1.- OTF000001 Digital Microwave Communication Principle ISSUE 1.01_ES

5/12/2018 1.- OTF000001 Digital Microwave Communication Principle ISSUE 1.01_ES - slidepdf.com

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Principios deComunicación Digital

Microondas



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Prólogo

Este curso está desarrollado para los requerimientos de equipos

OptiX RTN.

Este curso presenta el conocimiento básico de comunicación

digital microondas. Los ingenieros pueden tener un entendimientobásico de los equipos OptiX RTN luego de finalizado el curso.




Guía de Aprendizaje

Antes de este curso, puede verificar las siguientes referencias:

Principios SDH

Tecnología de Comunicación de Redes

Electromagnetismo Básico




Objetivos

Al finalizar este curso, estará en la capacidad de:

Describir el concepto y caracteristicas de la comunicación digital

microondas.

Describir la teoría y función de cada parte en el sistema demicroondas digital

Listar las aplicaciones de red para los sistemas de microondas

digital

Listar los tipos de desvanecimiento en propagación microondas

Listar las tecnologías comunes para contrarrestar el

desvanecimiento




Contenido

1. Perspectiva de Comunicación Digital Microondas

2. Introducción a los equipos de microondas digital

3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital4. Propagación Microondas y tecnologías para contrarrestar

el desvanecimiento




Metodos de Transmisión paraComunicación

Fiber

Microwave

Satellite

MUX MUXRadioTer.

RadioTer.

Coaxial Cable




Transmisión por Fibra y Microondas

Viaja por el espacio aereo,poco terreno requerido

Requiere grandes terrenospara la ubicación de fibras

Microondas (MO) Fibra Óptica

Baja inversión, mantenimiento

sencillo y en períodos cortos

Alta inversión, largos

períodos de construcción

Soporta desastres naturales por restauración sencilla y rápida

Mantenimiento afectadopor desastres naturales

Requiere solicitar licencias parauso de frecuencia

No requiere solicitar licenciaspara uso de frecuencia

Rendimiento afectado por elclima y forma del terreno

Rendimiento estable, bajainfluencia del entorno

Baja capacidad de transmisión Alta capacidad de transmisión




Definición de Microondas (MO)

Microondas (MO)

Un tipo de onda electromagnética.

Rango de radio frecuencia desde 300 MHz hasta 300 GHz.

Se considera como una onda plana.

El campo eléctrico y magnético son perpendiculares en la

dirección de transmisión de la onda plana. Así, es denominada

onda de Campo Eléctrico y Magnético Transversal (TEM).




Conceptos de comunicación digitalMO La comunicación que usa microondas como portadora es

denominada Comunicación Microondas.

La comunicación microondas con señal banda base digital,

es denominada Comunicación Digital Microondas.

Existe una frecuencia intermedia entre la señal digital

bandabase y la señal de radio frecuencia.




Desarrollo de la comunicación MO

Nota: capacidad menor de 10M es considerada baja, de 10 a 100Mmedia y mas de 100M gran capacidad.

155M

34/140M

2/4/6/8M

480 tonechannels

Sistema MO

Digital SDH

Sistema MO

Digital PDHSistema MO Digital

de capacidad

Media y Baja

Sistema MO

analógico

Capacidad/ch

1950¶s

1970¶s

1980¶s

1990¶s hasta ahora




Banda de Frecuencias y Canal deRadio Las bandas de frecuencia común:

7G/8G/11G/13G/15G/18G/23G/26G/32G/38G (por rec. ITU-R)

85432 10 201 30 40 50

1.5 2.5GHzRed

Regional

Red BackboneLarga Distancia

Red local y de área,red de borde

2834

Mbit/s

28

34140155Mbit/s

3.3 11 GHz

GHz

34140155

Mbit/s




Banda de Frecuencia y Canal deRadio (cont.) La frecuencia central, espaciamiento T/R y espaciamiento de

canal están definidos en cada banda de frecuencia.

