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Proyecto Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación

Sistema de comunicaciones para el control y automatización de un canal de distribución de agua

Autor: Jesús Gausí Marín Tutor: Juan José Murillo Fuentes

Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla Sevilla, 2015

I

Proyecto Fin de Grado Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación

Sistema de comunicaciones para el control y automatización de un canal de distribución de agua

Autor:

Jesús Gausí Marín

Tutor:

Juan José Murillo Fuentes Profesor titular

Dep. de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla Sevilla, 2015

III

Proyecto Fin de Grado: Sistema de comunicaciones para el control y automatización de un canal de distribución de agua

Autor: Jesús Gausí Marín

Tutor: Juan José Murillo Fuentes

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2015

El Secretario del Tribunal

V

A mi familia

A mis maestros

VII

Agradecimientos

En primer lugar, quisiera agradecer a los compañeros de ACT SISTEMAS la oportunidad que me han brindado para realizar este proyecto y aprender de ellos, en especial a Javi y a Jaser, vuestra ayuda ha sido fundamental.

A mis padres y a mi hermana, por estar a mi lado durante todos estos duros años de estudio, por levantarme cuando los ánimos estaban decaídos, por inculcarme que cualquier cosa que quiera conseguir, la puedo lograr a base de esfuerzo. Puede tardar más o menos tiempo, pero… “si quieres, puedes”.

A mis profesores, desde el colegio a la universidad, porque a pesar de ser muy despistado, siempre me han apoyado y han depositado mucha confianza en mí.

A mis amigos de toda la vida, sobre todo a Guillermo. Siempre me habéis dado la posibilidad de despejarme de la vida universitaria. Aún siendo muy complicado mantener un grupo de amigos del instituto, nosotros lo hemos hecho y muy agradecido estoy por ello.

Cómo no, agradecer a todos mis compañeros de la universidad, por todos estos años de estudio que tan complicado se hacen; ellos han hecho que la estancia en la universidad sea recordada para siempre. En especial, quería agradecer a Clara todas las horas de estudio intensivo que hemos echado para poder aprobar cada una de las asignaturas a las que hemos ido juntos. Esas madrugadas de estudio no hubieran sido lo mismo sin ella.

Sin alargarme más, quisiera agradecer a todas y cada una de las personas que han ido pasando a lo largo de mi vida, porque todas ellas me han aportado lo necesario para estar donde estoy hoy y, lo que es más importante, ser como soy.

Gracias.

Jesús Gausí Marín

Sevilla, 2015

IX

Resumen

El presente proyecto trata sobre el diseño de un sistema de comunicaciones inalámbricas para el control y automatización de un canal de distribución de agua. Dicha red permitirá enlazar una serie de puntos de control distribuidos a lo largo del canal con el centro de control, de modo que se permitirá dar conexión a una red de PLC distribuidos a lo largo del canal con el centro de control.

Para conseguir dicho sistema de comunicación, se realizará un análisis de las posibilidades para llevarla a cabo y, posteriormente la explicación y desarrollo de la solución adoptada.

XI

Abstract

This project is about designing a wireless communications system for the control and automation of a water distribution channel. The network will link a series of points distributed along the channel with the control center, so that it is allowed to connect to a PLC network distributed along the channel with the control center control. To achieve this communication system, an analysis of the possibilities will be made to carry it out and then the explanation and development of the solution.

XIII

Índice

Agradecimientos IX

Resumen XI

Abstract XIII

Índice XV

Índice de tablas XVII

Índice de figuras XIX

1 Introducción 1

2 Situación actual 3

3 Objetivo en detalle 9 3.1 Características del sistema de comunicaciones 9 3.2 Puntos críticos 11 3.3 Anchos de banda requeridos 11 3.4 Indisponibilidad y fidelidad 12

4 Descripción y justificación de la solución adoptada 13 4.1 Arquitectura de la red de telecomunicaciones 15

4.1.1 Red principal 16 4.1.2 Red secundaria 23 4.1.3 Interconexión de red principal y secundaria 29

4.2 Cálculos 34 4.2.1 Introducción 34 4.2.2 Procedimiento de estudio 36 4.2.3 Cálculo de anchos de banda 40

4.3 Conformidad con las normas CNAF 41 4.3.1 Wimax en banda libre 41 4.3.2 Microondas en banda licenciada 42 4.3.3 UHF licenciado 42

4.4 Equipos de comunicaciones 43 4.4.1 Equipamiento microondas en banda privada 43 4.4.2 Equipamiento microondas en banda libre 44 4.4.3 Equipamiento UHF 49 4.4.4 Electrónica de la red de comunicaciones: Switches 49 4.4.5 Mediciones de equipos 49 4.4.6 Mediciones de antenas 52

4.5 Torres de comunicaciones 53 4.5.1 Torres arriostables 53 4.5.2 Torres autosoportadas 55 4.5.3 Mediciones de torres 56

5 Estudio de viabilidad de la red principal 57 5.1 Red troncal 57

5.1.1 Enlace CC1 – REP1 59

XV

5.1.2 Enlace REP1 – REP2 61 5.2 Red de acceso 63

5.2.1 Red de acceso A 65 5.2.2 Red de acceso B 69

6 Estudio de viabilidad de la red secundaria 81 6.1 Red UHF Rep 1 83

6.1.1 Enlace CC1 – Rep1 83 6.1.2 Enlace Rep1 – P1 85 6.1.3 Enlace Rep1 – P2 86 6.1.4 Enlace Rep1 – P3 87 6.1.5 Enlace Rep1 – P5 89 6.1.6 Enlace Rep1 – P6 90

6.2 Red UHF Rep 2 91 6.2.1 Enlace CC1 –Rep2 92 6.2.2 Enlace Rep2 – P4 93 6.2.3 Enlace Rep2 – P7 94 6.2.4 Enlace Rep2 – P8 96 6.2.5 Enlace Rep2 – P9 97 6.2.6 Enlace Rep2 – P10 98 6.2.7 Enlace Rep2 – P11 100 6.2.8 Enlace Rep2 – P12 101 6.2.9 Enlace Rep2 – P13 102 6.2.10 Enlace Rep2 – P14 103 6.2.11 Enlace Rep2 – P15 105 6.2.12 Enlace Rep2 – P16 106 6.2.13 Enlace Rep2 – P17 107 6.2.14 Enlace Rep2 – P18 109 6.2.15 Enlace Rep2 – P19 110 6.2.16 Enlace Rep2 – P20 111 6.2.17 Enlace Rep2 – P21 113 6.2.18 Enlace Rep2 – P22 114

7 Presupuesto 117

8 Referencias 119

Índice de tablas

Tabla 1 - Situación actual 4

Tabla 2 - Puntos a suprimir de la red 9

Tabla 3 - Localización puntos 10

Tabla 4 - Puntos críticos a comunicar 11

Tabla 5 - Puntos de la nueva red 13

Tabla 6 - Puntos pertenecientes a la red 16

Tabla 7 - Equipamiento microondas licenciado 19

Tabla 8 - Enlace wimax en banda libre Rep1 20

Tabla 9 - Equipamiento red de acceso wimax en banda libre 22

Tabla 10 - Equipamiento red secundaria 24

Tabla 11 - Resumen red de comunicaciones completa 29

Tabla 12 - Parámetros de entrada del modelo ITM[11] 35

Tabla 13 - Características de antena microondas en banda privada de 30 cm de diámetro 43

Tabla 14 - Características de antena microondas en banda privada de 120 cm de diámetro 44

Tabla 15 - Características de antena parabólica wimax en banda libre de 60cm de diámetro 48

Tabla 16 - Características de antena de sector wimax en banda libre de 90º 49

Tabla 17 - Mediciones de equipos microondas 51

Tabla 18 - Mediciones de equipos UHF 52

Tabla 19 - Mediciones de equipos 52

Tabla 20 - Mediciones de antenas 52

Tabla 21 - Mediciones de torres 56

Tabla 22 - Mediciones de mástiles 56

Tabla 23 – Datos involucrados enlace CC1 – REP1 61

Tabla 24 - Datos involucrados enlace REP1 – REP2 63

Tabla 25 - Datos involucrados enlace REP1 – P4 67

Tabla 26 - Datos involucrados enlace P4 – P7 69


Tabla 28 - Datos involucrados enlace REP2 - P13 74




Tabla 32 - Datos involucrados enlace UHF CC1 – REP1 84

Tabla 33 - Datos involucrados enlace UHF REP1 – P1 86


XVII




Tabla 38 - Datos involucrados enlace UHF CC1 – REP2 93


















Tabla 56 - Presupuesto 118

Índice de figuras

Figura 1 – Red UHF existente 5

Figura 2 – Red de cable multihilo existente con muy poca información 6

Figura 3 – Red microondas existente 7

Figura 4 - Mapa geográfico 10

Figura 5 – Red principal propuesta 17

Figura 6 - Enlaces red troncal de la red principal 20

Figura 7 - Enlaces wimax en banda libre Rep1 21

Figura 8 – Enlaces wimax en banda libre Rep2 22

Figura 9 – Red secundaria propuesta 25

Figura 10 - Enlaces UHF rama Rep1 27

Figura 11 - Enlaces UHF rama Rep2 27

Figura 12 – Esquema conexionado Rep1 29

Figura 13 - Esquema conexionado Rep2 30

Figura 14 - Esquema conexionado P4 31

Figura 15 - Esquema conexionado resto de puntos críticos 32

Figura 16 - Esquema conexionado puntos no críticos 32

Figura 17 - Esquema conexionado CC1 33

Figura 18 - Enlaces red de comunicaciones completa 33

Figura 19 - Atenuación de referencia frente a la distancia[12] 36

Figura 20 - Hoja del fabricante 37

Figura 21 - Propiedades del mapa 38

Figura 22 - Coordenadas de las unidades 39

Figura 23 - Mapa topográfico de una red 39

Figura 24 - Configuración de los sistemas en la red 40

Figura 25 – Figura de mérito 18 GHz [14] 42

Figura 26 – Figura de mérito 400 MHz [14] 42

Figura 27 - Detalle torre arriostable II 54

Figura 28 - Detalle cimentación torre arriostable I 54

Figura 29 - Detalle cimentación torre arriostable II 55

Figura 30 - Torre autosoportada 56

Figura 31 - Puntos de la red troncal 57

Figura 32 - Viabilidad de los enlaces microondas en banda licenciada – parámetros para el estudio 58

