CURSO: MICROONDAS
TAREA 1
PRESENTADO POR WILMER HUMBERTO AGUILERA
PRESENTADO A: CATALINA IBETH CORDOBA CORDOBA
GRUPO: 208018_4
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA A BIERTA Y A DISTANCIA - UNAD FACULTAD FACULTA D DE CIENCIAS CIENCIAS BÁ SICAS E INGENIERÍ INGENIERÍA A BOGOTÁ 2018
INTRODUCCIÓN El siguiente trabajo contiene el desarrollo de la tarea 1 donde se busca que los estudiantes describan los conceptos fundamentales de las redes de microondas, se analicen las características de una señal en este rango de frecuencias y las aplicaciones que en la actualidad se están utilizando para las señales del rango de microondas. En el segundo punto de la tarea, se realiza la propuesta para la interconexión de la ciudad de Popayán y la vereda las Guacas ubicada a 72 kilómetros en línea recta. Debido a las condiciones del terreno y a la distancia del enlace, la propuesta hecha para el proyecto se basa en la construcción de un radio enlace que incluye el uso de dos estaciones repetidoras intermedias. La tecnología que se utilizaría para la conexión es WILD (Wi-Fi para largas distancias).
OBJETIVOS
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Definir que es una señal microondas y sus principales características
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Identificar las diferentes aplicaciones de las microondas
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Diseñar una solución para brindar servicio de internet de banda ancha a la institución educativa “Las Guacas”
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD 1. Desarrollar Desarrollar los siguientes siguientes puntos: a) Defina para ondas electromagnéticas: periodo, frente de onda, longitud de onda, velocidad de propagación y polarización. Solución: •
Onda Electromagnética: Electromagnétic a: (Curiosoando.com, 2016) El término onda electromagnética se utiliza para describir la forma en la que desplaza la radiación electromagnética a través del espacio . La radiación electromagnética se caracteriza por tener dos campos, uno eléctrico y otro magnético, y se desplaza en forma de onda con los dos campos perpendiculares y oscilantes, oscilación responsable de que la radiación describa una onda al propagarse. Las ondas electromagnéticas no requieren de un soporte material para su transmisión, lo que implica que pueden desplazarse en el vacío.
Ilustración 1
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Longitud de onda: Es la distancia entre dos puntos idénticos de la onda en dos ciclos diferen tes. La longitud de onda puede ir desde miles de kilómetros hasta distancias inferiores al diámetro del núcleo de un átomo. El rango completo de longitudes de onda se conoce como espectro electromagnético y, en orden decreciente, incluye ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
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El periodo Es la longitud de tiempo que le toma a una longitud de onda pasar por un punto dado en el espacio. Matemáticamente, el periodo (T) es simplemente el inverso de la frecuencia (f).
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Frentes de Onda. Las ondas electromagnéticas elect romagnéticas no son visibles al ojo humano hum ano y se debe de analizar con métodos indirectos mediante esquemas. Los conceptos de rayos y frentes de onda son auxiliares para ilustrar los efectos de propagación de las ondas electromagnéticas elec tromagnéticas a través tr avés del espacio libre. Un frente de onda representa una superficie de ondas electromagnéticas de fase constante. El frente de onda es formado cuando se unen los puntos de igual fase en rayos que se propagan desde la misma fuente.
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La velocidad de propagación de una onda Es la magnitud que mide la velocidad a la que se propaga la perturbación de la onda a lo largo de su desplazamiento. La velocidad a la que se propaga la onda depende tanto del tipo de onda como del medio por el que esta se propaga. Lógicamente, no se va a desplazar a la misma velocidad una onda que se mueve por el aire que una que lo hace a través de la tierra o por el mar. Del mismo modo, no avanza a la misma velocidad una onda sísmica, el sonido o la luz. Por ejemplo, en el vacío las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz; es decir, a 300.000 km/s.
Polarización
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Las ondas electromagnéticas son ondas transversales. En toda onda transversal, la vibración es perpendicular a la dirección de propagación de la onda. Por tanto, en una onda electromagnética plana que se propague en la dirección del eje x, el campo eléctrico E es perpendicular a esta dirección al igual que el campo magnético B que, además, también es perpendicular a E:
Ilustración 2 Si la vibración de una onda transversal se mantiene paralela a una línea fija en el espacio, se dice que la onda está polarizada linealmente.