f 0(frec. central)

Alcance de Frecuencia

Channelspacingf 1 f 2 f n f 1¶ f 2¶ f n¶

Channelspacing

T/Rspacing T/R spacing

Banda de Frec. Baja Banda de Frec. Alta

Espaciamientode Protección

AdjacentT/R

spacing

Espaciamientode Protección




Banda de Frecuencia y Canal deRadio (cont.)

f 0(7575M)

Alcance de Frecuencia74257725MHz

28M

f 1=7442 f 5 f 1¶=7596 f 2¶ f 5¶

T/R spacing:

154M

f 2=7470Alcance de

Frec.

F0 (MHz) T/R spacing (MHz) Espaciamiento de

Canal (MHz)

High site / low site

7425--7725 7575 154 28 Fn , Fn¶

7575 161 7

7110--7750 7275 196 28

7597 196 28

7250--7550 7400 161 3.5

««. «« «« «« ««




Modos de Modulación para MODigital La portadora de microondas es modulada digitalmente por

la señal banda base.

Señal Digital Banda BaseSeñal de Frecuencia

Intermedia (IF)

Base bandSignalrate

Ancho deBanda de

CanalModulación

Señal deServicio




Modos de Modulación para MODigital (cont.) La señal portadora de frecuencia puede ser descrita como:

Amplitude Shift Keying (ASK): A es variable, Wc y son constantes Frequency Shift Keying (FSK): Wc es variable, A y son constantes Phase Shift Keying (PSK): es variable, A y Wc son constantes Quadrature Amplitude Modulation (QAM): A y son variables, Wc es

constante

A*COSWc*t+

Amplitud Frequencia Fase

PSK y QAM sonusadas

comúnmente enMO digital




Estructura de Trama MO

Radio frame complementary overhead (RFCOH):

RFCOH

ATPC64Kb/s

DMY64Kb/s

MLCM11.84Mb/s

RSC864Kb/s

WS2.24Mb/s

XPIC16Kb/s

ID32Kb/s

INI144Kb/s

FA288Kb/s

15.552Mb/s

SOH Payload

STM-1 155.52Mb/s

171.072Mb/s

RSCMO service controlMLCM: Multi-level coded modulation IN: N:1 switch instructionDMY: Dummy ID:IdentificationXPIC: Cross polarization interference counteract FA: Framesynchronization

ATPC: Automatic transmitter power control WS Wayside services




Estructura de Trama MO (cont.)

Los datos del RFCOH y STM-1 estan bloqueados por multi-trama,existen 6 filas en una multi-trama, 3564 bits por fila. Una multi-trama consiste en dos sub-tramas, y 1776 bits para una fila enuna sub-trama. Los otros 12 bits son usados para FS.

Multi-frame 3564bit

Sub-trama 2

1776bit148 units

FS

6bit

Sub-trama 1

1776bit148 units

FS

6bit

6rows

C1IIC1IIC1IIC1II

C2IIbIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

C1IIC1IIC1IIC1II

C2IIbIIaIIIIIIIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

IIIIIIIIIIII

12bit first unit 12bit 148th unit

ISTM-1 date bit C1,C2: 2 Level error correction monitor bit FS: Frame sync. a,b:other RFCOH




Preguntas

¿Que es microondas? ¿Que es comunicación digital microondas?

¿Cuales son las bandas de frecuencia comúnmente usadas en

MO digital?

¿Cuáles son los conceptos en el arreglo de bandas de frecuencia

para MO digital?

¿Qué modos de modulación son comunmente usados? ¿Que

modos de modulación son usados en MO digital?




Contenido



3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital4. Propagación Microondas y tecnologías para contrarrestar

el desvanecimiento




Tipos de Equipos de MicroondasDigital (MO)

MO Digital

PDH SDH

MO montaje-separado

MO Troncal

MO Todo-outdoor

Capacidadmedia, baja216E1

34M

Grancapacidad

STM-0STM-12 x STM-1

Descontinuado

MO AnalógicaModos

Capacidad

Estructura

Multiplex.