Figura 33 - Enlace CC1 - REP1 59

Figura 34 - Vista 3D enlace CC1- REP1 59

XIX

Figura 35 - Visión desde CC1 59

Figura 36 - Visión desde REP1 60

Figura 37 – Perfil enlace CC1 - REP1 60

Figura 38 - Enlace REP1 - REP2 61

Figura 39 - Vista 3D enlace REP1 – REP2 62



Figura 42 – Perfil enlace REP1 – REP2 62

Figura 43 - Viabilidad de los enlaces Wimax en banda libre – parámetros para el estudio 64

Figura 44 - Puntos de la red de acceso A 65

Figura 45 - Enlace REP1 - P4 65

Figura 46 - Vista 3D enlace REP1 - P4 65


Figura 48 - Visión desde P4 66

Figura 49 – Perfil enlace REP1 - P4 66

Figura 50 - Enlace P4 – P7 67

Figura 51 - Vista 3D enlace P4 - P7 67



Figura 54 – Perfil enlace P4 – P7 68

Figura 55 - Puntos de la red de acceso B 69

Figura 56 - enlace REP2 - P11 70




Figura 60 Perfil enlace REP2 - P11 71


Figura 64 Vista 3D enlace REP2 - P13 72

Figura 61 Obstáculo REP2 - P11.1 72

Figura 62 - Obstáculo REP2 - P11.2 72

Figura 65- Visión desde REP2 73


Figura 67 - Perfil enlace REP2 - P13 73










Figura 77- Prefil enlace REP2 - P17 76






Figura 83 – Puntos red UHF Rep1 81

Figura 84 - Puntos red UHF Rep2 82

Figura 85 - Viabilidad de los enlaces UHF – parámetros para el estudio 82


Figura 87 - Enlace UHF CC1-REP1 83

Figura 88 - Perfil enlace UHF CC1 - REP1 84

Figura 89 - Enlace UHF REP1 - P1 85

Figura 90 - Perfil enlace UHF REP1 - P1 85










Figura 100 – Enlace UHF CC1 - REP2 92

Figura 101 - Perfil enlace UHF CC1 - REP2 92













XXI





Figura 118 – Enlace UHF REP2 - P14 103




Figura 122- Enlace UHF REP2 - P16 106














1 INTRODUCCIÓN El presente proyecto consiste en la modernización del sistema de comunicaciones existente de un canal de distribución de aguas. Dicho canal tiene unas necesidades de comunicación altas, ya que su correcto funcionamiento depende de ello.

Actualmente, dentro de un canal de aguas existen multitud de puntos de control en los cuales se realizan, o bien mediciones/comprobaciones, mediante sensores de distinto tipo o bien actuaciones, mediante unos elementos llamados actuadores. Es importante aclarar que este tipo de actuaciones dentro de un canal de aguas se denomina “telecontrol” ya que se realiza a distancia. Los principales puntos característicos de un canal son los siguientes:

• Sifón: “El nombre de sifón se daba a los dispositivos que permitían al agua de un canal o acueducto, pasar por debajo de un camino o por una vaguada para retomar su nivel al otro lado y continuar su curso”. [1]

• Desarenador: “Es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen, al canal de aducción, a la central hidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando serios problemas.”[2]

• Balsa: “Obra hidráulica consistente en una estructura artificial destinada al almacenamiento de agua situada fuera del cauce y delimitada, total o parcialmente, por un dique de retención.” [3]

• Almenara: Son compuertas que se utilizan para desviar el cauce del canal hacia el riego de los campos.

Las tecnologías de comunicaciones existentes en la actualidad, permiten disponer de un mayor ancho de banda que hace relativamente pocos años; es por ello que es normal aprovechar para incluir otro tipo de servicios de gran utilidad, aparte del propio telecontrol del canal.

En el canal de aguas del que versa el presente proyecto, actualmente se dispone de una infraestructura de comunicaciones heterogénea (cable, UHF, Microondas), cuyo funcionamiento no es el esperado. Existen problemas en todos los tipos de comunicaciones existentes, que imposibilitan su correcto funcionamiento. Es por ello que el cliente desea actualizar y modernizar, en la medida de lo posible, dicha infraestructura para dotarla de mayor robustez, disponibilidad, fidelidad y ancho de banda.

1

Introducción 2

2 SITUACIÓN ACTUAL Antes de realizar la descripción de la situación actual de la red de comunicaciones, se quiere hacer hincapié en que el cliente proporciona muy pocos datos de ésta. Por ello, se ha decidido asumir que los elementos de los que no se disponen datos suficientes, se suponen en mal estado y será necesaria su completa remodelación y/o sustitución. Tras esta breve aclaración, se procede a detallar la situación actual del sistema de comunicaciones proporcionado por el cliente.

Actualmente se encuentra habilitada una red de comunicaciones en dicho canal de aguas. Dicha red está compuesta de tres tipos de comunicaciones:

• Radio UHF

• Cable

• Microondas

Debido al estado que presenta la red, con múltiples fallos de servicio, ya sea por deterioro del cable que transmite la señal o bien por falta de cobertura UHF en algunos puntos, en este proyecto se contempla la inclusión de todos los puntos de control dentro de una nueva red de comunicación (microondas o radio UHF) sin tener en cuenta los equipos existentes; no ocurre lo mismo con las torres de comunicaciones.

Los puntos de control que existen en el canal de aguas, junto con su modo de comunicación actualmente instalado, estén o no estén operativos, son los siguientes:

Nº Nombre Radio UHF Cable Microondas Torre

P1 Estación de Bombeo

P3 Cámara Corrales X

P4 Desarenador X X X 15 metros

P5 Balsa regulación

P6 Balsa y Toma Subzona Este, Sectores 6-7

X

P7 Almenara nº5 X X 15 metros

P8 Balsa y Toma Subzona Este, Sector 5 X X 15 metros

P9 Sifón nº9 X

P10 Sifón nº8 X


P12 Sifón nº5


P14 Sifón nº3 X

3

Situación actual 4

P15 Almenara nº2 X 15 metros

P16 Sifón nº2 X


P18 Sifón nº1 X X

P19 Presa, Válvula de salida X X 15 metros

P20 Toma de Sur-Andévalo en embalse

P21 Almenara B X

P22 Almenara A X

CC1 Depósito reguladores

CC1 Centro de control X X 30 metros

REP2 Punto Repetidor 2 X

P23 Toma a balsa 1 X

P24 Toma a balsa 2 X

P25 Oficinas ciudad X

Tabla 1 - Situación actual

Se entiende que los puntos que disponen tanto de comunicación cable como UHF, disponen de los dos sistemas de comunicaciones para tener la información de manera redundante.

La topología actual de la red es la siguiente:

• Comunicación UHF y vía cable:

o El concentrador de todos los datos procedentes de las radios remotas UHF existentes se encuentra en el centro de control. En cambio, los procedentes del cable de comunicaciones se encuentra en P4. Todas las comunicaciones UHF se recogen apoyándose en el punto repetidor (REP2).

Figura 1 – Red UHF existente

5

Situación actual 6

Figura 2 – Red de cable multihilo existente con muy poca información

• Comunicación microondas:

o Toda esta información recopilada en el centro de control es reflejada a las oficinas centrales en la ciudad a través del punto P4, por medio de una red microondas en la banda libre de 2.4 GHz con protocolo TCP/IP ethernet. Dado que no existe línea de vista directa entre los dos puntos, se utilizan las instalaciones existentes en P4 como punto de repetición de la señal microondas. Del mismo modo, toda la información recopilada en P4 se transmite al CC1 y a las oficinas por medio de dicha red microondas.

Figura 3 – Red microondas existente

Las comunicaciones UHF existentes en la regulación del canal son gestionados por un autómata programable que actúa como frontal de comunicaciones. Este equipo está conectado al PC SCADA del centro de control.

Tras esta breve explicación de las instalaciones existentes actualmente en el presente escenario, queda latente que este proyecto de modernización consiste en una renovación completa de las redes de comunicaciones, tanto UHF como microondas actuales.

7

Situación actual 8

3 OBJETIVO EN DETALLE En el apartado actual del documento se describe el sistema de comunicaciones propuesto para la automatización y control del canal de distribución de aguas, que permitirá enlazar los puntos de control distribuidos a lo largo del canal con el centro de control.

Es importante aclarar que el cliente no quiere incluir todos los puntos existentes en la actualidad en la nueva red de comunicaciones; por tanto, los siguientes puntos se suprimirán del sistema:

Punto Nombre P23 Toma a balsa 1 P24 Toma a balsa 2 P25 Oficinas ciudad

Tabla 2 - Puntos a suprimir de la red

3.1 Características del sistema de comunicaciones

Se pretende la renovación completa de las redes de comunicaciones existentes en la actualidad por un sistema completamente IP en los puntos críticos, basado en una arquitectura de red de banda ancha capaz de soportar multitud de servicios.

La solución propuesta combina tecnologías tradicionales de enlaces digitales en banda de microondas privadas con otras muy novedosas en banda libre de microondas, que permiten extender una red ethernet IP a puntos remotos muy distantes y distribuidos en una geografía irregular, manteniendo un ancho de banda con capacidad de reserva para posibles crecimientos en la red.

Con ello se obtiene un diseño flexible, fácilmente escalable y robusto, que además se anticipa a la necesidad de transportar multitud de servicios sobre una misma red IP de gran capacidad con sólo conectar un equipo al interfaz ethernet del switch de estación correspondiente (telefonía IP, CCTV, etc).

