2012
DISEÑO DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIO NES A TRAVES DE MICROONDAS ENLACES SATELITALES Y TELEFONIA CELULAR. ENSAYO DESCRIPTIVO DEL DISEÑO DE UN SISTEMA DE TELECOMUNICACIONES POR USO DE MICROONDAS, SATELITES Y TELEFONÍA CELULAR. MARÍA DEL CARMEN VARGAS BENJAMÍN - UTM043149TIC DIEGO A. MOZQUEDA RODRÍGUEZ - UTM043025TIC APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES T ELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL 30/04/2012
TABLA DE CONTENIDO TABLA DE CONTENIDO.......................................... CONTENIDO................................................................... ............................................... ...................... 2 INDICE DE TABLAS E IMAGENES .............................................. ........................................................................ .......................... 3 INTRODUCCIÓN ................................................ .......................................................................... .................................................... .......................... 4 CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS DE TELEFONÍA TELE FONÍA CELULAR ....................... ....................... 6 1.1 Microondas ................................................ .......................................................................... .................................................... .......................... 7 1.2 Enlaces Enlace s terrestres de microondas ............................................... ................................................................. .................. 8 1.3 Frecuencias de operación.......................... operación.................................................... .................................................... .......................... 8 1.4 Grupo de componentes de GSM .............................................................. ................................................................... ..... 9 Controlador de estaciones base (BSC). ......................................................... ............................................................ ... 10 1.5 Estaciones base (BTS) ....................................... ................................................................. ......................................... ............... 11 1.5.1 Componentes básicos de una estación base: ....................................... ....................................... 12 CAPTITULO 2 PLANEACIÓN, HERRAMIENTAS Y COMPONENTES DE LA RED GSM ............................................... ......................................................................... ................................................... ............................................. .................... 13 2.1 Radio ................................................. ........................................................................... .................................................... ................................ ...... 13 2.1.1 Propagación de ondas de radio ................................................. ............................................................ ........... 13 2.1.2 Onda terrestre .......................................... ................................................................... ............................................. .................... 14 2.1.3 Onda espacial ................................................................... ....................................................................................... .................... 14 2.2 Antenas ............................ ...................................................... .................................................... .................................................. ........................ 16 2.2.1 Parámetros de una antena ............................................................ ....................................................................... ........... 16 2.3 Torres para comunicaciones ................................................ ........................................................................ ........................ 18 2.3.1 Torres arriostradas .............................. ........................................................ .................................................. ........................ 19 2.3.2 Torres auto-soportadas ..................................... .............................................................. .................................... ........... 19 2.3.3 Torres tipo monopolo ............................................................ ............................................................................ ................ 20 2.4 Sectorización de la transmisión de una BTS ............................................... ............................................... 20 APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 2
2.5 Modelos de propagación.............................................................................. 22 CAPITULO 3 PROCESO DE PLANIFICACIÓN DE LA PUESTA EN MARCHA DE LA ESTACIÓN BASE ............................................................................................ 23 CONCLUSIÓN ...................................................................................................... 24 MARIA DEL CARMEN VARGAS BENJAMIN .................................................... 24 DIEGO ARMANDO MOZQUEDA RODRIGUEZ ................................................ 24
REFERENCIAS..................................................................................................... 26 SITIOS WEB ...................................................................................................... 26
INDICE DE TABLAS E IMAGENES Tabla 1 Frecuencias de Operación de las Bandas de Telefonía Celular ................. 9
Imagen 1 Estación base ........................................................................................ 12 Imagen 2 Torres arriostradas ................................................................................ 18 Imagen 3 Torres auto-soportadas ......................................................................... 19 Imagen 4 Torres tipo monopolo............................................................................. 20
