Diseño de radioenlaces de microondas terrestres entre las Ciudades de Bogotá y Cali

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Resumen—En este documento se desarrolla un ejercicio de diseño de radioenlaces de microondas terrestres entre las ciudades de Bogotá, Bucaramanga, Cali y Medellín, en el cual se abarcan los conceptos de la asignatura Microondas Terrestres y Satelitales, además se utilizan recursos disponibles, con el fin de acercar los conocimientos con el desarrollo práctico de este tipo de labores de ingeniería.

Abstract--This document develops an exercise about designing of terrestrial microwave radio links between the cities of Bogotá, Bucaramanga, Cali and Medellín, in which the concepts of the Terrestrial and Satellite Microwave subject are covered, and available resources are used, with the purpose of bringing knowledge with the practical development of this type of engineering work.

I. INTRODUCCIÓN

n el estado actual del desarrollo de las tecnologías de comunicaciones inalámbricas, es imprescindible reconocer la importancia de la transmisión de información por medio de enlaces de microondas terrestres, ya que por sus bondades reflejadas en sus características de operación -ancho de banda de enlace, capacidad de transmisión, propagación de señal a largas distancias, facilidad de mantenimiento-, entre otras, aportan grandes ventajas con respecto a otros medios de transmisión de enlaces de alta capacidad, tales como la fibra óptica, y aunque de igual manera cuenten con desventajas, tales como la susceptibilidad de interferencias, las afectaciones a la disponibilidad de enlace por factores climáticos, entre otros, este tipo de enlaces representan un método de transmisión óptimo para cubrir grandes distancias, buscando el máximo aprovechamiento del recurso escaso como lo es el espectro radioeléctrico.

Mediante este documento, se ilustra un ejemplo de diseño de un enlace de microondas de línea de vista, bajo ciertas condiciones y requerimientos propios del diseño, que se exponen a continuación en el documento, tratando de detallar con el mayor grado posible todo el desarrollo, así mismo mostrando resultados y análisis correspondiente.

II. DISEÑO

A. Condiciones de diseño

En el ejercicio es el diseño de un radioenlace de microondas de línea de vista se tuvieron en cuenta las siguientes condiciones:

- Interconexión de las ciudades de Bogotá, Medellín, Cali y Bucaramanga.

- Asignación de canales radioeléctricos acorde con la atribución nacional de bandas de frecuencia para servicio fijo, establecida en el Cuadro Nacional de Atribución de Bandas de Frecuencia adoptado en el país.

- Despeje de la primera zona de Fresnel en un 100%.

B. Selección de sitios

Partiendo de la condición principal, que es la búsqueda de la interconexión de las ciudades previamente mencionadas, se seleccionaron los sitios indicados en la siguiente tabla:

TABLA I

EMPLAZAMIENTOSSELECCIONADOSPARALOSENLACES

SITIO NOMBRE COORDENADASGEOGRÁFICAS

WGS84 UBICACIÓN ESTACIÓN1 CERROSUBA 74°4'51,7''W 4°43'38,2''N BOGOTÁD.C.

ESTACIÓN2 PROCEDATOS CERRO 73°11'44,4''7°4'59''NW SANTANDER GIRÓN,

ESTACIÓN3 CERROAMAYA PADRE 6°16'47,8''N75°41'12''W ANTIOQUIA MEDELLÍN,

ESTACIÓN4 CERROCRUCES TRES 76°32'43,6''3°28'3''NW CALI,CAUCA VALLEDEL REPETIDOR

1 CERRONEUSA 73°57'24,6''5°12'14,6''NW

TAUSA, CUNDINAMARCA REPETIDOR

2 CERROSABOYÁ 73°48'47''5°42'52''NW

SAOYÁ, BOYACÁ REPETIDOR

3 BARICHARA CERRO 73°10'58''6°35'31''NW

BARICHARA, SANTANDER REPETIDOR

4 CERROMANJUI 74°23'24''4°48'5''NW

FACATATIVA, CUNDINAMARCA REPETIDOR

5 CERROSARGENTO 74°38'9,6''5°7'59,4''NW

GUADUAS, CUNDINAMARCA REPETIDOR

6 NEVADODELRUIZ 75°21'6,2''4°57'5,4''NW

VILLAMARÍA, CALDAS REPETIDOR

7 CERROMODÍN 75°53'14,7''4°39'42,1''NW

CARTAGO,VALLE DELCAUCA

Diseño de radioenlaces de Microondas terrestres

entre las ciudades de Bogotá, Bucaramanga,

Medellín y Cali

Jorge Alexander Llanos Albarracín,

Estudiante de Especialización en Telecomunicaciones Móviles,

Universidad Distrital Francisco José de Caldas (llanos0982@hotmail.com)

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Fig. 1. Topología propuesta para la red de enlaces.