Ilustración 3 En la Figura 4 la dirección de propagación, que viene determinada por la dirección del producto vectorial E x B, corresponde al eje x, y si la onda está polarizada linealmente E vibra según la dirección del eje y, mientras que B lo hace según el eje z.
Ilustración 4 Se dice que una onda está polarizada circularmente cuando el vector E mantiene su módulo fijo, mientras que su dirección gira en el espacio con una frecuencia angular ω constante. La variación de E puede representarse mediante un vector de módulo constante que gira alrededor del eje x con vel ocidad angular ω constante (Figura 2). En este esquema, la punta del vector E describe una circunferencia, y las componentes Ey y Ez del vector campo eléctrico oscilan con la misma amplitud y tienen una diferencia de fase de π/2.
b) Defina de forma clara las principales características de las microondas incluyendo sus ventajas y desventajas. •
Definición microondas: Se denomina microondas a las ondas electromagnéticas; generalmente de entre 300 MHz y 30 GHz, que supone un período de oscilación de 3 ns a 33 ps y una longitud de onda en el rango de 1 m a 10 mm. Otras definiciones, por ejemplo, las de los estándares IEC 60050 y IEEE 100 sitúan su rango de frecuencias entre 1 GHz y 300 GHz, es decir, longitudes de onda de entre 30 centímetros a 1 milímetro. El rango de las microondas está incluido en las bandas de radiofrecuencia, concretamente en las de UHF (ultra-high frequency - frecuencia ultra alta) 0,3-3 GHz, SHF (super-high frequency - frecuencia súper alta) 3-30 GHz y EHF (extremely-high frequency - frecuencia extremadamente alta) 30-300 GHz. Las radiaciones ionizantes son aquellas que al interactuar con la materia la ionizan, es decir, producen átomos y/o restos de moléculas con carga eléctrica (iones). Las radiaciones no ionizantes carecen de la energía suficiente para producir ionización. Las microondas y las radiofrecuencias
son radiaciones electromagnéticas que pertenecen a la categoría de radiaciones no ionizantes. Son emitidas por aparatos eléctricos, electrónicos, los utilizados en radiocomunicaciones (inclusive vía satélite), emisiones de TV, radio AM-FM, radares, etc.
Características de las Microondas Las microondas están dentro de una gama de frecuencia de 300 MHz (longitud de onda 1 m) a 300 GHz (longitud de onda de 1 mm). Frecuencias muy altas de 3 GHz a 100 GHz. Longitud de onda muy pequeña se utilizan en antenas parabólicas, Receptores y transmisores en línea visual, A 100m de altura se alcanzan unos 80 Km sin repetidores, rebotan en los metales (radar).
Ventajas – Aplicaciones Aeronáutica: Aeronáutica: Comunicaciones: Radionavegación Medicina: Uso doméstico: Investigación:
Tripulación Tripulación de aviones, aviones, lanzamiento lanzamiento de de misiles Televisión, Telemetría, Sistema satelital, Diatermia Hornos y calentadores Meteorología, Física nuclear.