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INTRODUCCIÓN Este trabajo de investigación trata del procedimiento necesario para diseñar un sistema de telecomunicaciones por medio de microondas tecnología satelital y uso de telefonía celular así como la infraestructura necesaria para cada uno de ellos esto a través de la utilización de la tecnología. La creciente demanda de la sociedad ha llevado al desarrollo de nuevas redes de comunicaciones móviles que les permita a sus proliferantes usuarios moverse a través de edificios, ciudades o países. Es importante mencionar que las señales que estos sistemas comparten son ondas electromagnéticas de frecuencias mayores a 1GHz por lo que se les denomina también como microondas. Las cuales tienen la capacidad de transportarse y usarse en diversos dispositivos como son antenas, satélites, repetidores etc. Hasta llegar al dispositivo final que es el teléfono celular de la persona destino. Desde los inicios de la telefonía se tiene en claro que uno de los principales objetivos es el de mantener comunicadas a las personas de diferentes ciudades alrededor del mundo aun cuando dichas personas se encuentran en constante movimiento. Esta investigación se enfoca en planear y diseñar la propuesta de un sistema que se encargará de proporcionar cobertura telefónica celular mediante una red integrada de equipos y arreglo de antenas que radian la información hacia las estaciones móviles (celulares) por medio de una interfaz de radio, siendo posible realizar llamadas entre el área donde se desee instalar el servicio hasta cualquier otra parte del mundo mediante la tecnología satelital. Para llevar a cabo dicho diseño de estación base se tienen que considerar puntos esenciales como lo son: estudio socio económico, estudio topográfico del terreno, dimensionamiento de tráfico, condiciones climáticas entre otros puesto que es necesario saber si es viable implementar este proyecto en el área deseada. Estos aspectos influyen en gran medida al cálculo de sectorización el cual permite conocer el número potencial de usuarios que pueden mantenerse comunicados en un mismo tiempo. APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 4
Es indispensable retomar los conceptos básicos de las comunicaciones para tener idea de cómo llevar a cabo el diseño del sistema de intercomunicación en el que desde el dispositivo celular a través de las antenas, directo a la estación base y por medio del sistema de telefonía satelital se logre dicho cometido, siendo que dichos conceptos se relacionan con: propagación de ondas electromagnéticas, modulación, multiplexación, técnicas de acceso al medio y microondas en el sistema celular. Finalmente se realiza la elección del equipo a instalar que cumpla con las características necesarias para el óptimo funcionamiento del sistema proporcionado, así la red celular adecuadamente a la zona o área de cobertura propuesta. Para llevar una adecuada distribución de cobertura se presenta necesario el análisis de control de potencia mediante un modelo de propagación en función de área a la que se le pretende proporcionar cobertura ya sea urbana o rural.
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CAPITULO 1 CONCEPTOS BÁSICOS DE TELEFONÍA CELULAR Para una fácil comprensión del objetivo final que es comunicarnos empezaremos definiendo el término comunicación. La palabra comunicación proviene del latín Communis, que significa común, por tal motivo al comunicarse, se trata de establecer una comunidad con alguien. El método más adecuado para la comunicación entre transmisores y receptores es vía una señal generada electrónicamente. La razón del uso de la electrónica, es porque una señal puede ser generada, transmitida, detectada y almacenada temporal o permanentemente; otro uso de la electrónica es porque pueden ser transmitidos grandes volúmenes de información dentro en un periodo corto de tiempo. Los pasos básicos necesarios para lograr que la información de un transmisor pueda viajar y ser recibida por un receptor, utilizando como medio de transmisión el aire son: 1. Generar la señal de información que en este caso será la voz, la cual es una onda sonora que después de pasar por un transductor como lo es un micrófono se convertirá en una señal eléctrica (corriente). 2. Esta corriente, al estar circulando por una línea de transmisión, se considera un campo magnético que a su vez genera un campo eléctrico. En consecuencia de la interacción de estos campos se forma la onda electromagnética. 3. El siguiente paso es digitalizar la señal. Se realiza mediante el muestreo, la cuantización y la codificación CODEC (Codificador/Decodificador). 4. Una vez digitalizada se procede a modularla. En el proceso de modulación la señal de información se inyecta a una señal portadora de alta frecuencia que cambiara sus parámetros (frecuencia, amplitud, fase etc.) en función de la señal inyectada. Esto con el fin de que la señal de información contenida en la portadora pueda tener mayores alcances y tengamos menores dimensiones de antena.
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5. Después se procede a elegir el tipo de multiplexación, es decir la forma en que las señales moduladas se distribuirán en el medio de comunicación que en este caso será el aire. Esto con el fin de lograr un óptimo uso del ancho de banda asignado al sistema. 6. Haciendo uso nuevamente de la línea de transmisión, se lleva la señal lista para ser transmitida a una antena que será la encargada de liberarla al espacio libre proporcionándole ganancia y direccionamiento para llegar a su destino, el cual se conoce como antena receptora. 7. Lo único que resta es que una vez recibida la señal en la antena receptora, esta pase por los procesos inversos a los descritos anteriormente que son la de multiplexación, la demodulación y decodificación, obteniendo así la información original. Es importante mencionar que las antenas utilizadas para este caso han sido antenas de microondas, debido a que la señal que comparten es de alta frecuencia Una onda electromagnética, no es más que una microonda ya que posee una frecuencia muy elevada lo que deriva una longitud de onda pequeña del orden de los micrómetros (1x10-9), y es de ahí donde proviene su nombre. 1.1 Microondas
Cuando nos referimos al término microondas estamos hablando de las ondas electromagnéticas en el espectro de frecuencias asignado entre 300MHz y 300GHz. El periodo de una señal de microondas se encuentra comprendido en el rango de 3ns a 3ps, y la correspondiente longitud de onda en el rango de 1m a 1mm. En algunos textos se puede definir que el espectro electromagnético que comprenden es de 1GHz a 30GHz, es decir, a longitudes de onda entre 30cm a 1cm. A las señales con longitud de onda en el orden de los milímetros se les llama ondas milimétricas.