Con respecto a los emplazamientos seleccionados para la instalación de los nodos de los enlaces o saltos, se debe indicar que los mismos se seleccionaron teniendo en cuenta que corresponden a ubicaciones estratégicas desde el punto de vista de telecomunicaciones, ya que son sitios en los cuales existe infraestructura, donde operan actualmente estaciones de servicios de radiocomunicaciones, y por ende existen recursos físicos de los cuales se puede disponer, tales como estructuras de torre, instalaciones de energía eléctrica, espacio en racks para almacenamiento de equipos, entre otras, y son sitios ampliamente utilizados ya que brindan condiciones de línea de vista en su panorama visual, denominado esto línea de vista óptica.

C. Perfiles de Terreno

Para verificar la línea de vista óptica en cada uno de los enlaces, se verifica el perfil del terreno entre los dos sitios, para ello se utiliza la herramienta Google Earth® relacionando el perfil de terreno para cada uno de los puntos, además indicando la distancia medida entre los dos puntos, la cual resulta útil al momento de evaluar las pérdidas por trayectoria, algo que se indicará posteriormente.

Cerro Suba – Cerro Manjui

Fig. 2. Perfil de terreno Cerro Suba – Cerro Manjui.

Cerro Manjui – Cerro Sargento

Fig. 3. Perfil de terreno Cerro Manjui – Cerro Sargento.

Cerro Sargento – Nevado del Ruiz

Fig. 4. Perfil de terreno Cerro Sargento – Nevado del Ruiz. Nevado del Ruiz – Cerro Modín

Fig. 5. Perfil de terreno Nevado del Ruiz - Cerro Modín. Cerro Modín – Cerro Tres Cruces

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Fig. 7. Perfil de terreno Nevado del Ruiz – Cerro Padre Amaya. Cerro Suba – Cerro Neusa

Fig. 8. Perfil de terreno Cerro Suba – Cerro Neusa. Cerro Neusa – Cerro Saboyá

Fig. 9. Perfil de terreno Cerro Neusa – Cerro Saboyá. Cerro Saboyá – Cerro Barichara

Fig. 10. Perfil de terreno Cerro Saboyá - Cerro Barichara.

Cerro Barichara – Cerro Procedatos

Fig. 11. Perfil de terreno Cerro Barichara - Cerro Procedatos.

Teniendo en cuenta la verificación en la cartografía disponible en la herramienta de software Google Earth®, se obtuvieron los siguientes datos con respecto a la altura sobre el nivel del mar de las ubicaciones seleccionadas para la instalación de los equipos:

TABLA II

ALTURADELOSEMPLAZAMIENTOS

EMPLAZAMIENTO COORDENADAS GEOGRÁFICAS WGS84

ALTURA (msnm) CERROSUBA 4°43'38,2''N-74°4'51,7''W 2697 CERROPROCEDATOS 7°4'59''N-73°11'44,4''W 1353 CERROPADREAMAYA 6°16'47,8''N-75°41'12''W 3097 CERROTRESCRUCES 3°28'3''N-76°32'43,6''W 1465 CERRONEUSA 5°12'14,6''N-73°57'24,6''W 3616 CERROSABOYÁ 5°42'52''N-73°48'47''W 3370 CERROBARICHARA 6°35'31''N-73°10'58''W 1856 CERROMANJUI 4°48'5''N-74°23'24''W 3205 CERROSARGENTO 5°7'59,4''N-74°38'9,6''W 1270 NEVADODELRUIZ 4°57'5,4''N-75°21'6,2''W 4143 CERROMODÍN 4°39'42,1''N-75°53'14,7''W 1583

D. Plan de frecuencias

La planeación de frecuencias, en específico, la búsqueda y utilización de canales radioeléctricos, suele ser un procedimiento dispendioso en el diseño de este tipo de radioenlaces, debido a la poca disponibilidad de canales radioeléctricos para este tipo de servicios.

Es requisito indispensable, para la planeación y cálculo de cualquier tipo de radioenlaces de línea de vista en banda de frecuencias de SHF, o en general, para la operación de una estación de cualquier servicio de radiocomunicaciones, que se atienda la reglamentación establecida en el país por la entidad encargada de la administración del espectro, con respecto a la utilización de las frecuencias asociadas a dicho servicio de radiocomunicaciones.

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consigna la información acerca de la atribución nacional del espectro radioeléctrico para los distintos servicios de radiocomunicaciones, y en este caso específico, para el servicio fijo en los radioenlaces de línea de vista. En este documento se puede consultar cual es la atribución de bandas de frecuencias para este tipo de servicio, y las canalizaciones correspondientes para cada banda.

El citado documento, se caracteriza por ser el documento de referencia para el proceso de diseño de los radioenlaces de línea de vista, y por ello se hace referencia a la consulta al mismo, para la escogencia de los anales radioeléctricos a utilizar en cada uno de los enlaces.

Más allá de conocer cuales son las bandas de frecuencias y los canales radioeléctricos atribuidos a nivel nacional para los radioenlaces de línea de vista en bandas de SHF, se requiere conocer cuales canales radioeléctricos están ocupados y, por consiguiente, cuales canales se encuentran disponibles para la utilización.

Para conocer el estado de ocupación de las bandas de frecuencias de interés, normalmente se efectúa un estudio de ocupación de bandas de frecuencias mediante mediciones en cada emplazamiento, usando de analizador de espectro y antenas directivas, obteniendo un “inventario” de las frecuencias de transmisión y recepción en el mismo punto.