En el ámbito de las telecomunicaciones son muchas las ventajas que posee este tipo de transmisión comparada con los enlaces metálicos o cableados. Entre las cuales se pueden destacar las siguientes: Su implementación se puede realizar sin necesidad de cables. Posee múltiples canales disponibles. o Las antenas para su propagación relativamente pequeñas son o efectivas. o El ancho de banda, que va de 2 a 24 GHz, a estas frecuencias, las ondas de radio se comportan como ondas de luz, por ello la señal puede ser enfocada utilizando antenas parabólicas y antenas de embudo, además pueden ser reflejadas con reflectores pasivos. El volumen de inversión generalmente es más reducido. o Su instalación es más rápida y sencilla. o El mantenimiento o su conservación generalmente es más económico, o y de actuación rápida. a su forma de propagación, pueden superarse las o Debido irregularidades del terreno. o
La regulación solo debe aplicarse al equipo, puesto que las características del medio de transmisión son esencialmente constantes en el ancho de banda de trabajo. Puede aumentarse la separación entre repetidores, incrementando la o altura de las torres o
Desventajas En el ámbito de las comunicaciones se tienen algunos inconvenientes en la implementación de las redes de microondas, entre otras, se presentan las siguientes: o
o
o
o
o
o
Para su transmisión necesitan línea de vista, la cual se puede ver afectada, si cualquier obstáculo, tales como edificios de nueva construcción, están en el camino. Señal de absorción por la atmósfera: Las microondas sufren de atenuación debido a las condiciones atmosféricas. Su infraestructura puede llegar a ser muy costosa, debido a que como necesita línea de vista para su transmisión, es necesario la construcción de las torres altas para tener un mayor rango de alcance. En sitio poblados o de alta densidad de edificio, las frecuencias de microondas son susceptibles a un fenómeno llamado Disminución de Multicamino lo que ocasiona que disminuya la intensidad de señal recibida. Salud: Adicional a los temas de infraestructura en el ámbito de comunicaciones, también tambi én se pueden presentar daños a la salud de las personas, la exposición a la radiación tiene en cuenta la intensidad y tipo de emisión; las características del medio y del objeto expuesto tales como tamaño, forma, orientación, propiedades eléctricas, etc. En general, las ondas más cortas se absorben en superficie, mientras que las de mayor longitud producen un calentamiento más profundo. Cuando la longitud o el grosor de una parte del cuerpo son ligeramente inferiores a la longitud de onda de la radiación, se producen formas muy complicadas de dispersión y absorción. La radiación de microondas se absorbe de manera tan irregular que pueden formarse puntos calientes. Algunos autores consideran consider an que los efectos de estas radiaciones no son sólo térmicos, sino que puede actuar de alguna forma sobre el sistema nervioso.
c) Realice una gráfica que muestre las frecuencias de microondas con su respectivo tamaño de longitud de onda, nomenclatura actual y aplicaciones. Frecuencia y Ab r e v i at u r a IT U longitud de onda (aire)
B an d a
300–3000 MHz
Ultra alta frec uenc ia
UHF
9 1 m – 100 mm
3–30 GHz
Super alta frec uenc ia
SHF
10 100 mm – 10 mm
Frecuencia extremadamente alta
30–300 GHz
EHF
11 10 mm – 1 mm
Aplicacio nes
Ejemplo s
Televisión, Hornos microondas, Comunicaciones por mic roondas, Radioastronomía, Telefonía Telefonía móvil, Redes inalámbric as, Bluetooth, ZigBee, ZigBee, GPS, Comunicaciones uno a uno como FRS FR S y GMRS, Radioafición Radioastronomía, Comunicaciones por microondas, Redes inalámbricas, radares modernos, Comunicaciones por satélite, Televisión por satélite, DBS, Radioafición Radioastronomía, Transmisión por microondas de alta frecuencia, Teledetección, Radioafición, armas de microondas, Escaner de ondas milimétricas
d) Defina los métodos de asignación de espectro de la ITU: La asignación del espectro se realiza por categorías:
Fuente: RSPG, EU Para la asignación del espectro existen varios métodos implementados: o
Prioridad por Orden Orden de Solicitud : El mecanismo de asignación de espectro más frecuentemente utilizado por las administraciones es el de prioridad por orden de solicitud (first in- first served).El espectro se asigna por orden de llegada de las solicitudes con base a las frecuencias disponibles, el cumplimiento de los trámites oportunos de gestión del espectro y la satisfacción por parte del solicitante de los criterios de la solicitud. Est e
mecanismo resulta adecuado cuando no hay escasez de espectro y éste tiene que asignarse a un número potencialmente grande de usuarios a lo largo de un periodo dilatado de tiempo. Se financia principalmente con cargo al erario o con tasas por utilización del espectro, y es el que tiene más probabilidade s de seguir siendo eficaz en un futuro previsible, aunque también puede vincularse (con o sin recuperación de costes) a otros métodos de regulación de la demanda (por ejemplo la fijación de precios administrativos). o
Concurso : Este mecanismo se utiliza para determinar qué solicitante tendrá acceso a una cantidad de espectro limitada sobre todo para sistemas de radiodifusión o sistemas públicos del servicio móvil. Se basa en la presentación de propuestas de explotación del servicio por parte de los solicitantes en competencia; éstas pasarían a ser evaluadas por la administración. En las propuestas se incluiría normalmente información sobre la población cubierta, la calidad de servicio, el tiempo de puesta en marcha y el plan de negocios del operador. Las propuestas se suelen elaborar en respuesta a criterios establecidos y publicados por la administración. No hay obligación por parte de la administración de asignar espectro a ninguno de los solicitantes si éstos no cumplen los criterios.