Se creará una red UHF aprovechando algunos de los puntos existentes de la actual red UHF. De esta forma se dispondrá de una red principal con comunicaciones IP de alta capacidad para los puntos críticos y una red secundaria como respaldo en caso de caída de la principal de los puntos críticos y para la comunicación del resto de puntos en UHF, con capacidad únicamente para transmisión de datos de telecontrol.

La red de comunicaciones estará basada en un centro de control, que se encargará de captar la información proveniente de los 22 puntos de control (estaciones remotas a partir de ahora) situados a lo largo del canal. Para poder llevar a cabo dicha tarea, el centro de control se apoya en dos repetidores situados en localizaciones estratégicas, desde las cuales disponemos de mayores facilidades para realizar los enlaces. Para asegurar la mayor disponibilidad posible del sistema, se ha contemplado la instalación de un sistema de alimentación auxiliar en el centro de control, que en caso de emergencia asumirá el suministro de energía.

Cada estación remota dispondrá de una unidad suscriptora de alta ganancia y/o una unidad suscriptora UHF que le permita acceder a la red de comunicaciones inalámbrica.

En algunas de las estaciones suscriptoras se aprovecharán las torres instaladas previamente. En cambio, debido a la antigüedad de los equipos radio actualmente instalados, se suministrarán e instalarán nuevos equipos radio UHF para todas y cada una de las remotas de comunicaciones que existen en el canal, con objeto de conformar la nueva red de comunicaciones UHF.

Los puntos a comunicar a lo largo del canal y sus respectivas localizaciones son los siguientes:

9

Objetivo en detalle 10

COORDENADAS GEOGRÁFICAS

Punto Nombre N W CC1 Centro de Control Depósitos Reguladores 37º 16' 18.43" 6º 55' 55.41" REP1 Punto repetidor 1 37º 16' 28.80" 6º 56' 35.14" REP2 Punto repetidor 2 37°18'28.56" 7°12'39.10 P1 Estación Bombeo 37°14'36.70" 6°53'7.84" P2 Puente Sifón 37º16'01,52" 6º57'42,58" P3 Cámara Corrales 37°16'6.10" 6°58'46.78" P4 Desarenador 37°16'11.64" 7° 2'11.97" P5 Balsa Regulación 37°16'7.04" 7° 2'30.77" P6 Balsa 6-7 37°16'4.44" 7° 2'46.35" P7 Almenara 5 37°16'59.61" 7° 4'15.42" P8 Balsa 5 37°17'45.02" 7° 5'24.60" P9 Sifón 9 37°17'53.49" 7° 6'3.63" P10 Sifón 8 37°18'0.45" 7° 6'36.67" P11 Almenara 4 y Sifón 6 37°17'58.84" 7° 7'17.35" P12 Sifón 5 37°19'11.00" 7° 8'16.84" P13 Almenara 3 y Sifón 4 37°19'30.13" 7° 8'41.42" P14 Sifón 3 37°19'27.96" 7°10'34.00" P15 Almenara 2 37°19'23.92" 7°11'32.64" P16 Sifón 2 37°19'35.85" 7°12'19.84" P17 Almenara 1 37°20'39.62" 7°13'57.34" P18 Sifón 1 37°21'42.86" 7°15'34.04" P19 Válvula salida Presa 37°21'56.38" 7°15'42.41" P20 Toma Sur-Andévalo en Embalse 37°23'13.06" 7°15'34.19" P21 Almenara B 37°21'52.38" 7°16'45.68" P22 Almenara A 37°24'1.08 7°19'50.44"

Tabla 3 - Localización puntos

Figura 4 - Mapa geográfico

3.2 Puntos críticos

A lo largo de todo el canal de aguas se pueden distinguir distintos puntos con mayor criticidad. Los motivos de la existencia de dichos puntos críticos en una red de comunicaciones pueden ser muy diversos: seguridad, control mínimo, etc. En definitiva, son todos los puntos que, por un motivo u otro, requieren de una mayor criticidad, en términos de comunicaciones.

En este proyecto existen 7 puntos críticos que requerirán de especial atención a la hora del diseño de la infraestructura de telecomunicaciones.

A continuación, se muestran los 7 puntos críticos:

Punto Nombre P4 Desarenador P7 Almenara 5 P11 Almenara 4 y Sifón 6 P13 Almenara 3 y Sifón 4 P15 Almenara 2 P17 Almenara 1 P19 Válvula salida Presa

Tabla 4 - Puntos críticos a comunicar

3.3 Anchos de banda requeridos

El objetivo principal del sistema de comunicaciones a diseñar versa sobre el telecontrol y la automatización del canal de distribución de aguas, que se realiza por medio de controladores lógicos programables (PLC), los cuales requieren un ancho de banda muy bajo.

Es lógico pensar que sería más que suficiente diseñar el sistema de comunicaciones completo para cumplir con dicha tasa de envío, pero esto no es así, debido al tiempo de refresco de las señales necesario en el sistema completo y a la incapacidad de aumentar el sistema de forma fácil.

Es importante puntualizar que, en los puntos críticos, se require un mayor ancho de banda, para poder implementar en un futuro algún tipo de servicio de banda ancha en el caso de que se requiera:

• Sistemas de CCTV IP para videovigilancia de los puntos de control y supervisión de los diferentes procesos.

• Telefonía IP, permitiendo la comunicación entre los distintos puntos de la red sin coste de llamadas.

• Videoconferencia.

• Megafonía.

En definitiva, se van a indicar los anchos de banda requeridos para los distintos puntos y en su tipo de configuración:

• Puntos críticos con servicio de ancho de banda 2 Mbps.

• Todos los puntos de control sin servicios de ancho de banda 5 kbps.

Durante la realización del proyecto se intentará maximizar el ancho de banda para, en un futuro, poder disponer de mayor margen de maniobra si fuese necesario.

Posteriormente, en el apartado de cálculos, se realizarán los correspondientes al estudio de los distintos anchos de banda requeridos en cada uno de los vanos de comunicaciones, según el diseño de red elegido.

11

Objetivo en detalle 12

3.4 Indisponibilidad y fidelidad

Como ya se ha indicado anteriormente, se requiere un sistema de comunicaciones cuya disponibilidad en los puntos críticos sea más alta que en el resto de puntos. Es por ello, que es conveniente la instalación de un sistema de comunicaciones de respaldo para dichos puntos, además del principal. Con esto se asegurará la disponibilidad requerida por el cliente.

Por otro lado, es necesario asegurar que los agentes externos no afecten de forma negativa a los enlaces de comunicaciones que se instalarán. Por ello, la infraestructura de comunicaciones que se instalará deberá tener un alto margen de seguridad, con el fin de asegurar dicha fidelidad.

El objetivo del proyecto es trazar una red de comunicaciones inalámbrica mediante enlaces de distinto tipo. La red se implantará siguiendo las especificaciones requeridas por el cliente, comunicando el total de los 23 puntos a lo largo del canal de aguas.

Se constituirá la red inalámbrica como el medio principal de comunicación del sistema de automatización y control.

4 DESCRIPCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DE LA SOLUCIÓN ADOPTADA

A continuación se detalla la solución propuesta. En ella, como bien se especificó anteriormente, no se encuentran todos los puntos que existían inicialmente en dicho canal de aguas. El cliente únicamente quiere comunicar los siguientes 22 puntos con el centro de control:

Punto Nombre CC1 Centro de Control Depósitos Reguladores REP1 Punto repetidor 1 REP2 Punto repetidor 2 P1 Estación Bombeo P2 Puente Sifón P3 Cámara Corrales P4 Desarenador P5 Balsa Regulación P6 Balsa 6-7 P7 Almenara 5 P8 Balsa 5 P9 Sifón 9 P10 Sifón 8 P11 Almenara 4 y Sifón 6 P12 Sifón 5 P13 Almenara 3 y Sifón 4 P14 Sifón 3 P15 Almenara 2 P16 Sifón 2 P17 Almenara 1 P18 Sifón 1 P19 Válvula salida Presa P20 Toma Sur-Andévalo en Embalse P21 Almenara B P22 Almenara A

Tabla 5 - Puntos de la nueva red

La red de comunicaciones por la que será transmitida la información de las tomas hacia el centro de control, estará compuesta por sus propias estaciones remotas y por dos repetidores de vital importancia dentro del sistema de comunicaciones.

• Las estaciones remotas conectarán con su respectivo repetidor (estación base) mediante equipos punto-punto.

• Los repetidores (estación base) conectarán debidamente con sus estaciones suscriptoras (remotas) por medio de equipos punto-multipunto.

En cuanto a la red de comunicaciones a través de cable que existe en la actualidad a lo largo del canal, se tiene previsto dejarla inoperativa, debido a la multitud de fallos de comunicación que presenta dicho servicio.

Estos fallos se presentan principalmente en los tramos urbanos por donde discurre el cable, debido a las frecuentes obras de canalización que se desarrollan en la zona urbana y que interrumpe el correcto

13

Descripción y justificación de la solución adoptada 14

funcionamiento de la comunicación vía cable.

Se planteó la utilización de dicho servicio como camino alternativo para comunicación redundante pero, debido a frecuentes cortes de comunicación por los diversos problemas asociados a su tendido, se optó por descartar cualquier tipo de mantenimiento y/o modernización de dicho sistema de comunicaciones.

Posteriormente, se planteó una solución donde únicamente existía comunicación UHF. Tras diversos análisis se ha llegado a la conclusión de que una solución mixta (UHF y Microondas) en los puntos críticos dota al sistema de mayor eficiencia y permite cumplir todos los requerimientos mínimos. A continuación se explicarán algunas de las ventajas de dicha implementación:

• CAPACIDAD[4]

La red de comunicaciones propuesta permite alcanzar velocidades de transmisión elevadas en los puntos críticos, que permiten soportar servicios de banda ancha.