Otro método para la verificación de uso del espectro es el de consultar la información disponible para tal fin, en la página web de la Agencia Nacional del Espectro, en el enlace denominado consulta de espectro en línea[1], que se encuentra disponible para consulta del público general en la página web, en el vínculo que se muestra a continuación:

Fig. 12. Enlace de acceso consulta de espectro en línea.

Una vez se ingresa al enlace indicado se encuentra la página de consultas, cuya pantalla principal se muestra en la siguiente imagen:

Fig. 13. Pantalla principal página consulta de espectro en línea. Como se observa en la imagen, en esta página se pueden efectuar consultas acerca del uso de espectro, por diferentes criterios, indicados a continuación:

- El primer parámetro disponible es la búsqueda por nomenclatura de la ubicación geográfica, es decir, por departamento y municipio, conociendo el municipio al cual pertenece el terreno en donde se encuentra la infraestructura de comunicaciones. Este es el parámetro de búsqueda que se accede por defecto en la página.

Fig. 14. Sección parámetros de búsqueda por Departamento-municipio. - El segundo parámetro disponible para búsqueda es el de

coordenadas geográficas, donde se efectúa la búsqueda de frecuencias asignadas para estaciones ubicadas en un contorno del punto de las coordenadas geográficas consignadas en la página al momento de la búsqueda.

Fig. 15. Sección parámetros de búsqueda por coordenadas geográficas. - El tercer parámetro de búsqueda corresponde a la

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Fig. 16. Sección parámetros de búsqueda por frecuencias.

Para el caso del diseño planteado, se utilizó la herramienta de consulta tipo web descrita anteriormente, con el fin de identificar canales radioeléctricos disponibles para los emplazamientos propuestos como ubicación de los nodos de los radioenlaces, teniendo en cuenta que la búsqueda por municipio y por coordenadas geográficas son excluyentes, y para la búsqueda se debe efectuar la consulta en la base de datos , tanto de un parámetro de ubicación, en conjunto con el parámetro de frecuencias, para lograr resultados más efectivos haciendo énfasis en las bandas de frecuencias atribuidas para los servicios de relevadores radioeléctricos de gran capacidad.

Así las cosas, para la selección de frecuencias se adoptaron los siguientes criterios de selección de los canales disponibles, para el diseño planteado:

- De acuerdo con la distancia del enlace, teniendo en cuenta las características de propagación, se escogerán canales en las bandas de frecuencias más bajas para los enlaces con las mayores distancias.

- Con el fin de contar con la mayor capacidad disponible en cada enlace, se escogerán canalizaciones con el mayor ancho de banda por canal, para cada caso.

Una vez efectuada la búsqueda, utilizando como referencia las coordenadas geográficas de cada cerro, se obtuvieron los resultados descritos a continuación:

TABLA III

ALTURADELOSEMPLAZAMIENTOS ENLACE DISTANCIA (Km) FRECUENCIAS CANAL -

(GHz)

REFERENCIA CNABF

C. SUBA -

C. MANJUI 35,24 10715 - 11245 1 – 1’

TABLA 64 BANDA 11 GHz (10700–11700 MHz) BW CANAL 40 MHz

C. MANJUI –

C. SARGENTO 45,72 10835 – 11365 4 – 4’

TABLA 64 BANDA 11 GHz (10700–11700 MHz) BW CANAL 40 MHz

C. SARGENTO –

EL RUIZ 81,88 7945 – 8255 6 -6’

TABLA 52 BANDA 8 GHz (7725–8500 MHz) BW CANAL 40 MHz

EL RUIZ–

C. MODÍN 67,52 7825 - 8135 3-3’

TABLA 52 BANDA 8 GHz (7725–8500 MHz) BW CANAL 40 MHz

C. MODÍN –

TRES CRUCES 150,91 6460 – 6800 1 – 1’

TABLA 33 BANDA 6 GHz (6425–7110 MHz) BW CANAL 40 MHz

EL RUIZ–

P. AMAYA 151,52 6620 - 6960 5 – 5’

TABLA 33 BANDA 6 GHz (6425–7110 MHz) BW CANAL 40 MHz

C. SUBA -

C. NEUSA 54,5 10955 - 11485 7 – 7’

TABLA 64 BANDA 11 GHz (10700–11700 MHz) BW CANAL 40 MHz

C.NEUSA –

C. SABOYÁ 58,64 7945 - 8255 6 – 6’

TABLA 52 BANDA 8 GHz (7725–8500 MHz) BW CANAL 40 MHz

C. SABOYÁ –

C. BARICHARA 119,5 6540 – 6880 3 – 3’

TABLA 33 BANDA 6 GHz (6425–7110 MHz) BW CANAL 40 MHz C. BARICHARA –

C. PROCEDATOS 54,33 10755 - 11285 2 – 2’

TABLA 64 BANDA 11 GHz (10700–11700 MHz) BW CANAL 40 MHz

Como se observa en la tabla anterior, se escogieron canales radioeléctricos en distintas bandas de frecuencia, sin embargo, en la práctica es viable utilizar una única canalización para todos los saltos de un enlace de larga distancia, es decir, por ejemplo, se podría utilizar para cada salto un canal de la canalización de una banda de frecuencias en específico, lo cual, claramente determina el factor de reúso de los canales radioeléctricos, sin embargo, con el propósito de usar la herramienta de consulta, se propuso en este ejercicio el uso de canales radioeléctricos en distintas bandas de frecuencias, previa consulta de la disponibilidad, mostrando la utilidad de dicha consulta, para procesos de planeación de enlaces.