o
Licitación c omparativa Este mecanismo se basa en el procedimiento de licitación, pero en vez de ser la administración la que efectúa la asignación del espectro gratuitamente o a cambio de una tasa fija, se invita a los solicitantes a presentar ofertas económicas además de cumplir los requisitos de los criterios publicados por la administración. Así pues, los licitadores determinan el valor económico del espectro para ellos mismos. La introducción de la valoración económica de los solicitantes ofrece una indicación limitada del valor del espectro, pero es posible que no sea una valoración real del mercado ya que hay elementos en las ofertas de los solicitantes que se incluyen para satisfacer los criterios publicados por las administraciones, que pueden tener una repercusión importante en la oferta económica.
o
Sorteo
Este mecanismo puede aplicarse a un gran número de solicitantes y se basa en la selección de ganadores al azar entre los solicitantes en competencia. En su forma más simple el sorteo es sencillo, rápido y transparente, aunque puede asignar espectro a alguien que no lo valore adecuadamente. Como no es necesaria decisión parcial algu na para asignar el espectro ni hay que examinar las solicitudes, existen pocas posibilidades de que se impugne la decisión. No obstant e, salvo que haya alguna tasa de inscripción, los adjudicatarios reciben el espectro gratuitamente. o
La subasta Como parte de los mecanismos de licitación, la subasta representa una forma de mecanismo de asignación en la que los solicitantes determinan el valor a cobrar. De este modo el precio del espectro viene totalmente determinado por las fuerzas del mercado y las frecuencias se adjudican al licitador que gana la subasta. La subasta puede basarse exclusivamente en la oferta económica, aunque la administración puede establecer criterios que definan las condiciones de participación de los solicitantes en la subasta, y establecer asimismo un precio mínimo. Estos criterios pueden ser semejantes a las condiciones de entrada de la licitación comparativa(o de los sorteos), con la salvedad de que en las subastas y en los sorteos no determinan el adjudicatario.
e) Defina el dividendo digital en Colombia y cómo lo plantea el ministerio de telecomunicaciones. Según el Ministro TIC el "dividendo "dividen do digital", esto es el espectro liberado luego del apagón analógico en las redes públicas de televisión, será reglamentado y utilizado en servicios móviles de tercera generación, servicios de banda ancha inalámbrica, nuevos servicios para áreas rurales y apartadas, servicios de atención de emergencias y desastres, y redes de seguridad nacional. En particular si se logra liberar la banda de 700 MHz, está "es una porción del espectro radioeléctrico de alto valor económico", como ya lo han experimentado países como Estados Unidos y Suecia. En las bases del Plan Nacional de Desarrollo 2014 - 2018 “Todos Por un Nuevo País”, tiene como objetivo c onstruir una Colombia en paz, equitativa y educada, en armonía con los propósitos del Gobierno Nacional y con los estándares de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE); y contempla dentro de las estrategias transversales a las TIC como plataforma para la equidad, la educación y la competitividad.
Por tanto, se hace necesario que el Ministerio de TIC, con el apoyo de la Agencia Nacional del Espectro (ANE) y de la Comisión de Regulación Regulación de Comunicaciones (CRC), establezca los requisitos y el procedimiento para el otorgamiento de permisos para el uso de espectro en las bandas de frecuencias destinadas para IMT en Colombia, considerando las recomendaciones internacionales en búsqueda de la armonización internacional, con los beneficios que de ello se derivan, tales como interoperabilidad, economías de escala, entre otros.
f) Grafique y explique los principales escenarios de aplicación de las comunicaciones por microondas. Las comunicaciones por microondas brindan un sinnúmero de escenarios para la comunicación terrestres y vía satelital. Entre los más comunes tenemos: o
Telefonía: En la telefonía se utilizan los enlaces de microondas para la conexión entre las radio-bases que geográficamente están separadas y no existe un canal cableado de comunicaciones entre ellas.
En la telefonía celular, también se utiliza para la comunicación entre el móvil y las antenas sectoriales que existen en la radio-base. o
Enlaces de larga distancia punto a punto: Para abarcar grandes distancias donde existe línea de vista se pueden utilizar enlaces troncales de microondas para la conexión. Dependiendo de la línea de vista, estos enlaces pueden llegar a algunos cientos de kilómetros de distancia.