Las comunicaciones UHF, en cambio, ofrecen una capacidad limitada (en torno a 9,6 kbps). Es por esto que con esta tecnología únicamente es posible transportar información de telecontrol. Al tener un ancho de banda tan reducido, hace que el tiempo de refresco de la información de control recogida en el centro de control sea mayor que con la tecnología de comunicaciones microondas. Otra desventaja del limitado ancho de banda de la tecnología UHF es la imposibilidad de acceder desde el centro de control a los distintos puntos de control de forma simultánea, motivo por el cual dicho acceso se realiza consecutivamente a cada uno de los puntos, en un proceso denominado “polling”. En el acceso a cada punto se iniciará la comunicación levantando la portadora, para que solo la remota de comunicaciones con la que se quiere comunicar responda a la llamada. Igualmente, para finalizar el acceso a cada punto, es necesario bajar la portadora para indicar que se ha finalizado la comunicación con dicho punto y poder pasar a acceder al siguiente punto.

Considerando que se accediera consecutivamente a todas las remotas de comunicaciones mediante comunicaciones UHF, con un ciclo de tiempo de 1 seg. en levantar la portadora para iniciar la comunicación, 4 seg. de transferencia de información (~9kb a una velocidad de unos 2.4 kbps) y 1 seg. en bajar la portadora para finalizar la comunicación con el punto, cada ronda se completaría con un tiempo mínimo de (6*22 = 132 seg.)

Para la solución propuesta se ha optado por dividir la red secundaria en dos ramas y así disminuir dicho tiempo. La división se ha realizado asociando las remotas a un repetidor o a otro. Dicha asociación se ha realizado según varias valoraciones:

o La actual asociación de puntos en la red UHF.

o La posición geográfica de cada punto.

Con esta división, mediante la red secundaria, conseguimos un tiempo de refresco de 102 seg. (REP2) y 25 seg. (REP1), el cual asumimos en nuestro diseño.

Con la red de comunicaciones IP propuesta, se podrá acceder desde el centro de control a cada uno de los puntos críticos casi a tiempo real. La comunicación se realizará mediante un polling, siguiendo un patrón configurado en el PLC. Esto se traduce en la posibilidad de disponer de la información de control de dichos puntos en un muy corto periodo de tiempo. Esto se consigue gracias al elevado ancho de banda que ofrece la tecnología microondas

• FACILIDAD DE GESTIÓN Y EXPLOTACIÓN

Debido a que los puntos críticos estarán incluidos en la red de comunicaciones IP, la gestión de esta red se puede realizar de forma completamente remota, por medio de los protocopos TCP/IP. En definitiva, la red se comporta de forma similar a una red LAN, en la cual cada equipo dispone de una dirección IP. En este

tipo de red, la conexión de los equipos con los diferentes servicios se realiza a nivel de switch.

• FLEXIBILIDAD Y ESCALABILIDAD

Existe una ventaja significativa de la red IP con respecto a la UHF. Se trata de la flexibilidad y escalabilidad. En el caso de UHF, si se quiere modificar o ampliar la red de comunicaciones, sería imprescindible la sustitución de equipos o el aumento drástico del número de estos. Esto es necesario debido a que, inicialmente el sistema se ha configurado asumiendo unos tiempos de refresco; si se aumentan los puntos a comunicar, el tiempo de refresco aumentará, repercutiendo en todos los demás puntos que conforman la red de comunicaciones. Para no aumentar el tiempo de refresco, sería necesario pues, la instalación de un nuevo camino desde dicho punto hasta el centro de control. Si se quisiese disminuir el tiempo de refresco, nos encontraríamos con la misma situación.

En el caso de la red IP, es flexible y fácilmente escalable. La capacidad del enlace se puede repartir entre los distintos puntos según las necesidades de cada uno. Al contrario de como se especificó anteriormente con UHF, en el caso de que se quiera ampliar la red, únicamente sería necesario añadir un equipo terminal en el punto deseado. También puede aumentarse considerablemente la capacidad de la red añadiendo un número reducido de equipos.

• PRIORIZACIÓN

La red IP propuesta permitirá reservar un ancho de banda determinado para cada vano, permitiendo garantizar unos tiempos de transmisión frente a otros en los equipos punto-multipunto.

Los equipos incorporarán protocolos que permitan priorización de tráfico, pudiendo darle prioridad en la transmisión a un servicio por encima de otro en un enlace.

• DISPONIBILIDAD

Con el fin de perseguir una alta disponibilidad del sistema en los puntos críticos, se opta por instalar una solución de respaldo a los mismos. La red de respaldo consiste en disponer de una red secundaria en los puntos críticos en caso de caída de la principal. De este modo, se dispone de comunicación IP en el uso normal y de comunicación UHF en caso de que existiese algún tipo de problema. La gestión de dicho cambio entre una red de comunicaciones y otra se realiza a nivel de PLC. Este elemento es el encargado de realizar las peticiones de comunicaciones y a su vez es el encargado de saber que la información no está disponible por medio de la red principal y que es necesario realizar la comunicación mediante la red de respaldo. Cabe destacar que en el tiempo que el sistema esté funcionando por medio de la red UHF se procederá a la reparación o sustitución del equipo averiado de la red IP.

4.1 Arquitectura de la red de telecomunicaciones

Los puntos que la componen son los siguientes:

COORDENADAS GEOGRÁFICAS

Punto Nombre N W CC1 Centro de Control Depósitos Reguladores 37º 16' 18.43" 6º 55' 55.41" REP1 Punto repetidor 1 37º 16' 28.80" 6º 56' 35.14" REP2 Punto repetidor 2 37°18'28.56" 7°12'39.10 P1 Estación Bombeo 37°14'36.70" 6°53'7.84" P2 Puente Sifón 37º16'01,52" 6º57'42,58" P3 Cámara Corrales 37°16'6.10" 6°58'46.78" P4 Desarenador 37°16'11.64" 7° 2'11.97"

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P5 Balsa Regulación 37°16'7.04" 7° 2'30.77" P6 Balsa 6-7 37°16'4.44" 7° 2'46.35" P7 Almenara 5 37°16'59.61" 7° 4'15.42" P8 Balsa 5 37°17'45.02" 7° 5'24.60" P9 Sifón 9 37°17'53.49" 7° 6'3.63" P10 Sifón 8 37°18'0.45" 7° 6'36.67" P11 Almenara 4 y Sifón 6 37°17'58.84" 7° 7'17.35" P12 Sifón 5 37°19'11.00" 7° 8'16.84" P13 Almenara 3 y Sifón 4 37°19'30.13" 7° 8'41.42" P14 Sifón 3 37°19'27.96" 7°10'34.00" P15 Almenara 2 37°19'23.92" 7°11'32.64" P16 Sifón 2 37°19'35.85" 7°12'19.84" P17 Almenara 1 37°20'39.62" 7°13'57.34" P18 Sifón 1 37°21'42.86" 7°15'34.04" P19 Válvula salida Presa 37°21'56.38" 7°15'42.41" P20 Toma Sur-Andévalo en Embalse 37°23'13.06" 7°15'34.19" P21 Almenara B 37°21'52.38" 7°16'45.68" P22 Almenara A 37°24'1.08 7°19'50.44"

Tabla 6 - Puntos pertenecientes a la red

Su arquitectura será la siguiente:

• Red principal: Red de comunicaciones IP de alta capacidad, basada en una solución mixta de microondas en banda licenciada (18 GHz) denominada red troncal y microondas en banda libre (5 GHz) denominada red de acceso, para los puntos críticos del canal.

• Red secundaria: Red de comunicaciones UHF con capacidad únicamente para transmisión de datos de telecontrol para todos los puntos de la red.

Cabe destacar que la red secundaria funciona como red de respaldo para los puntos críticos en caso de fallo de la principal.

4.1.1 Red principal

Se ha diseñado una solución en la banda de microondas que combina enlaces punto a punto de mediana capacidad en frecuencia privada, punto a multipunto en tecnología “wimax” en banda libre, y punto a punto en la misma tecnología “wimax” en banda libre, distinguiéndose entre una red troncal (microondas licenciado) y una red de acceso (wimax banda libre).

Figura 5 – Red principal propuesta

17


4.1.1.1 Red troncal

La red troncal será la encargada del transporte de la mayor cantidad de información de todo el canal de aguas, encaminando y concentrando el tráfico de cada uno de los puntos a comunicar. Esto se lleva a cabo apoyándose en los puntos intermedios, denominados REP1 y REP2 respectivamente, con el fin de hacer llegar toda la información al centro de control CC1.

Dicho troncal de comunicaciones se compondrá de dos vanos microondas en banda privada de 18 GHz, proporcionando cada uno de ellos una velocidad de transmisión de hasta 40 mbps, muy superior a los requerimientos iniciales de capacidad previstos, permitiendo por tanto una futura ampliación de los servicios ofrecidos por la red principal de comunicaciones.

Para los enlaces punto a punto en banda privada será necesaria la presentación y tramitación del preceptivo proyecto para la obtención de licencia de la DGTel, que no se ha introducido en el presente proyecto, ya que no se ha creido conveniente que formara parte de él.

Se ha optado por utilizar comunicaciones en banda privada en lugar de en banda libre en esta red troncal por dos motivos principales:

• Es la parte troncal de la red, de la cual depende el resto de la misma. Al ser enlaces críticos, reservando los canales de frecuencia necesarios se protege a los enlaces de posibles intromisiones en dichos canales de frecuencia, dotando de una mayor robustez al sistema.

• Los puntos CC1 y REP1 se encuentran ubicados en un entorno urbano, por lo que están más expuestos a posibles interferencias con otras comunicaciones.

Los enlaces de la troncal de microondas licenciados proyectados son los siguientes:

• Vano microondas licenciado entre el centro de control y repetidor 1.

• Vano microondas licenciado entre repetidor 1 y repetidor 2.

Por cada vano se instalarán dos terminales radio, uno en cada extremo. En cada punto, los terminales se conectarán a un switch que se instalará en cada uno de los puntos.

Los terminales radio constarán de una unidad interior (IDU) equipada con puertos ethernet, una unidad exterior (ODU) y una antena del tipo parábola radomizada. La unidad interior y la unidad exterior se interconectarán a través de un solo cable coaxial.

La unidad exterior será un módulo compacto de reducidas dimensiones, que incorporará todos los módulos de radiofrecuencia (módulo de frecuencia intermedia, módulo de microondas y filtro duplexor) así como el modulador/demodulador. Dicha unidad exterior se instalará, junto con la antena a la que va conectada, en la torre correspondiente en cada caso.

