1.2 ENLACES DE MICROONDAS EN LÍNEA DE VISTA
1.2.5 Análisis de trayectoria.
El análisis de trayectoria proporciona al diseñador los parámetros necesarios para preparar un diagrama a bloques de la configuración de la terminal o el repetidor y especificar los requerimientos tanto cuantitativamente como cualitativamente. Si se asume que la asignación de frecuencias se ha hecho o al menos se considera que la banda de frecuencia en la cual se va a trabajar se ha seleccionado adecuadamente de acuerdo a la autoridad reguladora. Para este caso el parámetro clave para evaluar la salida es el ruido (en dBrnC ó pWp) y la relación S/N para canales estándar de voz y video.
El análisis de trayectoria nos ayuda a obtener la apertura de la antena, las características del receptor, la desviación de FM, el ancho de banda IF/RF, la potencia de salida del transmisor, la diversidad de arreglos y la disponibilidad del enlace debido a la propagación. Por último se involucra al sistema necesario para conocer los requerimientos de disponibilidad de propagación en un medio con desvanecimiento.
Es útil visualizar un enlace LOS como lo muestra la figura 1.6, en donde el transmisor y receptor están separados por una distancia D. Dada la trayectoria y la frecuencia
asignada al transmisor, es posible calcular las pérdidas en el espacio libre (FSL) por la medio de la siguiente expresión:
MHz km
dB
D
F
FSL
=32.45+20log
+20log
(2.19)Es importante hacer notar que para una trayectoria de longitud fija, si la frecuencia aumenta al doble, aproximadamente 6 dB son agregados a la pérdida en el espacio libre. Por el contrario, si la frecuencia de operación se reduce a la mitad, la pérdida en el espacio libre se reduce en alrededor de 6 dB.
Figura 1.6 Modelo simplificado del análisis de la trayectoria de un radio enlace
Considerando nuevamente la figura 1.6, la potencia isotrópica radiada efectiva (EIRP) puede ser calculada con la siguiente expresión:
1
0
L
G
P
EIRP
dBW=
+
t+
(1.20)En donde P0 es la potencia de salida del transmisor, Lt son las pérdidas en la línea de transmisión y G1 es la ganancia de la antena de transmisión.
Para calcular la potencia recibida por la señal por una antena isotrópica en la terminal receptora, la EIRP es algebraicamente sumada a la pérdida en el espacio libre (FSL) y a la pérdida de absorción gaseosa Lg. Este nivel de potencia es llamado nivel de recepción isotrópico (IRL). De acuerdo a la figura 1.6 EIRP es la entrada del atenuador, y lo que se desea calcular es la salida del atenuador:
g dB L FSL EIRP
El nivel de señal recibida, RSL, en la entrada del receptor es calculada por la suma
algebraica del nivel de recepción isotrópica, la ganancia de la antena receptora G2, y las pérdidas en la línea de transmisión del receptor Lr:
r
L
G
IRL
RSL=
+
2+
(1.22) r g G L L FSL EIRP RSL= + + + 2+ (1.23) r g t G FSL L G L L P RSL= 0 + + 1+ + + 2 + (1.24)Un objetivo de interés en el análisis de trayectoria es calcular la relación portadora a ruido (C/N). Conociendo la RSL y considerando el umbral del ruido térmico en el receptor, es sencillo calcular la relación C/N:
t dB
P
RSL
N
C
−
=
(1.25)en donde Pt es el umbral del ruido térmico en el receptor. Observe que RSL y Pt deben tener las mismas unidades, convencionalmente en dBm ó en dBw.
El nivel de ruido térmico es frecuentemente referenciado como el umbral de ruido térmico. Para un receptor operando a la temperatura de una habitación es función de ancho de banda del receptor (BIF) medido en Hz y a la figura del ruido NF en dB del receptor. Por lo tanto, el umbral del ruido térmico Pt de un receptor puede ser calculado como:
dB IF
t
dBW
B
NF
P
=−204
+10log
+
(1.26)El IF de un receptor FM debe acomodar el ancho de banda de RF, el cual consiste de la expansión de la desviación pico total y del un número de bandas generadas. El ancho de banda IF puede ser estimado a partir de la regla de Carson:
(
p m)
IF F F
en donde ∆Fp es la desviación de frecuencia pico y Fm es la modulación de frecuencia más alta.
Para lograr la relación C/N requerida para un radio enlace, una herramienta primaria para el diseñador es tener disponible es el tamaño de las antenas del enlace. Para este caso se consideran antenas parabólicas reflectoras.
La eficiencia de ganancia de la mayoría de las antenas parabólicas disponibles están en el orden de 55-65%. Generalmente en la práctica es bueno tomar el valor más bajo de 55% para realizar el análisis. En este caso la ganancia de la antena puede ser calculada desde el diámetro del reflector y la frecuencia de operación por las siguientes fórmulas:
8
.
17
log
20
log
20
+
+
=
B
F
G
dB (1.28)En donde B es el diámetro del reflector parabólico en metros y F es la frecuencia de
operación en GHz.
Para calcular la ganancia de la antena de una antena parabólica de disco con una eficiencia η, se utiliza la siguiente expresión:
dB B
GdB =20log ft +10log
η
−49.92 (1.29)en donde B es la apertura del diámetro en pies; F es la frecuencia de operación en MHz. Para valores de η, se usa el equivalente decimal del porcentaje de eficiencia, esto es, si se usa el valor de 65%, el valor que se toma es de 0.65, por ejemplo [2,7,8].