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Las microondas tienen muchas aplicaciones: radio y televisión, radares, meteorología, comunicaciones vía satélite, medición de distancias, investigación de las propiedades de la materia o cocinado de alimentos. En telecomunicaciones, las microondas son usadas en radiodifusión, ya que estas pasan fácilmente a través de la atmósfera con menos interferencia que otras longitudes de onda mayores. También hay más ancho de banda en el espectro de microondas que en el resto del espectro de radio. 1.2 Enlaces terrestres de microondas
Un aspecto importante a considerar dentro de los medios de comunicación de largas distancias es el conocido como microondas terrestres. Las microondas terrestres se adaptan con eficiencia a los medio de comunicación inalámbricos siendo muy efectivas para redes metropolitanas teniendo como principales usos la interconexión de bancos, mercados, tiendas departa-mentales y estaciones base (BTS) celulares que en este caso es el elemento a estudiar más importante. Las estaciones de microondas consisten en un par de antenas que necesariamente deben contar con una línea de vista directa conectadas a un transmisor que emite radiofrecuencia (RF) en el orden de 1 a 50GHz. Las principales frecuencias utilizadas en microondas terrestres se encuentran alrededor de los 10, 15, 18, 23 y 26 GHz (banda L a K) las cuales son capaces de conectar dos localidades de hasta 24 kilómetros de distancia una de la otra. Los equipos de microondas que operan a frecuencias más bajas, entre 2 y 8 GHz (banda L a C) puede transmitir a distancias de entre 30 y 45 kilómetros. La única limitante de estos enlaces es la curvatura de la Tierra, aunque con el uso de repetidores se puede extender su cobertura a miles de kilómetros. 1.3 Frecuencias de operación.
Las frecuencias de operación bajo las cuales trabaja la telefonía móvil se dividen en dos bandas, A y B que proveen el servicio:
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BANDA MÓVIL
(MHZ)
BASE (MHZ)
A
824-835, 845-846.5
869-880,890-891.5
B
835-845, 846.5-849
880-890, 891.5-894
Tabla 1 Frecuencias de Operación de las Bandas de Telefonía Celular
En dichas frecuencias, la banda B en la que opera Radio móvil Dipsa (Telcel), esta presente en las 9 regiones establecidas por la COFETEL (Comisión Federal de Telecomunicaciones). Por otro lado, a partir de 1997 la COFETEL lanza una invitación para aplicar una nueva banda de frecuencias en México, dando origen a nuevos proveedores de servicio como son: Unefon, Pegaso PCS, Telcel y Iusacell. Dicha banda opera en el rango considerado entre 1850-1970 MHz. Las tecnologías más utilizadas para la transferencia de datos vía microondas son: GSM utiliza una modulación GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) o Codificación Mínima Gaussiana es la tecnología mas comúnmente implementada y por ende es la que utilizaremos para desarrollar nuestro proyecto. GPRS (General Packet Radio Service) o Servicio General de Paquetes de Radio es sólo una modificación de la forma de transmitir datos en una red GSM. EDGE (Enhanced Data rates for GSM of Evolution) o EGPRS (Enhanced GPRS) es la Tasa de Datos Mejoradas para la evolución de GSM y se considera una evolución del GPRS. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) o igualmente conocida como W-CDMA. 1.4 Grupo de componentes de GSM
El grupo de GSM se divide en dos sistemas principales. Cada uno de dichos sistemas cuenta con un número de unidades funcionales o componentes individuales de telefonía móvil. Los sistemas son: APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 9
Sistema de Switcheo o SS (Switching System)
Sistema de Estación Base o BSS (Base Station System)
El SS se encarga de realizar el desarrollo de llamada y funciones relacionadas con los suscriptores. Las unidades funcionales que lo comprenden son las siguientes: • • • • •
Centro de servicio de Switcheo (MSC) Registro de Localización de Casa (HLR) Registro de Localización de Visitante (VLR) Centro de Autentificación (AUC) Registro de la Identidad del Equipo (EIR)
El BSS ejecuta todas las funciones de radio enlaces. El BSS contiene las unidades funcionales siguientes: • •
Controlador de Estación Base (BSC) Estación Base Transmisora-receptora (BTS)
Controlador de estaciones base (BSC).