Equipo MO Troncal

Equipo MO SDH

BRU: Branch of RF unit,rama de unidad RF

MSTU: Main signal transceiver unit,Unidad Principal Tranceptora de Señal

(transceptor, modem, interfaz electricaSDH, módulo hitless)

SCSU: surveil, control, switch unit.Unidad de monitoreo, control yconmutación

BBIU: baseband interface unit,Unidad de Interfaz BandaBase(Opcional: Interfaz óptica STM-1,Interfaz PDH C4)

P

M1

M2




Equipo MO Todo-Outdoor

Equipo MO Todo-Outdoor

Unidad de Procesamiento deSeñal Banda Base e IF

Cable IF

Unidad de procesamientode señal RF

Cable de Alimentación y Servicio




Equipo MO Montaje-Separado

Equipo MO Montaje-Separado

Antena

Unidad RF o UnidadOutdoor (ODU)

Cable IF

Unidad Indoor




Equipo MO Montaje-Separado(cont.)

Antena: enfoca la señal RF enviada por la ODU,

incrementa la ganancia de la señal

ODU: Procesamiento de señal RFconversión

entre señal IF y RF.

Cable IF: Transmisión para señal de servicio en IF,

señal de administración y energía de la ODU.

IDU: Acceso de servicios, distribución,

multiplexación, modem, entre otros.




Instalación de Equipo Montaje-Separado

Antena

(ODU) Cable IF

Instalación Separada

Guia de ondasFlexible

IDU Interfaz IF

Antena

ODU

IDU

Instalación Directa

Cable IF

Interfaz IF




Antena La antena permite la propagación y recepción de las ondas

electromagnéticas desde/hacia el transmisor en una dirección.Generalmente se utilizan antenas tipo paraboloide y KasaiGreen

Los diámetros comunes de las antenas son: 0.3, 0.6, 1.2, 1.8,2.4, and 3.0m, etc.

Antena Paraboloide Antena Kasai Green




Antena (cont.)

Varios canales en una banda de frecuencia puedencompartir una antena.

Tx

Rx

Tx

Rx

Canal Canal

1

1

nn

1

1

nn




Alineación de Antenas

Vista LateralLóbuloLateral

Lóbulo Posterior

Vista Superior

Lóbulo Posterior

LóbuloLateral

Lóbulo Principal

Lóbulo Principal




Alineación de Antena

CorrectoMalMal




Especificaciones de las Antenas

Ganacia de la antena

La razón entre potencia de entrada de una antenaisotrópica (Pio) a la superficie de la antena (Pi) cuandopresentan la misma intensidad de campo eléctrico en el

mismo punto. Puede ser calculada por la formula (unidad: dB) :

Ángulo de potencia media (ancho de haz a 3 dB)

Desde el lóbulo principal, viendo hacia ambos lados, lospuntos donde la potencia disminuye a la mitad son los

puntos de potencia media. El ángulo entre esos dospuntos se denomina, ángulo de potencia media.

La formula de cálculo aproximada es:

LPT

¹ º

¸©ª

¨!!2

D

P

P G

i

io

D

P U )70~65(

00

5.0 ! Half power angle




Especificaciones de las Antenas(cont.) Discriminación Cross Polarización (XPD)

La intensidad de potencia recibida en la polarización esperada (Po)

con respecto a la otra polarización (Px). Debe ser mayor a 30dB. La

formula es:

XdB10lgPo/Px

Razón de protección de la antena

Es la razón de atenuación recibida en los otros lóbulos, con

respecto a la atenuación recibida en el lóbulo principal. La razón deprotección de antena de 180° es tambien denominada protección

frente/atrás.




Unidad Outdoor

Especificaciones principales del transmisor

Banda de frecuencia de trabajo:

Una ODU puede operar en una banda de frecuencia o una

parte de una banda de frecuencia.