Entre las ventajas importantes de efectuar estas consultas, se encuentra la de establecer la disponibilidad de canales, como insumo para tomar decisiones con respecto a la necesidad de utilizar técnicas de diversidad para poder reutilizar algún canal radioeléctrico, en un nodo donde exista bastante congestión y sea un sitio por el que transita un alto tráfico y es un sitio de interconexión de muchos enlaces de relevadores radioeléctricos.

E. Análisis de zonas de Fresnel

Una vez se han establecido las frecuencias de transmisión de cada uno de los enlaces, se puede efectuar el análisis de despeje de las zonas de Fresnel, de igual manera utilizando la información cartográfica, mediante la cual vamos a determinar la distancia de los posibles obstáculos a los puntos de transmisión y recepción.

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cálculos de zona de Fresnel a los enlaces discriminados a continuación:

- Enlace Cerro Manjui – Cerro Sargento d: 45,72 Km d1: 4,32 Km d2: 41,4 Km f: 10,835 GHz R1ZF = 8,94 m

Para este análisis, se tiene en cuenta los siguientes datos: altura del punto de transmisión (Cerro Manjui) = 3206 msnm, altura del punto de recepción (cerro Sargento) = 1270 msnm, y altura del obstáculo = 3034 msnm.

Dado el cálculo de la zona de Fresnel, y la altura del punto de transmisión, se puede estimar que no existe obstrucción de la primera zona de Fresnel.

- Enlace Cerro Sargento – Nevado del Ruiz d: 81,88 Km

d1: 76,83 Km d2: 5,05 Km f: 7,945 GHz R1ZF = 10,31 m

De igual manera que en el análisis anterior, se tienen en cuenta los siguientes datos: altura del sitio de transmisión = 1270 msnm, altura del sitio de recepción, 4143 msnm, y altura del obstáculo = 3841 msnm, por lo tanto, se presume que no existirá obstrucción alguna en el enlace dadas las diferencias en altura entre el obstáculo natural y el punto de recepción.

- Enlace Nevado del Ruiz– Cerro Padre Amaya d: 151,52 Km

d1: 7,52 Km d2: 144 Km f: 6,62 GHz R1ZF = 18,67 m

De igual manera que en el análisis anterior, se tienen en cuenta los siguientes datos: altura del sitio de transmisión = 3097 msnm, altura del sitio de recepción, 4143 msnm, y altura del obstáculo = 3762 msnm, por lo tanto, se presume que no existirá obstrucción alguna en el enlace dadas las diferencias en altura entre el obstáculo natural y el punto de recepción.

F. Pérdidas por espacio libre

Se procedió a efectuar los cálculos de pérdidas por espacio libre para cada enlace:

- Enlace C. Suba-C.Manjui.

FTx= 10,715 GHz, d= 35,24 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (10,715) + 20 log10 (35,4) =

Lo(dB)= 92,4 + 20,59 + 30,98 =143,97 dB

- Enlace C. Manjui-C.Sargento:

FTx= 10,835 GHz, d= 45,72 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (10,835) + 20 log10 (45,72) =

Lo(dB)= 92,4 + 20,69 + 33,20 =146,29 dB

- Enlace C. Sargento - C. El Ruiz:

FTx= 7,945 GHz, d= 81,88 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (7,945) + 20 log10 (81,88) =

Lo(dB)= 92,4 + 18,01 + 38,26 =148,67 dB

- Enlace C. El Ruiz – C. Modín:

FTx= 7,825 GHz, d= 67,52 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (7,825) + 20 log10 (67,52) =

Lo(dB)= 92,4 + 17,86 + 36,58 =146,84 dB

- Enlace C. Modín – C. Tres Cruces:

FTx= 6,460 GHz, d= 150,91 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (6,460) + 20 log10 (150,91) =

Lo(dB)= 92,4 + 16,2 + 43,57 =152,17 dB

- Enlace C. El Ruiz – C. Padre Amaya:

FTx= 6,620 GHz, d= 151,52 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (6,620) + 20 log10 (151,52) =

Lo(dB)= 92,4 + 16,41 + 43,60 =152,41 dB

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FTx= 10,995 GHz, d= 54,5 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (10,995) + 20 log10 (54,5) =

Lo(dB)= 92,4 + 20,82 + 34,72 =147,94 dB

- Enlace C. Neusa – C. Saboyá:

FTx= 7,945 GHz, d= 58,64 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (7,945) + 20 log10 (58,64) =

Lo(dB)= 92,4 + 18,0 + 35,36 =145,76 dB

- Enlace C. Saboyá – C. Barichara:

FTx= 6,540 GHz, d= 119,5 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (6,540) + 20 log10 (119,5) =

Lo(dB)= 92,4 + 16,31 + 41,54 =150,25 dB

- Enlace C. Barichara – C. Procedatos:

FTx= 10,755 GHz, d= 54,33 Km

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (10,755) + 20 log10 (54,33) =

Lo(dB)= 92,4 + 20,63 + 34,7 =147,73 dB

TABLA IV

PÉRDIDASDEESPACIOLIBRE

ENLACE DISTANCIA (Km) FRECUENCIAS CANAL-

(GHz) Pérdidas (dB) C. SUBA -

C. MANJUI 35,24 10715 - 11245 1 – 1’ 143,97 C. MANJUI –

C. SARGENTO 45,72 10835 – 11365 4 – 4’ 146,29 C. SARGENTO –

EL RUIZ 81,88 7945 – 8255 6 -6’ 148,67 EL RUIZ–

C. MODÍN 67,52 7825 - 8135 3-3’ 146,84 C. MODÍN –

TRES CRUCES 150,91 6460 – 6800 1 – 1’ 152,17 EL RUIZ–

P. AMAYA 151,52 6620 - 6960 5 – 5’ 152,41 C. SUBA -

C. NEUSA 54,5 10955 - 11485 7 – 7’ 147,94 C.NEUSA –

C. SABOYÁ 58,64 7945 - 8255 6 – 6’ 145,76 C. SABOYÁ –

C. BARICHARA 119,5 6540 – 6880 3 – 3’ 150,25 C. BARICHARA –

C. PROCEDATOS 54,33 10755 - 11285 2 – 2’ 147,73

El cuadro de resumen de las pérdidas de espacio libre

calculadas permite apreciar que se pueden estimar pérdidas similares en cada enlace, dependiendo de los parámetros de cada enlace, como lo son la frecuencia de transmisión y la distancia de enlace.

G. Cálculo de altura de las torres

Con base en la información obtenida de los perfiles de terreno, y de los obstáculos encontrados entre los puntos de transmisión y recepción de los tres enlaces previamente analizados en el cálculo de la zona de Fresnel, se realiza el cálculo de altura de las torres, por lo tanto, mediante la expresión matemática

Para calcular el factor de irregularidad de la tierra se utilizan los valores del obstáculo más significativo en le trayecto de cada uno de los enlaces; además, para el factor de radio efectivo de la tierra k[2] se utilizará el factor de tropósfera normal k=4/3[3]

- Enlace Cerro Manjui – Cerro Sargento d: 45,72 Km d1: 4,32 Km d2: 41,4 Km f: 10,835 GHz R1ZF = 8,94 m

Con los valores indicados, se calcula el factor de irregularidad así:

Ahora, adicionando al factor calculado previamente, el valor de radio de la primera zona de Fresnel, obtendremos el valor de altura de torre que nos permitirá garantizar que se libere la primera zona de Fresnel al 100%:

De acuerdo con lo anterior, la mínima altura en torre requerida para ubicar las antenas del enlace, en los puntos de transmisión y recepción, con el objetivo de liberar la primera zona de Fresnel, es de 20 metros, sin embargo, se indica que puede utilizarse una altura superior, dependiendo del espacio en torre disponible para la instalación del enlace.

- Enlace Cerro Sargento – Nevado del Ruiz d: 81,88 Km

d1: 76,83 Km d2: 5,05 Km f: 7,945 GHz R1ZF = 10,31 m

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irregularidad así:

Ahora, adicionando al factor calculado previamente, el valor de radio de la primera zona de Fresnel, obtendremos el valor de altura de torre que nos permitirá garantizar que se libere la primera zona de Fresnel al 100%:

De acuerdo con lo anterior, la mínima altura en torre requerida para ubicar las antenas del enlace, en los puntos de transmisión y recepción, con el objetivo de liberar la primera zona de Fresnel, es de 34 metros, sin embargo, se indica que puede utilizarse una altura superior, dependiendo del espacio en torre disponible para la instalación del enlace.

- Enlace Nevado del Ruiz– Cerro Padre Amaya d: 151,52 Km

d1: 7,52 Km d2: 144 Km f: 6,62 GHz R1ZF = 18,67 m

Con los valores indicados, se calcula el factor de irregularidad así:

Ahora, adicionando al factor calculado previamente, el valor de radio de la primera zona de Fresnel, obtendremos el valor de altura de torre que nos permitirá garantizar que se libere la primera zona de Fresnel al 100%:

De acuerdo con lo anterior, la mínima altura en torre requerida para ubicar las antenas del enlace, en los puntos de transmisión y recepción, con el objetivo de liberar la primera zona de Fresnel, es de 83 metros. Aunque se aprecie que el valor de altura de torre requerido es un valor alto, se debe tener en cuenta que en la práctica es una altura de torre viable, ya que los sitios involucrados en el enlace analizado son sitios privilegiados de la geografía nacional, que son óptimos para buscar línea de vista con otras áreas geográficas, y por lo tanto son sitios utilizados de alto tráfico y cuentan con la infraestructura adecuada para instalar este tipo de enlaces.