Es un elemento del sistema encargado de controlar funciones como el handover (traspaso del móvil de una célula a otra) y controles de potencia. En una red celular un grupo de estaciones base se conectan vía radio a este controlador que proporcionara el enlace primario de la comunicación telefónica móvil. A su vez uno o varios controladores de estación base se conectan a una central de conmutación de móviles mediante fibra óptica, que direcciona la llamada y establece la conexión con la red de telefonía fija o con otro segmento de la red de telefonía móvil. En consecuencia el BSC se encarga del manejo de toda la red de radio y realiza la función de interfaz entre el sistema de estaciones base y el sistema de conmutación, es decir separa las funciones de radio de las de conmutación. Las principales funciones que realiza son: •
Gestión de los canales de radio. APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 10
• • • • •
Supervisión de las estaciones base. Traspaso entre canales de la BSC. Gestión de la transmisión hacia las estaciones base. Transcodificador y adaptador de velocidades. Localización de las estaciones móviles.
1.5 Estaciones base (BTS)
En comunicaciones por radio, una estación base es una instalación fija para la comunicación bidireccional de uno o más radios móviles o portátiles. Es el último equipo por el que pasa la información de una llamada antes de llegar al MS. Entonces las estaciones base normalmente se usan para conectar radios bidireccionales de baja potencia, como por ejemplo un teléfono móvil, un teléfono inalámbrico o una computadora portátil con una tarjeta de alta fidelidad (WiFi). Las BTS's sirven como punto de acceso a una red de comunicación móvil y para que dos terminales se comuniquen entre sí. En el contexto de la telefonía móvil, una estación base está situada en lo alto de edificios o colinas para dar una mejor cobertura. Normalmente, está compuesta por un mástil al cual están unidos tres grupos de una o varias antenas equidistantes. El uso de varias antenas produce una diversidad de caminos radioeléctricos que permite mejorar la recepción de la información.
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Incluye la interfaz radio y los equipos de transmisión necesarios para cubrir a una o varias células. Imagen 1 Estación base
Las funciones más importantes de la estación base son:
Gestión de las comunicaciones de radio Codificación/decodificación de • los canales Cifrado/descifrado del enlace • de radio Medidas de la intensidad de la • señal Diversidad en recepción • Búsqueda del MS • Recepción de las peticiones de canal desde la estación móvil •
•
1.5.1 Componentes básicos de una estación base: • •
•
Antenas. Casetas prefabricadas. Cuarto habilitado en el inmueble en donde se encuentran equipos como amplificadores de potencia, multiplexores, duplexores, filtros etc. A este cuarto comúnmente se le llama shelter. Mástil o torre
Otros componentes de una estación base son: • • • •
Centros de monitoreo de la red Centro de Mantenimiento y Operación (OMC) Centro de Gerencia de Redes (NMC) Estación móvil (MS) APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 12
CAPTITULO 2 PLANEACIÓN, HERRAMIENTAS Y COMPONENTES DE LA RED GSM 2.1 Radio
La radio es una herramienta fundamental para las comunicaciones inalámbricas y en este caso parar la telefonía móvil. En una red celular, los principios de la radio se ocupan en tres segmentos muy importantes: 1. Realiza la función de interfase entre la BSC y la BTS (mediante un enlace dedicado de microondas). 2. Enlaza a la BTS con los equipos móviles (usuarios). 3. En un segmento de red establece la comunicación entre BSC's sobre todo cuando se busca un móvil al que se desea localizar. La radio es una tecnología que posibilita la transmisión de señales mediante la modulación de ondas electromagnéticas. Estas ondas no requieren un medio físico de transporte, por lo que pueden propagarse tanto a través del aire como del espacio vacío. Una onda de radio se origina cuando una partícula cargada (por ejemplo, un electrón) se excita a una frecuencia situada en la zona de radiofrecuencia (RF) del espectro electromagnético. Así una señal de radio puede visualizarse como una onda electromagnética senoidal. 2.1.1 Propagación de ondas de radio
La propagación es un proceso mediante el cual las ondas de radio viajan de un punto a otro recorriendo diferentes caminos antes de alcanzar su destino, ya sea por un medio de transmisión físico o el aire. Cuando la onda se mueve por distintos medios, generalmente encuentra a su paso obstáculos que provocan que sufran cambios de dirección e intensidad muy importantes en el proceso. La propagación de las ondas dependerá de donde surjan y el lugar por el que deban viajar hasta alcanzar su destino, pero también dependerá de la frecuencia a la que operen. Sintetizando se le llama propagación, al conjunto de mecanismos responsables de que la onda de radio se mueva de un lugar a otro. APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 13
Las comunicaciones usuales de la mayoría de los sistemas de radio se realizan en frecuencias altas y muy altas (HF y VHF). Existen varios tipos de ondas que describen plenamente el fenómeno de propagación de la radio y estas son la onda terrestre y la onda espacial. 2.1.2 Onda terrestre