A continuación se presenta un resumen del equipamiento a instalar en cada punto correspondiente a la Red Principal:

Punto Nombre Equipamiento a instalar Punto Destino Montaje

CC1 Centro de Control Terminal 18 GHz con antena parabólica diámetro 0,3 m REP1 En mástil 6 m a

Edificio

REP1 Repetidor 1 Terminal 18 GHz con antena parabólica diámetro 0,3 m CC1 En torre de 20 m

existente Terminal 18 GHz con antena parabólica diámetro 1,2 m REP2

REP2 Repetidor 2 Terminal 18 GHz con antena parabólica diámetro 1,2 m REP1 En torre

autosoportada de 30 m a instalar

Tabla 7 - Equipamiento microondas licenciado

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Figura 6 - Enlaces red troncal de la red principal

4.1.1.2 Red de acceso

La red de acceso permitirá comunicar cada uno de los puntos críticos a controlar con alguna de las dos estaciones intermedias (REP1 y REP2), que se encargarán de concentrar el tráfico de los puntos de control que tengan asociados.

Esta red de acceso se dividirá en dos ramas principales, dependiendo de a qué punto intermedio esté conectado para acceder a la red troncal:

• Repetidor 1

A este repetidor se conecta únicamente el punto P4, la conexión con esta estación intermedia se llevará a cabo mediante un enlace punto a punto con tecnología “wimax” en banda libre de los 5.4 GHz de hasta 14 Mbps, formado por una estación base en uno de los puntos y una unidad suscriptora de usuario en el otro punto. Wimax, en principio, no requiere de visibilidad directa, pero en el presente proyecto se ha establecido la necesidad de ello, para asegurar una correcta comunicación en todos los casos.

Debido a la orografía del terreno, no es posible enlazar directamente el punto P7 con ninguna de las estaciones intermedias. En este caso, se hace necesario el encaminamiento de la comunicación entre dicho punto y la estación intermedia correspondiente mediante otro punto de control, desde el cual sí existe visibilidad directa con la estación intermedia. Para solucionar este problema, se ha decidido instalar un enlace punto a punto con tecnología “wimax” en banda libre de los 5.4 GHz para cubrir en enlace punto P7-REP1, a través de P4.

Ahora se entiende el motivo por el cual el enlace P4-REP1 se ha diseñado con un ancho de banda de al menos 14 mbps.

De esta forma, los enlaces punto a punto “wimax” en banda libre a instalar son los siguientes:

Punto Nombre Enlace

P4 Desarenador Enlace Pto-Pto Wimax en banda libre con REP1

P7 Almenara 5 Enlace Pto-Pto Wimax en banda libre con P4

Tabla 8 - Enlace wimax en banda libre Rep1

Figura 7 - Enlaces wimax en banda libre Rep1

Como se ha comentado anteriormente, se requiere visibilidad directa entre los puntos a comunicar. En determinados casos, esto hace necesario la instalación de torres de comunicaciones, si fuese necesario, en los puntos donde no existan en la actualidad, con el fin de salvar los obstáculos que presente el terreno.

Como resultado del estudio teórico realizado con la ayuda de una herramienta software de planificación radio, se ha estimado la necesidad de instalar una torre de comunicaciones en el punto P7 -Almenara 5. La torre que se instalará será autosoportada, con cimentación, escalera interior, plataformas de descanso, pararrayos y balizamiento.

Será necesario un replanteo en campo para determinar con exactitud los parámetros necesarios para la visibilidad del sistema. Así, la altura exacta de las torres necesarias para el correcto funcionamiento del sistema será susceptible de modificación tras el citado replanteo en campo.

• Repetidor 2

A través de este repetidor comunican el resto de puntos críticos que faltan por conectar. Dicha comunicación con esta estación intermedia se llevará a cabo mediante dos enlaces punto a multipunto con tecnología “wimax” en banda libre de los 5.4 GHz, formado por dos estaciones bases y sus respectivas suscriptoras en cada uno de los puntos suscriptores. Al igual que en el caso anterior, se ha establecido la necesidad de disponer de visibilidad directa para asegurar el radioenlace.

La asignación de unidades suscriptoras de usuario a cada estación base se ha realizado teniendo en cuenta tanto la localización como la asignación de un ancho de banda de al menos 2 mbps para cada punto suscriptor, para la posible implementación futura de servicios de banda ancha. . En base a esto, se ha decidido instalar dos estaciones base “wimax” en banda libre (EB) con antena de sector 90º de 20 dBi de ganancia en la estación intermedia REP2 (denominadas EB1 y EB2). Se contempló la utilización de una única antena de 180º pero no era viable por su baja ganancia.

Cada una de las unidades subscriptoras (US) incluirá una antena directiva integrada de ganancia 21 dBi orientada hacia la estación base asociada. En algunos casos, la gran distancia entre los puntos a comunicar hace necesaria la utilización de una antena externa de parábola de 0.6 m de diámetro con 28.5 dBi de ganancia para mejorar el balance de potencia.

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Figura 8 – Enlaces wimax en banda libre Rep2

En cada uno de los puntos en los que se instale más de un equipo de comunicaciones se instalará un switch para la interconexión de dichos equipos.

A continuación se presenta un resumen del equipamiento a instalar en cada punto correspondiente a la red de acceso:

Punto Nombre Equipamiento a instalar Puntos Destino Montaje

REP1 Repetidor 1 EB Pto-Pto wimax en banda libre con antena parábola diámetro 0,6 m P4 En torre de 20 m

existente

REP2 Repetidor 2

EB wimax en banda libre con antena sector 90º (EB1) P11, P13 En torre

autosoportada de 30 m a instalar EB wimax en banda libre con antena sector 90º

(EB2) P15,

P17, P19

P4 Desarenador

US Pto-Pto wimax en banda libre con antena parábola diámetro 0,6 m REP1 En torre de 15 m

existente EB Pto-Pto wimax en banda libre con antena parábola diámetro 0,6 m P7

P7 Almenara 5 US Pto-Pto wimax en banda libre con antena parábola diámetro 0,6 m P4

En torre autosoportada de 30 m a instalar

P11 Almenara 4 y Sifón 6

US wimax en banda libre con antena parábola diámetro 0,6 m

REP2 (EB1)

En torre de 15 m existente

P13 Almenara 3 y Sifón 4


REP2 (EB1)


P15 Almenara 2 US wimax en banda libre con antena integrada REP2 (EB2)


P17 Almenara 1 US wimax en banda libre con antena parábola diámetro 0,6 m

REP2 (EB2)


P19 Válvula salida Presa


REP2 (EB2)


Tabla 9 - Equipamiento red de acceso wimax en banda libre

4.1.1.3 Interconexión de redes troncal y de acceso

La interconexión de la red troncal y la red de acceso se realizará mediante la conexión de los equipos correspondientes a ambas redes, instalados en REP1 y REP2, al switch que se instalará en cada una de dichas ubicaciones.

La conexión entre los puertos 10/100 BASE TX del switch y el puerto ethernet de los equipos se realizará mediante latiguillo UTP de categoría 5e o superior.

4.1.2 Red secundaria

La red secundaria servirá de respaldo en caso de caída de la red principal en los puntos críticos y para la transmisión de datos de telecontrol del resto de puntos no críticos hacia el centro de control CC1.

Para los enlaces UHF en banda privada será necesaria la presentación y tramitación del preceptivo proyecto para la obtención de licencia de la DGTel, que no se ha introducido en el presente proyecto, ya que no se ha creido conveniente que formara parte de él.

La red se basará en comunicaciones radio UHF en la banda privada de los 400 MHz, que estará compuesta de dos ramas independientes:

• Enlace UHF CC1-REP1

• Enlace UHF CC1-REP2

Cada una de estas ramas estará compuesta por un radio-módem UHF con antena directiva a instalar en CC1 que enlazará a través de la estación repetidora UHF denominada REP2 o REP1 con los puntos de control pertenecientes a cada una de éstas, en los cuales se instalará un radio-módem UHF con antena directiva igual a la del CC1.

A continuación se presenta un cuadro resumen del equipamiento en cada punto correspondiente a la Red Secundaria:

Punto Nombre Equipamiento Puntos Destino Montaje

CC1 Centro de Control Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 30 m

existente

Radio-módem UHF con antena directiva REP1 En torre de 30 m existente

REP1 Repetidor 1 Estación Repetidora UHF con antena omnidireccional P1,P2,P3,P5,P6 En torre de 20 m

existente

REP2 Repetidor 2 Estación Repetidora UHF con antena omnidireccional P4, P7-P22

En torre autosoportada de 30 m a instalar

P1 Estación Bombeo Radio-módem UHF con antena directiva REP1 A Edificio

P2 Puente Sifón Radio-módem UHF con antena directiva REP1 A caseta

P3 Cámara Corrales Radio-módem UHF con antena directiva REP1 A caseta

P4 Desarenador Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 15 m existente

P5 Balsa Reg. Sifón Radio-módem UHF con antena directiva REP1 A edificio

P6 Balsa 6-7 Radio-módem UHF con antena directiva REP1 A edificio

P7 Almenara 5 Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre


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P8 Balsa 5 Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 15 m existente

P9 Sifón 9 Radio-módem UHF con antena directiva REP2 A caseta


P11 Almenara 4 y Sifón 6 Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 15 m

existente


P13 Almenara 3 y Sifón 4 Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 15 m

existente


P15 Almenara 2 Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 15 m existente


P17 Almenara 1 Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 15 m existente


P19 Válvula salida Presa Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre de 15 m

existente

P20 Toma Sur-Andévalo en E. P. Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre arriostrada

de 15 m a instalar

P21 Almenara B Radio-módem UHF con antena directiva REP2 A caseta

P22 Almenara A Radio-módem UHF con antena directiva REP2 En torre


Tabla 10 - Equipamiento red secundaria

Figura 9 – Red secundaria propuesta

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En el caso de los puntos críticos P4, P7, P11, P13, P15, P17 y P19, se utilizará el sistema de comunicaciones UHF mencionado como respaldo del sistema de comunicaciones de la red principal. Mediante la duplicidad de distintos dispositivos de comunicación se asegurará que la información de telecontrol transmitida desde cada uno de estos puntos al centro de control disponga de dos caminos de servicio permanentes, de forma que en el caso de que uno de los mismos no se halle disponible, la explotación del sistema permanecerá operativa por el segundo camino de servicio.