H. Cálculo de Pérdidas en el enlace más extenso

El enlace más extenso es el comprendido entre El Ruiz y el cerro Padre Amaya, con una longitud total de 151,52 km; para este salto se calculan las pérdidas por diferentes factores:

- Pérdidas por espacio libre:

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 f + 20 log10 d =

Lo(dB)= 92,4 + 20 Log10 (6,620) + 20 log10 (151,52) =

Lo(dB)= 92,4 + 16,41 + 43,60 =152,41 dB

- Pérdidas en el sistema de alimentación de la antena transmisora LT.

Estas pérdidas se consideran iguales a 2 dB.

- Pérdidas en el sistema de alimentación de la antena receptora LR

Estas pérdidas se consideran iguales a 3 dB.

- Pérdidas por desalineamiento de las antenas LDA

Estas pérdidas se consideran iguales a 2 dB.

-

Margen de diseño MDI

Estas pérdidas se consideran iguales a 2 dB.

- Pérdidas atmosféricas adicionales

Estas pérdidas se consideran iguales a 1 dB.

-

Margen de desvanecimiento MD

Objetivos de rendimiento respecto al error BER = 10-6.

- Disponibilidad con respecto a la propagación para todo el enlace

PAV% = 99.98%  PUV% = 0.02% o 0.0002

Ya que la ruta de enlaces más extensa compone de 9 saltos, la no disponibilidad para cada salto será:

PUVs = 0,0002/9 = 0,0000222  PAVs% = 99,99778 %

ó 0,9999778

A la lluvia se le dará el 50% de probabilidad de interrupción del enlace por concepto de desvanecimiento de la señal y al desvanecimiento multitrayectoria el otro 50%, así:

PUVLl = PMt = PUV = (PUV/2) = (0,0000222/2) = 0,0000111

PUV% = 0,00111

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PUV = 1.875*10-8 *fd3*10-MD/10

MD = 45,89 dB

Con el fin de determinar parámetros propios de la precipitación y de intensidad de lluvia excedida, se consulta las siguientes tablas donde se relaciona la información requerida, con respecto a las zonas geográficas donde se realiza el diseño de los enlaces, [4]

TABLA IV

COEFICIENTESaYb PARA EL CÁLCULO DE ATENUACIÓN POR LLUVIA.

Para analizar el comportamiento delas precipitaciones se utiliza la inforamción consignada en la Recomendación R-REC-P.837-1 (1994) en la que se clasifica la zona geográfica del país en una zona con respecto a la precipitación, en odne se señala la inforamción corespondiente al área geográfica del país.

Fig. 17. Intensidad de lluvia excedida (mm/h).

Fig. 18. Señalización geográfica de la distribución de las zonas clasificadas según la intensidad de lluvia excedida (mm/h).

Un modelo de representación más reciente es el que se encuentra en la versión en vigor de la Recomendación R-REC-P.837-7 (06/2017) donde se consulta la representación de las zonas de acuerdo con las precipitaciones, la inforamción del mapa y la escala muestran que la información con respecto a la clasificación de la zona de precipitación se mantiene vigente, puesto que la zona geográfica donde se encuentra la geografía de Coliombia, se encuentra en una escala de porcentaje mayor al 90%

Fig. 19. Intensidad de lluvia rebasada durante el 0,01% de un año medio.[5]

Para calcular el margen de desvanecimiento producto de la lluvia se utilizará el modelo de Crane, entonces para la banda de frecuencia de 6 GHz y polarización vertical. Obtendremos:

aV = 0.00155

(10)

R0.01% = 95 mm/hr

A=aRb

A=0,00155 (951.265) = 0,4922 dB/km

A0.01% = Adr = 0.4922 * 152,51 * 0.1279 = 9,53 dB

Ahora como PUV% requerido es menor que 0.01%

(0.00111%< 0.01%), entonces C=0.33

APuv = A0.01%( PUV%/0.01%) 

MD = A0.00111% = 9,53(0.00111%/0.01%)-0.33 = 17 dB

El margen de desvanecimiento total será 45.89 + 17 = 62,89 dB

Se utilizará diversidad de espacio simple para proteger al salto, dada su longitud, de los efectos de los desvanecimientos, de forma, que para el margen de desvanecimiento obtenido se logre un aumento en la disponibilidad (disminución de la no- disponibilidad).

Consideremos

S = 100λ S = 100 * (300/6620) = 4,5317 m

V = 0

IDE = S2 * (f/d) * 10(MD-V)/10 * 1.2 * 10-3

IDE = (4,5317)2 * (6,62/151,52) * 10(62,89/10) * 1.2 * 10-3 =

209,17 dB

LTotales = L0 + LT + LR + LDA + LAA + MD +

MDI LTotales= 152,51 + 2 + 3 + 2 + 2 + 1 +

209,17 LTotales = 371,68 dB

I. Especificaciones de equipos a utilizar

A continuación, se muestran las especificaciones de equipos a utilizar en el montaje de los enlaces que componen la topología de la red punto a punto:

Se seleccionaron modelos de antenas de fabricante Andrew que será útil en los enlaces de bandas de 6 GHz, 8 GHz y 11 GHz, puesto que operan en los canales seleccionados para los enlaces, que pertenecen a dichas bandas de frecuencias:

Fig. 21. Especificaciones antena ANDREW HP10-65.