La propagación por onda terrestre o de superficie es el mecanismo fundamental que establece las condiciones básicas que rigen este tipo de comunicaciones vía radio. La característica principal de este tipo de onda es que al viajar se mantiene adyacente a la superficie de la tierra siguiendo su curvatura por un proceso de difracción. Además cuenta con una polarización vertical pues cualquier componente del campo eléctrico horizontal sería rápidamente absorbida por la tierra, por ello, para aprovechar este tipo de propagación se necesita emplear antenas de polarización vertical. El proceso de propagación de la onda terrestre casi siempre implica la llegada al receptor de dos señales, una es un rayo que se propaga en línea recta incidiendo directamente en el receptor y otra que se refleja en la tierra, es decir rebotando en el suelo. Ambas señales alcanzan simultáneamente a la antena receptora. 2.1.3 Onda espacial
Las ondas de radio también pueden ser dirigidas hacia el espacio, siendo denominadas ondas espaciales. En este caso la atenuación de las ondas al ser reflejadas es muy poca, por lo que el alcance puede ser muy grande con muy poca potencia en la transmisión. Este tipo de ondas pueden clasificarse en otros dos tipos, ondas troposféricas y ondas ionosféricas. Las troposféricas se propagan por zonas cercanas a la superficie, de 0 - 12km aproximadamente, mientras que las ionosféricas lo hacen por encima de esta altura teniendo aproximadamente alcances de 80 –720km. Su proceso se da cuando una onda espacial transmitida desde la tierra viaja por el aire hasta reflejarse en la ionosfera para posteriormente regresar y volver a reflejarse pero ahora en la tierra. Por lo tanto la ionosfera ejerce una gran influencia sobre la propagación de las señales de radio. Lo APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 14
anterior ocurre debido a la interacción entre la señal y las partículas de la ionosfera cargadas eléctricamente. Entonces una señal de radio puede salir de una antena, rebotar en la ionosfera y regresar al suelo, en donde esta vuelve a rebotar y sube reflejándose una vez más en la ionosfera. Este proceso ocurre sucesivamente hasta alcanzar distancias en el orden de los Km. La ionosfera está conformada por una o varias capas de aire ionizado en la atmósfera terrestre que se extienden desde una altura de casi 80 a 720km sobre la superficie terrestre. A estas distancias, el aire está enrarecido en extremo y presenta una densidad cercana a la del gas de un tubo de vacío. Este fenómeno se presenta cuando bajo la influencia de la radiación solar o ultravioleta las partículas de la atmósfera experimentan una ionización por la ruptura de los átomos y tienden a permanecer ionizadas debido a las mínimas colisiones que se producen entre los iones. Estos iones pueden reflejar o doblar ondas de radio hasta una determinada longitud de onda. La ionosfera esta subdividida en varias capas situadas, según cada momento, a diferentes distancias de la tierra. Su efecto varía durante el día y afecta de diferentes formas a las diversas frecuencias que podamos transmitir en ese momento. Además de la ionosfera existen otros factores que implican que una señal de radio viaje a una mayor o menor distancia como lo es la frecuencia y la potencia de transmisión que se le aplique a la señal, también es de gran importancia el ángulo con el que la onda se refleja en el suelo y en la ionosfera siendo ángulos de 42° los mas propicios para una máxima distancia. Otro factor que limita la distancia que alcanza una señal de radio es que cuando la onda incide en el suelo, este absorbe parte de ella presentando con ello pérdidas. En un enlace a larga distancia la señal transmitida tiene que reflejarse un gran numero de veces antes de alcanzar su destino, lo que provoca que el suelo termine por absorberla y perder toda información, en esta situación es cuando se requiere del uso de un repetidor, el cual se encarga de tomar la señal, regenerarla y retransmitirla hacia su destino como si apenas saliera de la antena transmisora. APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 15
2.2 Antenas
Una antena es un dispositivo que sirve para la transmisión y recepción de ondas de radio. Su función primaria es liberar a las ondas electromagnéticas provenientes del proceso de transmisión proporcionándoles ganancia y dirección. Dichas ondas pueden viajar por el espacio libre hasta llegar a su destino, la antena receptora. Entonces las antenas actúan como interfase entre un transmisor o receptor y el espacio libre. Estos dispositivos se emplean en la transferencia de información entre la BSC, BTS y los móviles, es por eso la importancia de su estudio. En realidad una antena es un trozo de material conductor diseñado para radiar un campo electromagnético cuando se le aplica una fuerza electromotriz alterna. El tamaño de las antenas está relacionado con la longitud de onda de la señal transmitida o recibida, debiendo ser, en general, un múltiplo o submúltiplo exacto de esta longitud de onda. Por eso, a medida que se van utilizando frecuencias mayores, las antenas disminuyen su tamaño y es por esto que en la actualidad se presenta el uso de las microondas para las comunicaciones vía radio o aéreas. 2.2.1 Parámetros de una antena