Potencia de salida:

La potencia al puerto de salida del transmisor.

El rango típico es desde 15 a 30 dBm.




Unidad Outdoor (cont.)

Especificaciones principales del transmisor (cont.)

Estabilidad en frecuencia

La estabilidad de la frecuencia de oscilación de la unidad

microondas es desde 3 a 10 ppm.

Trama de espectro de frecuencia de transmisión

Un alcance de frecuencia restringido se denomina Trama de

espectro de frecuencia





Especificaciones principales del receptor

Banda de frecuencia de trabajo:

La frecuencia de recepción de la estación local es la misma

que la de transmisión en la estación remota

Estabilidad de frecuencia

El requerimiento es desde 3 a 10 ppm.

Figura de ruido La figura de ruido del receptor de microondas digital es

desde 2.5 a 5 dB.





Especificaciones principales del receptor (cont.)

Banda de paso

El valor típico es 1 o 2 veces la razón de transmisión.

Selectividad

La habilidad de supresión contra interferencia mas alla de la

banda de transmisión

Rango de Control Automático de Ganancia (AGC)

Automáticamente controla la ganancia para mantener el mismonivel de potencia de salida IF cuando ocurre un cambio en la

potencia RF recibida debido al desvanecimiento.




Unidad Indoor

Accesa servicios como E1 o STM-1

Procesa RFCOH

Realiza conversión de señales entre banda base e IF

I n t er f az d e C a b l e

Desde/HaciaODU

Tx IF

Rx IF

Modulación

Demodulación

Multiplexación de trama

MO

Demultiplexación de

trama MO

Acceso deservicios

Unidad IF

Canal de

Servicio

Canal deServcio

Conversor DC/DC

Unidad de Monitoreoy Control

Interfaz

de O&M




Preguntas

¿Cual es la clasificación de equipos MO digital?

¿Que componentes se encuentran en un equipo de MOdigital montaje-separado? ¿Cual es la función de cada uno

de ellos?

¿Cuales son los parámetros principales de una antena?

¿Cuales son los parámetros de transmisión y recepción enla ODU?




Resumen

Clasificación de equipos de microondas digital

Funciones de los componentes en un equipo de MO digital

montaje-separado

Parámetros de la antena

Parámetros de la ODU

Función de la IDU




Contenido



3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital

4. Propagación Microondas y tecnologías para contrarrestar

el desvanecimiento




Aplicaciones Comunes de Redes

AnilloEnlace Punto

a Punto

Enlaceadd/drop

Árbol




Tipos de Estaciones de MO Digital

Las estaciones de MO digital incluyen: estación terminal,estación repetidora y estación pivote

EstaciónTerminal

EstaciónTerminal

Estación

Terminal

Estación

Pivote

EstaciónPivote

EstaciónRepetidora




Tipos de Estaciones Repetidoras

EstaciónRepetidora

Activa

Pasiva Reflector parabolico

Reflector plano

Repetidor regenerativo

Repetidor IF

Repetidor RF




Estaciones Repetidoras Activas

Estación RF directa:

Amplifica la señal MO en banda RF de forma bidireccionalsin cambio de frecuencia.

Estación repetidora regenerativa:

Extiende la distancia de propagación MO y cambia ladirección para rodear obstaculos.




Estaciones Repetidoras Pasivas

Reflectores parábolicos:

Consiste en dos antenas parabólicas que están conectadasback to back con una sección de guia de ondas

Reflectores planos:

Un panel de metal con una superficie lisa y con gran áreaefectiva.




Repetidores pasivos (reales)

Reflectores Planos Reflectores parabólicos




Aplicación de MO Digital

Complementopara redes

ópticas(acceso deúltima milla)Red de

transportepara BTS

Respaldo deenlaces

críticos Acceso aclientes VIP

Comunicacionde emergencia(gran actividad,

crisis

Situaciónespecial detransmisión(rios, lagos,

islas) Aplicación Aplicacióndede

MicroondasMicroondas




Preguntas

¿Que aplicaciones de red son usadas comunmente por MOdigital?