(11)

Fig. 22. Especificaciones antena ANDREW HP10-107.

Con respecto a los equipos de transmisión, se propone el uso de los siguientes radios de comunicaciones, los cuales operan en todas las bandas de interés y en los canales propuestos para uso en los enlaces:

Fig. 22. Especificaciones radio NEC modelo iPASOLINK iX Advanced. [6] III. CONCLUSIONES

Mediante este ejercicio de diseño de radioenlaces terrestres de línea de vista en frecuencias de microondas, específicamente en bandas de frecuencias SHF, se facilita la apropiación de conceptos propios de las telecomunicaciones llevados a la práctica por medio de la ejecución de los procedimientos y análisis establecidos en la asignatura.

En el proceso de análisis de requerimiento de diseño, se identifica que el espectro, por tratarse de un recurso escaso y de invaluable utilidad, se debe administrar de forma correcta, ya que como se logró evidenciar en el desarrollo del ejercicio, las bandas de frecuencias destinadas para este uso son de características bastante definidas y restrictivas, por lo tanto, el proceso de la búsqueda y selección de un canal radioeléctrico para establecer un enlace, puede llegar a ser un proceso dispendioso, cuando se quiere establecer un enlace en un emplazamiento donde existe bastante confluencia de enlaces, y es un sitio donde se maneja bastante tráfico.

En la práctica, en el proceso de diseño de un radioenlace de línea de vista, y en general en el diseño y montaje de cualquier red de radiocomunicaciones, el análisis de costos del proyecto es bastante importante, ya que la selección de los sitios es fundamental al momento de disminuir costos con el uso de infraestructura ya establecida, por ejemplo, el arrendamiento de un especio en torre, con respecto a la construcción y montaje de la misma torre, la importancia que reviste el sitio dad su ubicación privilegiada, desde donde se puede obtener línea de vista en todos los acimuts, o el valor del derecho por el uso del espectro en una banda de frecuencias que cuente con alta utilización, o un canal que permita establecer un enlace a grandes distancias, y la selección de los radios y antenas adecuadas para la puesta en funcionamiento del enlace.

Una ventaja de la caracterización de la zona troposférica en el territorio del país se evidencia en que una gran parte del territorio cuenta con las mismas características de precipitación, lo cual permite analizar la disponibilidad de enlaces bajo las mismas características.

El alcance del desarrollo del presente trabajo se circunscribió al procedimiento del enlace individual, es decir, en el desarrollo del mismo no se involucró un análisis de interferencia con respecto a los canales de enlaces cercanos que operen en cada punto.

En la caracterización de las pérdidas de espacio libre se evidencia que se puede efectuar la compensación de pérdidas debido a la distancia del enlace, utilizando un canal radioeléctrico en una banda de frecuencia que, por sus características físicas de propagación, permita un mayor alcance.

REFERENCIAS [1] http://conalespec.ane.gov.co:8084/.

[2] R-REC-P.310-9-199408-I!!PDF-S. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS RELATIVOS A LA PROPAGACIÓN EN MEDIOS NO IONIZADOS. [3] J. C. Gómez, “Sistemas de Telecomunicaciones, Planeación y Cálculo

de Enlaces,”.

[4] R-REC-P.837-1-199408-S!!PDF-S.pdf. CARACTERÍSTICAS DE LA PRECIPITACIÓN PARA ESTABLECER MODELOS DE PROPAGACIÓN.

[5] R-REC-P.837-7-201706-I!!PDF-S. CARACTERÍSTICAS DE LA PRECIPITACIÓN PARA ESTABLECER MODELOS DE PROPAGACIÓN

(12)

ANEXO: CONSULTAS DE DISPONIBILDIAD DE FRECUENCIAS

CONSULTA CERRO SUBA ENLACE CERRO SUBA - MANJUI

COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 4°43'38,2''N 74°4'51,7''W BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 11 GHz (10700-11700 MHz)

(13)

ENLACE CERRO MANJUI – CERRO SARGENTO

COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 4°48'5''N 74°23'24''W BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 11 GHz (10700-11700 MHz)

(14)

ENLACE CERRO SARGENTO – NEVADO EL RUIZ

COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 4°48'5''N 74°23'24''W BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 8 GHz (7725-8500 MHz)

(15)

COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 4°57'5,4''N 75°21'6,2''W BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 8 GHz (7725-8500 MHz)

CONSULTA CERRO MODÍN

(16)

COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 4°39'42,1''N 75°53'14,7''W BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 6 GHz (6425-7110 MHz)

CONSULTA NEVADO EL RUIZ

(17)

COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 4°39'42,1''N 75°53'14,7''W BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 6 GHz (6425-7110 MHz)

(18)

COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 4°43'38,2''N 74°4'51,7''W BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 11 GHz (10700-11700 MHz)

CONSULTA CERRO NEUSA

ENLACE CERRO NEUSA – CERRO SABOYÁ

(19)

BANDA DE FRECUENCIAS: BANDA 8 GHz (7725-8500 MHz)

CONSULTA CERRO SABOYÁ

ENLACE CERRO SABOYÁ – CERRO BARICHARA

(20)

CONSULTA CERRO BARICHARA

ENLACE CERRO BARICHARA – CERRO PROCEDATOS COORDENADAS GEOGRAFICAS UTILIZADAS: 6°35'31''N 73°10'58''W

(21)

Figure

Fig. 2. Perfil de terreno Cerro Suba – Cerro Manjui.
Fig. 2. Perfil de terreno Cerro Suba – Cerro Manjui. p.2
Fig. 4. Perfil de terreno Cerro Sargento – Nevado del Ruiz.
Fig. 4. Perfil de terreno Cerro Sargento – Nevado del Ruiz. p.2
Fig. 1. Topología propuesta para la red de enlaces.
Fig. 1. Topología propuesta para la red de enlaces. p.2
Fig. 3. Perfil de terreno Cerro Manjui – Cerro Sargento.
Fig. 3. Perfil de terreno Cerro Manjui – Cerro Sargento. p.2
Fig. 6. Perfil de terreno Cerro Modín – Cerro Tres Cruces.
Fig. 6. Perfil de terreno Cerro Modín – Cerro Tres Cruces. p.2
Fig. 5. Perfil de terreno Nevado del Ruiz - Cerro Modín.
Fig. 5. Perfil de terreno Nevado del Ruiz - Cerro Modín. p.2
Fig. 11. Perfil de terreno Cerro Barichara - Cerro Procedatos.
Fig. 11. Perfil de terreno Cerro Barichara - Cerro Procedatos. p.3
Fig. 8. Perfil de terreno Cerro Suba – Cerro Neusa.
Fig. 8. Perfil de terreno Cerro Suba – Cerro Neusa. p.3
Fig. 9. Perfil de terreno Cerro Neusa – Cerro Saboyá.
Fig. 9. Perfil de terreno Cerro Neusa – Cerro Saboyá. p.3
Fig. 7. Perfil de terreno Nevado del Ruiz – Cerro Padre Amaya.
Fig. 7. Perfil de terreno Nevado del Ruiz – Cerro Padre Amaya. p.3
Fig. 15. Sección parámetros de búsqueda por coordenadas geográficas.  -  El tercer parámetro de búsqueda corresponde a la
Fig. 15. Sección parámetros de búsqueda por coordenadas geográficas. - El tercer parámetro de búsqueda corresponde a la p.4
Fig. 14. Sección parámetros de búsqueda por Departamento-municipio.  -  El segundo parámetro disponible para búsqueda es el de
Fig. 14. Sección parámetros de búsqueda por Departamento-municipio. - El segundo parámetro disponible para búsqueda es el de p.4
Fig. 12. Enlace de acceso consulta de espectro en línea.
Fig. 12. Enlace de acceso consulta de espectro en línea. p.4
Fig. 13. Pantalla principal página consulta de espectro en línea.  Como se observa en la imagen, en esta página se pueden  efectuar consultas acerca del uso de espectro, por diferentes  criterios, indicados a continuación:
Fig. 13. Pantalla principal página consulta de espectro en línea. Como se observa en la imagen, en esta página se pueden efectuar consultas acerca del uso de espectro, por diferentes criterios, indicados a continuación: p.4
TABLA III

TABLA III

p.5
Fig. 16. Sección parámetros de búsqueda por frecuencias.
Fig. 16. Sección parámetros de búsqueda por frecuencias. p.5
Fig. 17. Intensidad de lluvia excedida (mm/h).
Fig. 17. Intensidad de lluvia excedida (mm/h). p.9
TABLA IV

TABLA IV

p.9
Fig. 18. Señalización geográfica de la distribución de las zonas clasificadas  según la intensidad de lluvia excedida (mm/h)
Fig. 18. Señalización geográfica de la distribución de las zonas clasificadas según la intensidad de lluvia excedida (mm/h) p.9
Fig. 19. Intensidad de lluvia rebasada durante el 0,01% de un año  medio. [5]
Fig. 19. Intensidad de lluvia rebasada durante el 0,01% de un año medio. [5] p.9
Fig. 22. Especificaciones antena ANDREW HP10-71.
Fig. 22. Especificaciones antena ANDREW HP10-71. p.10
Fig. 21. Especificaciones antena ANDREW HP10-65.
Fig. 21. Especificaciones antena ANDREW HP10-65. p.10
Fig. 22. Especificaciones antena ANDREW HP10-107.
Fig. 22. Especificaciones antena ANDREW HP10-107. p.11
Fig. 22. Especificaciones radio NEC modelo iPASOLINK iX Advanced. [6] III.  CONCLUSIONES
Fig. 22. Especificaciones radio NEC modelo iPASOLINK iX Advanced. [6] III. CONCLUSIONES p.11

Referencias

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