En el caso del resto de puntos de control, al no tratarse de puntos críticos, se utilizará el sistema de comunicaciones UHF mencionado como único sistema de comunicaciones para la transmisión de datos de telecontrol desde dichos puntos al centro de control.

Figura 10 - Enlaces UHF rama Rep1

Figura 11 - Enlaces UHF rama Rep2

La asignación de puntos a los repetidores se ha realizado aprovechando la configuración existente anteiormente. Los puntos que se introducen por primera vez en la red UHF se han asociado al repetidor más cercano y que mejores condiciones ofrecía.

En la siguiente tabla se recoge un resumen del sistema de comunicaciones diseñado en sus dos modos de funcionamiento:

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PUNTO

RED PRINCIPAL RED SECUNDARIA

TRONCAL

ENLACE BANDA PRIVADA A 18 GHz

ACCESO

ENLACE BANDA LIBRE WIMAX 5,4 GHz

ENLACE BANDA PRIVADA UHF

CC1 REP1 REP1, REP2

REP1 CC1, REP2 P4 CC1, P1, P2, P3, P5, P6

REP2 REP1 P11, P13, P15, P17, P19 CC1, P4, P7-P22

P1 REP1

P2 REP1

P3 REP1

P4 REP1, P7 REP2

P5 REP1

P6 REP1

P7 P4 REP2

P8 REP2

P9 REP2

P10 REP2

P11 REP2 REP2

P12 REP2

P13 REP2 REP2

P14 REP2

P15 REP2 REP2

P16 REP2

P17 REP2 REP2

P18 REP2

P19 REP2 REP2

P20 REP2

P21 REP2

P22 REP2

Tabla 11 - Resumen red de comunicaciones completa

4.1.3 Interconexión de red principal y secundaria

En los puntos críticos en los que se dispone de los sistemas de comunicación de la red principal y secundaria, la interconexión de ambas redes se realizará mediante un switch industrial no gestionable de 8 puertos 10/100 BASE TX, al cual se conectarán, por un lado el equipo “wimax” en banda libre instalado en dicho punto, y por otro el PLC a través de la tarjeta ethernet que incorpora, al cual a su vez irá conectado el equipo UHF a través del puerto serie.

En el centro de control, la interconexión de la red principal y secundaria se realizará mediante dos switches (uno de ellos redundante) gestionables a instalar en dicho punto, a los cuales se conectarán tanto el equipo terminal en la banda de microondas en frecuencia privada a instalar en dicho punto, como el PLC al cual a su vez irá conectado el radio-módem UHF a través del puerto serie.

A continuación se mostrarán todos los esquemas de conexionado de los distintos tipos de emplazamientos:

Figura 12 – Esquema conexionado Rep1

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Figura 13 - Esquema conexionado Rep2

Figura 14 - Esquema conexionado P4

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Figura 15 - Esquema conexionado resto de puntos críticos

Figura 16 - Esquema conexionado puntos no críticos

Figura 17 - Esquema conexionado CC1

Figura 18 - Enlaces red de comunicaciones completa

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4.2 Cálculos

La introducción a los cálculos referentes al presente proyecto se ha tomado de un proyecto fin de carrera encontrado en internet [4].

4.2.1 Introducción

Para dimensionar la red de comunicaciones descrita en anteriores apartados, se han realizado una serie de cálculos y estudios de carácter teórico, que ayudan a seleccionar la mejor ubicación de cada uno de los equipos que la componen, así como a fijar los parámetros y especificaciones mínimas de dichos equipos.

Para cada radioenlace, se ha realizado un cálculo de las pérdidas básicas de propagación y el balance de potencias correspondiente, fijando en cada caso los parámetros de los equipos necesarios para asegurar la recepción de un nivel adecuado de la señal.

Dicho cálculo del balance de potencias es el procedimiento normal para estimar rápidamente si un radioenlace será viable o no. No obstante, es necesario tener en cuenta que se está hablando de un cálculo teórico, y que como tal, está sujeto a modificaciones debidas a distintos elementos: reflexiones, interferencias no deseadas, orientación de las antenas, etc. Aun así, dichos valores pueden utilizarse en la primera fase del diseño del radioenlace, pero hay que tener claro que la realización de las comprobaciones, medidas y ajustes durante la fase de instalación serán necesarios para asegurar el buen funcionamiento del sistema.

Para la realización de los cálculos teóricos, se ha utilizado la herramienta software de planificación radio “RadioMobile” [5]. Dicho software dispone de una base de datos de cotas del terreno, en la que se basa para la realización de los cálculos.

Existen en la actualidad diversos software que posibilitan la realización de estos cálculos teóricoss:

• AirLink [6]

• ICS Telecom de ATDI [7]

• EDX Signal Pro [8]

• ACPLink 4.0 [9]

• Radio Mobile [10]

Se ha optado por utilizar el RadioMobile únicamente por el fácil acceso a él y por su gratuidad.

Cuando se selecciona en el RadioMobile un enlace determinado, el software realiza los cálculos de pérdidas y lleva a cabo el balance de potencias, obteniendo la fiabilidad del enlace para distintas probabilidades de error. El programa está basado en el modelo de propagación denominado “Irregular Terrain Model” (ITM), que se basa en el algoritmo de Longley-Rice.

Este modelo de propagación se basa en la teoría del electromagnetismo y en la realización de un análisis estadístico de las características del terreno y de los parámetros del radioenlace, pronosticando la atenuación media que sufrirá una señal de radio que se propaga en un entorno troposférico sobre terreno irregular. Para conseguirlo, calcula la atenuación media en función de la distancia y de la variabilidad de la señal en el espacio y en el tiempo, posibilitando realizar una estimación de las características de recepción de la señal necesarias en un radioenlace sobre terreno irregular. El modelo Longley-Rice fue diseñado para frecuencias de trabajo entre 20 MHz y 20 GHz y para trayectos de entre 1 Km y 2000 Km.

Para el cálculo de la propagación, el modelo Longley- Rice consta de los siguientes parámetros, algunos de ellos comunes a otros modelos de propagación.

Parámetros del sistema - Frecuencia 20 MHz a 20 GHz

- Distancia 1 km a 2000 km

- Altura de antenas 0.5 m a 3000 m

- Polarización horizontal o vertical

Parámetro del entorno - Variable de terreno irregular Δh rugosidad promedio

- Constantes eléctricas del terreno

- Refractividad de la superficie 250 a 400 N-unidades

- Clima 7 tipos

Parámetros de instalación - Criterio de posicionamiento random, careful o very careful

Parámetros estadísticos - Fiabilidad respecto a variabilidad de tiempo, localización y situación 0.1% al 99.9%

Tabla 12 - Parámetros de entrada del modelo ITM[11]

El conjunto de parámetros del sistema queda asociado al conjunto de equipos de radio implicados y resultan independientes de las condiciones ambientales [11].

• Frecuencia: La frecuencia portadora de la señal transmitida. El modelo ITM es poco sensible a la frecuencia, es normal que un valor definido pueda cubrir un amplio ancho de banda.

• Distancia: La distancia circular entre dos terminales.

• Altura de antenas: Se corresponde a la altura del centro de radiación sobre la elevación del terreno. Se define en cada uno de los terminales.

• Polarización: La polarización de las antenas puede ser vertical u horizontal. El modelo asume de forma obligatoria que ambas antenas usan la misma polarización.

Los parámetros del entorno realizan una descripción estadística de las características del lugar donde el sistema operará. Dichos parámetros son independientes del sistema de radio.

• Variable de terreno irregular Δh: Las irregularidades del terreno que se encuentra entre dos terminales se tratan como una función aleatoria de la distancia entre los terminales.

Para caracterizar esta función, el modelo ITM utiliza un único valor de Δh para representar de forma simplificada la altura promedio de las irregularidades en el terreno [11].

• Constantes eléctricas del terreno: La permitividad relativa (constante dieléctrica) y la conductividad de la tierra.

• Refractividad de la superficie Ns: Las constantes atmosféricas, y en particular la refractividad atmosférica, deben ser tratadas como funciones aleatorias de posición y tiempo. En la mayoría de los casos, esta función aleatoria puede ser caracterizada por un valor único Ns, que representa el valor normal de la refractividad cercana al nivel de la tierra o superficie. Usualmente se mide en Nunidades (partes por millón).

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• Clima: Se describe cualitativamente por un conjunto discreto de etiquetas. En conjunto con Ns, el clima se utiliza para caracterizar la atmósfera y su variabilidad en el tiempo.

Cuando se han definido cada uno de los valores para los parámetros de entrada, el modelo de terreno irregular lleva a cabo las estimaciones geométricas sobre todo el camino de propagación. En uno de los modos del software “predicción de área”, se estima el horizonte radial del área de cobertura. Posteriormente, el modelo determina la atenuación de referencia, que se trata de un valor medio de atenuación, relativo al espacio libre. El modelo trata a la atenuación de referencia como una función continua de la distancia. [12]

Figura 19 - Atenuación de referencia frente a la distancia[12]

En la figura 14 se observan tres zonas: línea de vista, difracción y dispersión. La región de línea de vista es la correspondiente a la zona donde la curvatura de la tierra no interrumpe la línea directa de propagación de ondas, pero obviamente pueden existir obstáculos de distintos tipos como árboles, bósques, colinas, volcanes, etc. La atenuación de referencia se determina como una función logarítmica lineal de la distancia. En diversos casos, se hace necesaria la obtención de una media de la atenuación referida a las condiciones climáticas de un lugar determinado durante el transcurso de un año. Para ello, el modelo estipula un promedio estadístico de atenuación de referencia para cada tipo de clima.

