y presione “Extraer” Radio Mobile: Carga de Mapa

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. Coloque los coordenadas de los puntos obtenidos en Google Earth: Los puntos en Radio Mobile son “unidades”, entonces vaya a “Propiedades de Unidades”. En Google Earth vaya a uno de los puntos (unidad) del enlace y con botón derecho del mouse elija copiar. Luego, en Radio Mobile, en la Unidad 1, presione el botón “pegar” y vea como se pegan las coordenadas, la altura y el nombre (copiado en Google Earth). Ajuste la altura sumando la altura de la antena en ese punto (unidad). Presione OK y agregue los otros puntos (unidades). Radio Mobile: Carga de Punto (unidad)

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E. En Radio Mobile, las “redes” corresponden a “enlaces”. Con los datos técnicos de los equipos vamos a “Propiedades de las redes”:  Elegimos Red 1, en la pestaña “Parámetros” en nombre colocamos el nombre de este enlace, ajustamos los valores de frecuencia que corresponden, en Modo estadístico elegimos Difusión y ajustamos los valores de % de tiempo, % de ubicaciones y % de situaciones a 99%. En pérdida adicional elegimos Ciudad.  En la pestaña elegimos Red de datos, cluster (Nodo/Terminal) que sería equivalente a AP/Station Radio Mobile: Parámetros Enlace (Red)

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E.  En la pestaña “Miembros” elegimos las unidades (puntos) que cargamos y elegimos cual será en Nodo y cual el Terminal, ambos deben estar en el mismo sistema (enlace) en este caso en el sistema 1.  En la pestaña “Sistemas” ajustamos los valores de potencia, tipo de antena (p.ej. Corner es parabólica), ganancia de antena y otros valores que correspondan con lo que usaremos en nuestro enlace. Presionamos OK. Radio Mobile: Parámetros Enlace (Red)

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E.  Elegimos el icono de “Enlace de Radio” y observamos los valores obtenidos, si aparece el Nivel Recibido por debajo de la Potencia Umbral, el enlace funciona, sino, se requiere más potencia o repetidores, en cuyo caso, hay que ajustar hasta que en Rx relativo de color negro y no rojo. Radio Mobile: Resultados Presione ver>detalles para revisar más números:

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E.  En “Enlace de Radio” en la pestaña Editar elegimos “Exportar el Perfil”, fíjese que esté seleccionada la opción Google Earth. Guarde el archivo con un nombre.  Abra Google Earth y en la pestaña Archivo, elija Abrir y busque el archivo guardado y carguelo. Exportando a Google Earth

5-Aug-19PREPARADO POR: MARCO LOBOS E.  Presione el link con el nombre del enlace en el costado izquierdo y vea el resumen de los datos del resultado del los cálculos de enlace- Exportando a Google Earth