¿Que tipos de estaciones existen en un sistema de MOdigital?

¿Que tipos de estaciones repetidoras existen?

¿Cuales son las aplicaciones para un sistema de MO digital?




Contenido



3. Redes y aplicación de equipos de microondas digital

4. Propagación Microondas y tecnologías para

contrarrestar el desvanecimiento




Contenido



4.1 Propagación MO y desvanecimiento

4.2 Tecnologías para contrarrestar el desvanecimiento




Factores que afectan la propagaciónMO Forma del terreno:

La reflexión desde el terreno afecta la señal recibida desde la direcciónprincipal

4 tipos de terreno: A: Región montañosa (o región con gran cantidad de edificios)

B: Foothill (la fluctuación del terreno es poca)

C: Terreno plano

D: Gran acumulación de agua

DirectoReflexión

Directo

Reflexión




Factores que afectan la propagaciónMO (cont.)

Atmosfera y clima:

La absorción atmosférica afecta principalmente la señal de

microondas cuya frecuencia está sobre los 12 GHz. Refracción, reflexión y dispersión en la tropósfera.

Perdidas por dispersión y absorción causadas por lluvia,

niebla y nieve. Principalmente afecta la señal de microondas

cuya frecuencia está sobre los 10 GHz.




Clasificación de desvanecimiento

Mecanismo

Perdidas de absorción

Desvanecimiento delluvia y niebla

Scintillation fading

Desvanecimientofactor K

Desvanecimientotipo ducto

DuraciónSostenida

Nivelrecibido

Efecto

Desv. rápido

Desv. lento

Desv. Upward

Desv. Downward

Desv.Plano

Desv. Selectivo enfrecuencia

Desvanecimientoen espacio libre

Desvanecimiento




Desvanecimiento de Espacio Libre

Formula: A = 92.4 + 20 log d + 20 log f d = distancia en km f = frecuencia en GHz

Nivel dePotencia

PTX = Potencia Salida

G = Ganancia de Antena

A = Pérdida espacio libre

M = Margen de desv.

PTX

distance

GTX GRX

PRX

A

MUmbral de Recepción

G

d

G

f

PRX = Potencia Recepción




Perdidas de Absorción

Principalmente causado por la atmosfera.




Desvanecimiento por lluvia y niebla

Generalmente, bandas de frecuencia diferentes

tienen distinta pérdida.

Menos de 10 GHz, el desvanecimiento causado por lluvia yniebla no es serio.

Mas de 10 GHz, la distancia de repetidor esta limitada por el

desvanecimiento causado por las lluvias.

Mas de 20GHz, la distancia de repetidor es de solo algunos

kilometros debido al desvanecimiento por lluvia y niebla.




Desvanecimiento por Factor K

Un radio equivalente: Re=KR (R es el radio real de la tierra).

El valor de K depende de los fenómenos meteorológicoslocales

Re

R




Desvanecimiento por Scintillation

La nube de particulas formada en la atmosfera local por presión, temperatura o humedad es diferente a otrasareas y la onda presenta dispersión.

sketch map of Scintillation fading




Desvanecimiento tipo ducto

Cuando las ondas pasan la guia de ondas atmosférica,ocurre un fenómeno denominado super reflexión.

sketch map of Duct Type fading




Desvanecimiento y propagaciónMulti-Camino

Los caminos de recepción

incluyen rutas directas y otras

rutas reflejadas.

El desvanecimiento multi-

camino es causado por la

interferencia de señales de

distintas rutas de propagación

Ground




Desvanecimiento Plano

1 h

Nivel derecepción

en espaciolibre

Umbral(-30dB )

Interrupción deSeñal

Upwardfading

Desv.Rápido Desv.