Para estos cálculos, el modelo utiliza tratamientos teóricos de reflexión sobre terreno accidentado, refracción a través de una atmósfera estándar, difracción alrededor de la tierra y sobre obstáculos agudos, y dispersión troposférica. Esta combinación de teoría elemental y datos experimentales por una parte, dan origen a un modelo semi-empírico acorde a la realidad física y a ciertos valores de referencia de los parámetros, y por otra, cumple con las leyes físicas lo suficientemente bien como para extrapolar éstos a partir de los valores de referencia con un buen grado de fiabilidad.

4.2.2 Procedimiento de estudio

Para comprobar la viabilidad de cada uno de los enlaces, se sigue el siguiente procedimiento:

1. Se posicionan cada uno de los puntos de la red sobre un plano de la zona, con sus coordenadas geográficas.

2. A cada sistema de transmisión se le introducen los parámetros de configuración de los equipos:

• Frecuencia de trabajo.

• Potencia del transmisor.

• Sensibilidad del receptor (potencia mínima en el receptor).

• Nivel de fiabilidad que se le exige al enlace.

• Ganancia de las antenas transmisora y receptora.

• Altura de las antenas transmisora y receptora respecto al suelo.

• Pérdidas en los cables y demás elementos de acoplamiento del transmisor/receptor con la antena.

Todos estos parámetros se cumplimentan siguiendo un proceso lógico. En primer lugar, la frecuencia de trabajo será la elegida previamente para llevar a cabo el radioenlace. Los parámetros potencia, sensibilidad y ganancia hay que elegirlos de una forma adecuada. Su procedimiento será el siguiente:

1. Dicho vano requerirá un ancho de banda determinado, por lo tanto se consultará la hoja del fabricante del equipo elegido.

2. El equipo indicará la potencia máxima del transmisor, que significará que la potencia configurada no podrá sobrepasar dicho valor.

3. En la hoja del equipo existe una tabla indicando la sensibilidad que ha de configurarse en el equipo para obtener el ancho de banda deseado y el ancho de canal necesario, junto con la modulación.

En este caso, si se quiere obtener un ancho de banda de 40 Mbit/s, se tendrá que configurar el equipo con una sensibilidad de -84.5 dBm y se tendría un ancho de canal de 27.5 MHz y la modulación QPSK.

4. La ganancia de la antena se debe configurar dependiendo de los requerimientos del radioenlace que se está calculando. Debe existir un ajuste múltiple entre potencia, ganancia de antenas y sensibilidad, para conseguir los requerimientos de nuestro radioenlace.

Por otro lado el nivel de fiabilidad dependerá de los requerimientos del cliente. En un software de pago como pueda ser el ATDI, este porcentaje de disponibilidad estaría en torno al 99.99%, no obstante se ha comprobado que el RadioMobile es muy restrictivo y no responde fielmente a la realidad. Realizando un calculo con el software ATDI y el RadioMobile se ha verificado que un 99.99% de disponibilidad en el primero equivale a un 60% en el segundo. Debido a esto, se ha decidido configurar el RadioMobile para un 70% de tiempo de fiabilidad. Lo mismo ocurre con el porcentaje de las situaciones, que hace referencia a las variables “ocultas” a la hora de realizar los cálculos, Se ha configurado también un valor del 70% de situaciones.

Respecto a las pérdidas en conectores y cables, se ha decidido por seguridad darle un valor de 1 dB.

El margen de desvanecimiento se calcula de la siguiente forma: [13]

𝐹𝐹(𝑑𝑑𝑑𝑑) = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 − 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡𝑡 + 𝐺𝐺𝑡𝑡𝑡𝑡 − 𝐿𝐿𝑏𝑏𝑏𝑏 + 𝐺𝐺𝑟𝑟𝑡𝑡 − 𝐿𝐿𝑟𝑟𝑡𝑡 − (−𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆)

Siendo:

• F(dB) = margen de desvanecimiento

Figura 20 - Hoja del fabricante

37


• Pot = Potencia de salida del transmisor

• 𝐿𝐿𝑡𝑡𝑡𝑡/𝑟𝑟𝑡𝑡= Perdidas en cables y conectores del transmisor/receptor

• 𝐺𝐺𝑡𝑡𝑡𝑡/𝑟𝑟𝑡𝑡= Ganancia de la antena transmisora/receptora

• Sens = Sensibilidad del receptor

• 𝐿𝐿𝑏𝑏𝑏𝑏= Pérdidas básicas de propacación en espacio libre

o 𝐿𝐿𝑏𝑏𝑏𝑏= 32,4 + 20 log f + 20 log d

f = frecuencia (MHz)

d = distancia (km)

La altura de las antenas se irá modificando, ya que es un parámetro del cual el ingeniero dispone de margen de maniobra (siempre y cuando las condiciones del terreno lo permitan).

3. Con todos estos datos introducidos, se obtiene un perfil del enlace, en el cual se muestran, además de dichos parámetros, los resultados de los cálculos realizados por el software:

• Parámetros de situación: distancia, altitudes.

• Nivel de recepción y nivel de recepción relativo a la sensibilidad.

• Pérdidas en el espacio libre, pérdidas por obstrucción y estadísticas y totales.

• Potencia radiada.

4. Si se obtiene el margen mínimo establecido, que se elegirá en base a la distancia, frecuencia y características del terreno, se dará el OK al radioenlace y se obtendrán las especificaciones a cumplir por antenas y equipos. En cambio, si no se alcanza dicho margen, se volverá al paso 2, modificando los parámetros de configuración para conseguir que el radioenlace sea viable.

En las figuras siguientes se muestran algunas de las ventanas del programa en las que se introducen los parámetros de configuración:

Figura 21 - Propiedades del mapa

Figura 22 - Coordenadas de las unidades

Figura 23 - Mapa topográfico de una red

39


Figura 24 - Configuración de los sistemas en la red

4.2.3 Cálculo de anchos de banda

A continuación se realizará el análisis de los anchos de banda requeridos por cada uno de los enlaces del sistema de comunicaciones completo. Es importante puntualizar que el sistema estará sobredimensionado, con el fin de disponer de margen de maniobra por si en un futuro hiciese falta, ya que el coste de dicho sobredimensionamiento no es excesivamente elevado comparado con las posibilidades de futuro de que dota al sistema.

4.2.3.1 Red principal

Se ha decidido que cada uno de los puntos de control disponga de un mínimo de 2 mbps. La red de acceso que conecta al REP2 consta de 5 puntos, por lo tanto el vano microondas en banda licenciada requerirá de 5*2 = 10 mbps. La red de acceso que conecta al REP1 consta de dos vanos: P7 – P4 y P4 – REP1, por lo tanto el primero requerirá un ancho de banda mínimo de 2 mbps y el segundo de 4 mbps. El vano microondas licenciado que conecta REP1 y CC1 deberá tener un ancho de banda mínimo de 10+4 = 14 mbps.

Una vez realizado este análisis, se procede a la previsión de futuro y la búsqueda de alternativas en el mercado:

• Se ha decidido implementar los enlaces de la red de acceso REP2 con un ancho de banda de hasta 54 mbps, debido a que los equipos elegidos no superan el coste estimado. De este modo, el cliente se olvidaría de problemas en estos vanos.

• Se ha decidido implementar los enlaces de la red de acceso REP1 con un equipo punto a punto cuyo ancho de banda será de hasta 14 mbps. De este modo nos serviría para los dos vanos pertenecientes a dicha red de acceso.

• Los dos enlaces microondas en banda licenciada se han sobredimensionado para obtener un ancho de banda de hasta 40 mbps, suficientes para transmitir los requerimientos mínimos (10 y 14mbps). Se ha

sobredimensionado de forma que sea capaz de soportar más información sin necesidad de realizar otro proyecto de viabilidad del radioenlace. Hay que puntualizar que si desde cada punto de la red de acceso REP2 se transmite a máxima tasa, el vano microondas licenciado no podría soportarlo. Se ha decidido asumir dicho riesgo, ya que no se espera que dichos enlaces transmitan a dicha máxima tasa.

4.2.3.2 Red secundaria

La red secundaria únicamente transmite en tecnología UHF, por lo tanto los cálculos son más sencillos. El ancho de banda de un enlace UHF es en torno a 9.6 kbps. Por lo tanto, la información a transmitir nunca será de servicios de banda ancha.

La red secundaria se divide en dos distintas, es decir, desde el CC1 existen dos redes UHF completamente distintas, la que conecta a través de REP1 y la que conecta a través de REP2. Los tiempos de refresco se indicaron anteriormente, así que no se hará más hincapié en dicho tema. Sí hay que puntualizar que los tiempos de refresco calculados previamente son de un escenario donde todos los enlaces de la red principal están no operativos, cosa que no es muy probable. Aun así, se han asumido dichos tiempos de refresco como suficientes para nuestro sistema.

4.2.3.3 Anchos de canal

A continuación, se indican los anchos de canal necesarios para nuestra configuración:

• Microondas licenciado 27.5/28 MHz

• Microondas banda libre 20 MHz

• UHF 12.5 KHz

Estos anchos de canal están fijados según las figuras de mérito del CNAF y los equipos elegidos.

4.3 Conformidad con las normas CNAF

A continuación se describe la normativa que permite usar las distintas frecuencias utilizadas en el sistema de comunicaciones diseñado.

La Secretaría de Estado de Telecomunicaciones y para la Sociedad de la Información publica las normas del Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias (CNAF) que regula el uso de la transmisión de frecuencias en España.

4.3.1 Wimax en banda libre

4.3.1.1 Texto de utilización nacional

“Banda 5470 - 5725 MHz: Esta banda puede ser utilizada para sistemas de acceso inalámbrico a redes de comunicaciones electrónicas, así como para redes de área local en el interior o exterior de recintos, y las características técnicas deben ajustarse a las indicadas en la Decisión de la CEPT ECC/DEC/(04)08. La potencia isotrópica radiada equivalente será inferior o igual a 1 W (pi.r.e). Este valor se refiere a la potencia promediada sobre una ráfaga de transmisión ajustada a la máxima potencia. Adicionalmente, en esta banda de frecuencias el transmisor deberá emplear técnicas de control de potencia (TPC) que permitan como mínimo un factor de reducción de 3 dB de la potencia de salida. En caso de no usar estas técnicas, la potencia isotrópica radiada equivalente máxima (p.i.r.e) deberá ser de 500 mW (p.i.r.e).