Dentro de los enlaces punto a punto, existen dos tecnologías que se pueden utilizar para la conexión de las estaciones: WiMAX y WILD (WiFi de Larga Distancia):
o
Transmisión de Televisión digital: Para la transmisión de eventos en vivo se utiliza util iza mucho los enlaces de microondas, donde a través de una antena portátil se enlaza con una central para la transmisión en directo de algún evento o suceso
o
Comunicaciones por satélite: Cuando físicamente no existe una línea de vista, se puede hacer la comunicación entre dos zonas geográficas a través de una conexión microondas por satélite:
Este tipo de enlaces se usa mucho cuando la zona que se desea conectar es de difícil acceso (zona selvática, sin acceso por carretera, etc.), y se desea conectar para entregar servicios por ejemplo de comunicaciones (telefonía, TV, internet, etc.).
2. De acuerdo a los escenarios de aplicación abordados en el punto anterior, realice el análisis (contexto, necesidad, restricciones, entre otros) y proponga una solución inicial para el siguiente requerimiento: La alcaldía del municipio de Popayán, requiere prestar servicio de internet de banda ancha a la institución educativa “Las Guacas” ubicada en la vereda que lleva el mismo nombre, esto se debe realizar comunicando el punto de servicio de internet ubicado en la
cabecera municipal, en el edificio del antiguo Telecom sede actual de Movistar, con la institución educativa. Desarrollo
I.
Contexto
El proyecto consiste en interconectar el edificio del antiguo Telecom (sede actual de Movistar) con la sede de la institución educativa ubicada en la Vereda de las Guacas. Para este enlace se define el siguiente escenario:
• •
II.
Distancia entre los dos puntos: La distancia en línea recta es de 72.1 Km. Línea de vista: No hay línea entre los dos puntos a interconectar.
Necesidad Brindar servicio de internet de banda ancha a la institución educati va ubicada en la Vereda de las Guacas.
III.
Restricciones Para este proyecto existen las siguientes restricciones: a) Distancia entre las estaciones: Como se indicó en el análisis del contexto de la situación, las estaciones que se conectarían están ubicadas en línea recta a 72.1 km, a travesando terrenos montañosos y de difícil acceso. b) No existe una red cableada que interconecte las dos estaciones. c) Los costos de construir una red de cable entre ambas estaciones son demasiado costosos para el proyecto.
IV. IV.
Solución Soluci ón planteada Teniendo en cuenta que no existe línea de vista entre las dos estaciones, no se puede construir un enlace directo entre los dos puntos sino es necesario el uso de repetidores intermedios para la red:
Ilustración 5: Análisis del enlace directo entre las dos estaciones Los repetidores se instalarían en los puntos intermedios más altos para mejorar para tener el mayor alcance y utilizar la menor cantidad de repetidores posible:
Ilustración 6: Red con repetidores En el proyecto se utilizaría la tecnología de WiLD (Wifi para Largas Distancias) para la construcción de la red. Este tipo de tecnología nos permite cubrir grandes distancias con equipos de bajo costo y con altos estándares de calidad y ancho de banda. Otra de las razones que se propone el uso de WiLD para la construcción de la red, es que se manejaría las bandas de frecuencia de Wifi (2,4 GHz), la cual es una banda no licenciada.
CONCLUSIONES
➢
Los enlaces microondas nos permiten realizar la interconexión entre dos puntos geográficos, estos enlaces pueden ser punto a punto a través de dos antenas directivas o se puede realizar a través de un satélite.
➢
Los principales puntos que se deben tener en cuenta al momento de diseñar un enlace microondas punto a punto son la distancia y la línea de vista existentes entre las dos estaciones. Para lograr una correcta conexión entre las dos estaciones, el enlace debe estar libre de obstáculos que no afecten las zonas de Fresnel del mismo.
➢
La solución propuesta para la interconexión entre Popayán y la vereda Las Guacas, consiste en el uso de tecnología WILD (WiFi para largas dist ancias), la cual nos permite realizar enlaces de alta velocidad, en una banda no licenciada con altos estándares de seguridad. Al utilizar una banda no licenciada, es una solución de bajo costo que permite que el proyecto sea sostenible en el tiempo.
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