Las antenas dependen de diversos factores para realizar su clasificación, medición y utilización es por ello que en este capitulo solo haremos mención de ellos sin produndizar en los mismos. • •
Patrón de radiación Polarización de la Antena Vertical Horizontal Circular Ganancia Ancho de banda Directividad Impedancia de entrada APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 16 o
o
o
• • • •
•
Anchura de haz
Otros elementos a tomar en cuenta que tienen especial relación con las antenas son: • • •
Sistema de Antena Línea de transmisión Tipos de antena Omnidireccionales single band (banda simple) y double band(banda duplex) Direccionales single band y double band. Coaxial banda baja. Coaxial banda alta. Varilla 1/2 ó 5/8 de longitud de onda banda baja. Fija con ganancia banda alta. Coaxial UHF Fija con ganancia UHF o
o
o
o
o
o
o
o
Otro punto importante a considerar en la planeación e implementación de una estación base, son las características y los parámetros que esta debe de cumplir y estos son: • • • • • • • •
N° de sectores que puede manejar(TRX) Sensibilidad Tráfico Potencia de Salida Bandas de frecuencias de operación Dimensiones Alimentación Tierras
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2.3 Torres para comunicaciones
Las torres para comunicaciones son estructuras metálicas elevadas y son elementos determinantes para el funcionamiento del enlace inalámbrico. En ellas se instalan los dispositivos necesarios (antenas) que tienen como propósito el otorgar cobertura en un área geográfica deseada. La altura de una torre se encuentra en función de la máxima distancia que deseemos cubrir y de la frecuencia de operación que maneja cada antena, de esta manera podemos decir que mientras mas altas estén las torres mayores distancias alcanzan. Por supuesto que existen limitaciones para su instalación dado que no siempre hay terrenos disponibles en el lugar apropiado, además de que debe cumplirse la normatividad en el aspecto ecológico, de aeronavegabilidad, uso de suelo, contaminación visual, etc. El costo de las torres aumenta exponencialmente con la altura y adicionalmente deben tomarse en cuenta los costos de cimentación, construcción, escalerillas, caseta, alimentación eléctrica, temperatura, aterrizaje, permisos y costo del terreno. Existen actualmente muchas compañías que se dedican a la fabricación de las torres, muchas de ellas tienen sus modelos optimizados para que se tenga un correcto funcionamiento de la estructura, en donde los perfiles y ángulos varían de tamaño y espesor dependiendo de la altura de la estructura, y del lugar en donde se va a construir, afectando principalmente la velocidad del viento que exista en el lugar en cuestión. Existen tres tipos de torres de interés para el estudio de la puesta en marcha de una estación base y estas son: • • •
Torres arriostradas Torres auto soportadas Torres tipo monopolo
APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 18 Imagen 2 arriostradas
Torres
2.3.1 Torres arriostradas
Muchas veces se requieren instalar antenas celulares en puntos específicos o regiones, por lo que se recurre a construir torres arriostradas sobre edificaciones existentes que cumplan con ciertos criterios de estabilidad. Estas torres cuentan generalmente de tirantes o arriostres a diferentes distancias que ayudan a su soporte. El peso que genera la torre sobre la estructura existente no es muy grande, por lo que no le adiciona mucho peso a la edificación, sin embargo, se debe de colocar el apoyo de las torres y sus arriostres sobre columnas y elementos resistentes, porque la descarga de la torre no podría colocarse sobre una losa o algún otro elemento inadecuado. La base de la torre transmitirá un esfuerzo de compresión en el punto donde este apoyada, y los arriostres generalmente transmitirán esfuerzos de tensión, la ilustración de este tipo de torre se observa en la Imagen En general este tipo de torre se utiliza para instalar antenas para telefonía celular, de micro ondas de radio, telecomunicaciones y transmisiones además de su pararrayos. Las antenas más utilizadas para estos fines son la omnidireccional, direccional y parábola menores o igual a 3mts, aunque es posible instalar parábolas hasta de 4mts en la parte intermedia de la torre siempre y cuando se encuentre perfectamente aterrizada en su base. El material que se utiliza es de fierro totalmente galvanizado en caliente. 2.3.2 Torres auto-soportadas
Estas torres se construyen sobre terrenos, en áreas urbanas o cerros, y deberán de contar con una cimentación adecuada para poder resistir las fuerzas a las que están sometidas, su geometría depende de la altura, la ubicación y del fabricante. Este tipo de torres se utilizan en la instalación de antenas para telefonía celular, de micro ondas de radio, telecomunicaciones y transmisiones, capaces de resistir APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 19 Imagen 3 soportadas
Torres
auto-
velocidades de viento de hasta 240Km por hora en diferentes condiciones orográficas. Para poder seleccionar un modelo de torre es necesario conocer la altura, la cantidad de parábolas a instalar y su ubicación, es decir; su velocidad regional, factor topográfico, categoría del terreno y altura sobre el nivel del mar. 2.3.3 Torres tipo monopolo