Lento




Desvanevimiento Selectivo enFrecuencia

Frec. (MHz)

P o t e n

c i a R e c i b i d a ( d B m )

Normal

Plana Desv. Selectivo

El desvanecimiento selectivo en frecuencia causarádistorsión en-banda y disminuye el margen dedesvanecimiento original del sistema.




Contenido



4.1 Propagación MO y desvanecimiento

4.2 Tecnologías para contrarrestar el desvanecimiento




Tecnologías para contrarrestar eldesvanecimiento

Tipos Efecto mejorado

Tecnologías

anti-desvanecimientorelacionadascon la unidad

Ecualización adaptativaDistorsión de la forma

de onda

Cancelación de Interferencia

por Cross Polarización (XPIC)

Distorsión de la formade onda

Control Automático de Potenciade Transmisión (ATPC)

Reducción de potencia

Corrección de Errores Adelantada (FEC)

Reducción de potencia

Tecnologíasanti-

desvanecimientorelacionadas

con el sistema

Tecnologías de diversidad enrecepción

Distorsión de la formade onda y Reducción de

potencia




Ecualización Adaptativa enFrecuencia

Espectro deseñal

Desv. Multi-

camino

Ecualizacióndel dominio defrecuencia en

pendiente

Espectroluego de

Ecualización




Ecualización Adaptativa en Tiempo

Antes deEcualización

T T T

Luego deEcualización

C-n C0 Cn

Ts-Ts-2Ts Ts-Ts-2Ts




Control Automático de Potencia deTransmisión ATPC es utilizado para reducir la interferencia a un sistema

adyacente, desvanecimiento en sentido de subida, consumo deenergía DC y refina las caracteristicas de rata de error residual.

modulador Transmisor

Receptor Demodulador

ATPC

Receptor

ATPC

Transmisor Modulador

Demodulador




XPIC

XPIC es Cancelación de Interferencia por CrossPolarización.

Direccióndel campoeléctrico

PolarizaciónHorizontal

PolarizaciónVertical

Configuración de frecuencia en banda U6GHzITU-R F.384-5

30MHz 80MHz

60MHz

340MHz

1 2 3 4 5 6 7 8

680MHz

V (H)

H (V)

1¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶ 7¶ 8¶

30MHz

80MHz60MHz

340MHz

680MHz

1 2 3 4 5 6 7 8

V (H)

H (V)

1X 2X 3X 4X 5X 6X 7X 8X

1¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶ 7¶ 8¶

1X¶ 2X¶ 3X' 4X¶ 5X¶ 6X¶ 7X¶ 8X¶




Diversidad en Recepción

La diversidad en recepción es usada para minimizar

los efectos de desvanecimiento. Incluye::

Diversidad Espacial (SD)

Diversidad en Frecuencia (FD)

Diversidad en Polarización

Diversidad Angular




Diversidad en Frecuencia

Como ventaja, solo requiere un conjunto de antena yfeeder pero, como desventaja, el uso de la banda defrecuencia es bajo.

f1

f 2




Diversidad Espacial

Como ventaja, permite ahorrar recursos en frecuencia,pero el sistema es mas complejo al requerir dos o masconjuntos de antena y feeder..

f1




Otros métodos antidesvanecimiento

Bloqueando la onda reflejada por algún terreno uobstáculo.

O é d id i i




Otros métodos antidesvanecimiento(cont.) Diferente altura de antenas en un salto.




Preguntas

¿Cuales son los factores que afectan la propagación microondas?

¿Que tipos de desvanecimiento existen en la propagación

microondas?

¿Que tipo de tecnologías antidesvanecimiento pueden ser

utilizados?




Resumen

Definiciones de Comunicación Digital Microondas.

Arreglo de Bandas de Frecuencia y Canal de Radio

Estructura y función de equipos de microondas digital

Aplicación de comunicación digital microondas

Propagación microondas y desvanecimiento

Tecnologias antidesvanecimiento



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