Estas estructuras son instaladas en lugares en donde se requiere conservar la estética pues son las que ocupan menos espacio, generalmente este tipo de torres se pintan de algún color o se adornan de tal manera que puedan ser indistinguibles con el entorno que las rodea como se ilustra en la Imagen Estas estructuras se instalan sobre terrenos, por lo que se deben de construir con una cimentación adecuada para resistir los efectos del peso y del viento. Debido a que se requieren espacios muy reducidos para su instalación se tienen torres para alturas de hasta 36mts en secciones de 6m2. En este tipo de torres podemos instalar antenas para celulares, micro ondas de radio y telecomunicaciones, así como plataformas, pasillo andador Imagen 4 monopolo
Torres
tipo
y soportes entre otros. Son capaces de resistir velocidades de viento hasta 200km por hora en diferentes condiciones
de terreno. 2.4 Sectorización de la transmisión de una BTS
La sectorización de la transmisión es un método que se utiliza en el estudio y la planeación de la puesta en marcha de una BTS y para efectos de la telefonía celular se define como la división o repartición de señales o áreas de cobertura con el fin de reutilizar frecuencias idénticas dentro de una misma BTS sin que unas interfieran con otras. La importancia de conseguir una sectorización APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 20
adecuada representa que se tendrá una mejor calidad en el servicio, una mayor capacidad de los canales, disminución de tráfico y un ahorro económico por parte de las empresas responsables del sistema. La idea de suministrar el servicio de telefonía móvil implica que la antena de la BTS debe radiar en todas direcciones, es decir en sus 360º y para esto generalmente se utilizan antenas omnidireccionales. En el caso en que una BTS este colocada en una población que ha crecido demográficamente de manera exponencial y que el número de usuarios de dicho lugar demande un mayor numero de canales y reducción de tráfico en sus llamadas es cuando se hace presente la necesidad de utilizar el método de la sectorización y un ejemplo de esto es el siguiente: Supóngase que se dispone de un arreglo de antenas que permite dividir la zona a cubrir de 360 º en 6 sectores de 60° cada uno; si se tuvieran solamente un par de canales A y B, la sectorización permitiría utilizar 2 veces cada canal para transmitir distinta información, lo cual duplicaría la capacidad de cada canal permitiendo así mayor numero de usuarios. De esta manera la sectorización puede lograrse de múltiples formas y se predice en función de la antena que se elija para proporcionar la cobertura y del estudio topográfico y demográfico del área a la que se le pretende proporcionar el servicio. El caso más general y más utilizado de sectorización comprende la división del área de cobertura en tres sectores de 120º completando así los 360º y esto se logra con antenas altamente direccionales para cada sector Es posible que en un área geográfica a la que se le pretenda dar el servicio presente condiciones en las que solo sea necesario y más económico solo planear la instalación de un solo sector a 120º ya que los 240º restantes estén obstruidos por edificios cerros o grandes construcciones, los cuales dificultan la comunicación con los móviles. En otras palabras si la ubicación en donde se instala la BTS tiene un cerro de gran tamaño detrás de su estructura, es innecesario radiar el servicio APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 21
hacia esa zona en donde seguramente no habrá ningún usuario al cual proporcionarle el servicio. En una estación base sectorizada, el arreglo de antenas por cada sector habilitado generalmente se realiza con tres antenas, una para la transmisión y dos para la recepción. La utilización de dos de antenas para la recepción se debe a que el móvil transmite a la BTS con una polarización cruzada, es decir en forma horizontal como vertical, el proceso que realiza el sistema cuando recibe las dos señales provenientes de las dos antenas, es el de elegir a la señal de mejor calidad, y a este proceso de le denomina ganancia por diversidad. 2.5 Modelos de propagación
Un modelo de propagación es un conjunto de expresiones matemáticas, diagramas y algoritmos utilizados para representar las características de radio de un ambiente dado. Los modelos existentes se clasifican en dos tipos: modelos empíricos o estadísticos y modelos teóricos o deterministicos, los primeros se basan en mediciones realizadas y los teóricos en los principios fundamentales de los fenómenos de propagación. Los modelos de propagación se usan para predecir las pérdidas por trayectoria que una señal RF puede tener mediante la transmisión de una BTS a un receptor fijo o móvil, el uso de los modelos ofrece como ventaja la viabilidad de proyectos que se deseen planear en determinados sectores. Los modelos tienen diferentes especificaciones como el tipo de terreno (plano, ondulado, montañoso, etc.), las características del ambiente de propagación (área urbana, suburbana libre, etc), características de la atmósfera (índice de refracción, intensidad de lluvias, etc.), propiedades eléctricas del suelo etc.
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CAPITULO 3 PROCESO DE PLANIFICACIÓN DE LA PUESTA EN MARCHA DE LA ESTACIÓN BASE
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CONCLUSIÓN MARIA DEL CARMEN VARGAS BENJAMIN
Las comunicaciones inalámbricas hoy en día están teniendo aplicaciones que sobrepasan lo que se podía llegar a pensar, la instalación de la tecnología celular vía uso de microondas se propuso con el único fin de implementar a la telefonía móvil como un servicio más de los que ofrece la tecnología, sin embargo hay áreas en el territorio nacional en los se presenta complicada tan solo la comunicación alambica, es decir es muy difícil implementar una red de telefonía fija debido a las características del terreno. Es en estas comunidades en donde la telefonía móvil no se presenta como un servicio más si no como una necesidad, es entonces cuando el celular se ocupa como teléfono fijo y se olvidan de los problemas del cableado. Debido a esto la telefonía móvil esta alcanzando avances enormes en su aplicación y como apreció en este trabajo la implementación de un servicio de telefonía inalámbrica no es un proceso muy complicado, solo requiere la paciencia y atención para estudiar a detalle cada equipo y componente a utilizar además de las características de la zona a proporcionar cobertura, también es muy importante saber si se empleará como un servicio más de tecnología o como una red de telefonía por necesidad a la comunidad. DIEGO ARMANDO MOZQUEDA RODRIGUEZ
Debido a que cada día se requiere facilitar aun mas la comunicación para la ampliación del comercio y transacciones, la instalación de un sistema de estación base de telefonía satelital aumenta la posibilidad de comunicación entre estos individuos favoreciendo de esta manera a su desarrollo. La tecnología históricamente ha sido usada para satisfacer necesidades esenciales, para obtener placeres corporales y estéticos en todas sus formas y también como medios para satisfacer necesidades como lo es la comunicación. La tecnología día a día nos sorprende más y hace la vida del hombre más sencilla por lo que su aplicación es a nivel mundial, lo malo es que tiene un costo en muchas ocasiones muy caro y este es el deterioro de la naturaleza y de la salud. En el APLICACIÓN DE LAS TELECOMUNICACIONES ENSAYO DE EVALUACION TERCER PARCIAL | Pagina 24
caso de una estación base para comunicación satelital se pueden presentar radiaciones que afecten la salud de los seres humanos pero existen normas para evitar que esto suceda, ya que esto implica también responsabilidad con la comunidad desde este punto de vista.
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REFERENCIAS SITIOS WEB
HARO INCLÁN BELEM Y MAGLIOCCA TORRES GENNARO ZOÉ, MÉXICO DISTRITO FEDERAL NOVIEMBRE 2007 PROPUESTA DE UN SISTEMA DE OPERACIÓN PARA UNA RED DE TELEFONÍA MÓVIL PROPORCIONANDO COBERTURA A COMUNIDADES RURALES CON TECNOLOGÍA GSM” HTTP:// ITZAMNA.BNCT.IPN.MX:8080/ DSPACE / BITSTREAM /123456789/3089/1/ PROPUESTA DEUNSISTEMA.PDF
INTRODUCCIÓN A LAS MICROONDAS HTTP:// ES.WIKIPEDIA.ORG / WIKI /MICROONDAS
INTRODUCCIÓN A LA RADIACIÓN DE LAS MICROONDAS HTTP:// ES.WIKIPEDIA.ORG / WIKI /MICROONDAS _(RADIACI%C3%B3N)
PLANEACIÓN, HERRAMIENTAS Y COMPONENTES DE UNA RED DE TELECOMUNICACIONES WWW.CONSTRUAPRENDE.COM /TELECOMUNICACIONES / INDEX.HTML
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