Estas instalaciones de redes de área local tienen la consideración de uso común. El uso común no garantiza la protección frente a otros servicios legalmente autorizados ni puede causar perturbaciones a los mismos.”[14]

4.3.1.2 Potencia radiada (PIRE)

Ya que actualmente todos los equipos en el mercado incluyen las técnicas de control de potencia (TPC), se han realizado los cálculos necesarios que verifican que cada uno de los radioenlaces cumple con la normativa

41


vigente, teniendo un valor de potencia radiada (PIRE) menor de 30 dBm (1 W) en todos los casos.

4.3.2 Microondas en banda licenciada

La figura de mérito de la banda de 18 GHz es la siguiente:

Figura 25 – Figura de mérito 18 GHz [14]

“La banda de frecuencias 17,7 GHz a 19,7 GHz se destina a radioenlaces fijos digitales de madia y alta capacidad de acuerdo con la Recomendación UIT-R F.595-10.

Según dicha Recomendación, se dispone de 8, 17 y hasta 35 radiocanales bidireccionales, según la canalización, con una separación Tx/Rx de 1010 MHz, los cuales pueden utilizarse para capacidades de unos 280 Mbit/seg, 140 Mbit/seg, o 34 Mbit/seg en función del tipo de modulación utilizada.” [14]

4.3.3 UHF licenciado

La figura de la frecuencia UHF es la siguiente:

Figura 26 – Figura de mérito 400 MHz [14]

“En la figura anterior, se indica el plan de utilización de la banda 406-470 MHz para los servicios fijo (banda estrecha) y móvil, la cual comprende las bandas 406,1 – 430 MHz y 440 – 470 MHz.

En estas fecuencias, con carácter general, se aplicará por defecto la canalización de 12,5 kHz para redes y sistemas de banda estrecha, si bien, en aquellos casos que por razones técnicas del sistema utilizado y

naturaleza de la información a transmitir se requiera un ancho de banda de emisión mayor, podrán utilizarse canales canales de 25 kHz si la compatibilidad radioeléctrica con otros usos en la misma zona lo permite, salvo en los rangos de frecuencia destinados a sistemas de banda ancha”. [14]

4.4 Equipos de comunicaciones

Los equipos que se instalarán han sido diseñados especialmente para este propósito. Sus características los convierten en los más idóneos para implantar dentro de nuestro sistema de comunicaciones.

4.4.1 Equipamiento microondas en banda privada

Se instalarán terminales microondas en banda privada de 18 GHz modelo ECLIPSE CONNECT del fabricante Harris Stratex u otro con similares características técnicas, con capacidad de hasta 40 Mbps. Las antenas serán de tipo parábola radomizada de 120 cm de diámetro para enlace REP1-REP2 y de 30 cm para el enlace REP1-CC1.

Los terminales radio constarán de una unidad interior (IDU) equipada con cuatro puertos ethernet, una unidad exterior (ODU) y una antena del tipo parábola radomizada. La unidad interior y la unidad exterior se interconectan a través de un cable coaxial.

La unidad exterior será un módulo compacto de reducidas dimensiones, que incorporará todos los módulos de radiofrecuencia (módulo de frecuencia intermedia, módulo de microondas y filtro duplexor) así como el modulador/demodulador. Dicha unidad exterior se instalará, junto con la antena a la que va conectada, en la torre correspondiente en cada caso.

La IDU permitirá su montaje en armario rack de 19”.

En cuanto a las antenas a utilizar, sus principales características son las siguientes, diferenciadas por diámetros:

• 30 cm de diámetro

Diámetro 0.3m

Frecuencia 17.7-19.7 GHz

Ganancia mínima 32.6 dBi

Ganancia media 33.1 dBi

Ganancia máxima 33.5 dBi

Ancho de banda de 3 dB 3.6º

Relación Frente-Espalda 58 dB

VSWR 1.20

Sensibilidad de azimut ±10

Velocidad del viento 250 km/h

Peso 8.2 kg

Tabla 13 - Características de antena microondas en banda privada de 30 cm de diámetro

43


• 120 cm de diámetro

Diámetro 1.2 m

Frecuencia 17.7-19.7 GHz

Ganancia mínima 44.1 dBi

Ganancia media 44.6 dBi

Ganancia máxima 45.1 dBi


Relación Frente-Espalda 65 dB

VSWR 1.20

Sensibilidad de azimut ±15


Peso 57 kg

Tabla 14 - Características de antena microondas en banda privada de 120 cm de diámetro

4.4.2 Equipamiento microondas en banda libre

Los siguientes datos están tomados de la hoja del fabricante del equipo correspondiente:

La subbanda 5,4 – 5,7 GHz permite (UN-128 CNAF) hasta 1 W PIRE para conexiones punto a punto.

Todos los equipos que operan en esa subbanda deben tener control automático de potencia y asignación dinámica de frecuencias, lo que los hace más invulnerables frente a las interferencias.

Los equipos Alvarion BreezeNet B (punto a punto) y BreezeAccess VL (punto a multipunto) utilizan algoritmos propietarios y modulación OFDM WiMAX. Son equipos empleados por operadoras de telecomunicaciones – p.ej. despliegue BT en Reino Unido - que ofrecen una fiabilidad muy elevada en comparación con equipos de gama WiFi. Usan (sin perdida de rendimiento de la conexión) encriptación AES de 128 bits, actualmente el estándar más avanzado de encriptación, e incluyen de manera nativa soporte para redes virtuales (VLAN) según el estándar 802.1q. Ofrecen varias soluciones que se pueden emplear según los requerimientos de conectividad:

• BreezeNet B10 (punto a punto): 10 Mbps reales, con una conexión simétrica entre los equipos, es decir, que se obtienen 5 Mbps en cada sentido de la conexión.

• BreezeNet B14 (punto a punto): 14 Mbps reales, con una conexión simétrica entre los equipos, es decir, que se obtienen 7 Mbps en cada sentido de la conexión. Son actualizables por software a la versión B28, para obtener mayor ancho de banda sin necesidad de cambiar los equipos.

• BreezeNet B28 (punto a punto): 22 Mbps agregados reales, con un máximo de 15 Mbps en cada sentido. Son interoperables con los B14, pudiendo realizar conexiones asimétricas al usar un B14 en un extremo y un B28 en el otro.

• BreezeAccess VL CPE-3 (punto a multipunto): Cliente para punto remoto, hasta 3 Mbps

agregados reales.

• BreezeAccess VL CPE-6 (punto a multipunto): Cliente para punto remoto, hasta 6 Mbps agregados reales.

• BreezeAccess VL CPE-54 (punto a multipunto): Cliente para punto remoto, hasta 25 Mbps agregados reales.

• BreezeAccess VL AU-SA (punto a multipunto): Estación base capaz de soportar hasta 512 estaciones remotas con una capacidad de 25 Mbps por equipo.

Todos los modelos permitirán priorización de tráfico por varios mecanismos y estarán preparados para ser usados en entornos de exteriores extremos (-40º C a 100º C).

4.4.2.1 Equipamiento punto – multipunto

Las estaciones base (EB) con tecnología “Wimax” en la banda sin licencia de los 5.4 GHz a instalar en la estación intermedia REP2, así como las unidades suscriptoras de usuario (US) a instalar en los puntos de control críticos del canal, serán de la serie BreezeACCESS_VL del fabricante Alvarion u otro con similares características.

Los equipos BreezeAccess VL son un sistema de puente inalámbrico de alto rendimiento, que proporcionan alta capacidad y alta velocidad en enlaces punto a multipunto. Radio Frecuencia 5.47-5.725GHz Tipo de Radio OFDM, TDD Ancho de banda de canal 20 MHz Resolución de la frecuencia central 10 MHz Potencia de salida (en el puerto de antena) Estación Base: -10 a 21 dBm, pasos de 1 dB

CPE: -10 a 21 dBm, ajustado dinámicamente por ATPC

Modulación BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM

Sensibilidad -89dBm a BPSK

-86dBm a QPSK -81dBm a 16-QAM -71dBm a 64-QAM Antena Estación Base: Conector tipo N de 50 Ohm CPE: Antena Integrada 21 dBi, 10.5º H/V, Panel Plano Antenas estación Base 16 dBi, Sectorial 90º horizontal, 6º vertical 15 dBi, Sectorial 120º horizontal, 6º vertical Comunicación de datos Compatibilidad estándar IEEE 802.3 CSMA/CD Soporte VLAN Basado en 802.1q Priorización del tráfico en capa 2 Basado en 802.1p Priorización del tráfico en capa 3 IP ToS de acuerdo a RFC791 Seguridad a. Protocolo de Asociación - ESSID b. WEP 128, AES c. Filtrado a nivel IP para direcciones de usuarios o protocolos d. Origen del acceso y filtrado de direcciones IP para gestión Configuración y gestión Opciones de gestión Vía Telnet Utilidad de configuración basada en SNMP Upload/download de la configuración Acceso remoto para gestión Desde la red cableada y desde el enlace

inalámbrico Protección de acceso a la gestión a. Contraseña multi-nivel

45


b. Configuración del origen del acceso remoto (sólo desde Ethernet, sólo desde enlace inalámbrico o ambos)

c. Configuración de direcciones IP de las estaciones autorizadas. Configuración de parámetros IP Configurable o asignado dinámicamente por

DHCP Actualización de software y upload/download de configuración FTP/TFTP Agente SNMP Cliente SNMP V1, MIB II, Bridge MIB, Private

BreezeNET B MIB Características físicas y eléctricas – Estación Base y CPE Consumo de potencia 25W Potencia de entrada AC, 100-240 VAC, 50-60 Hz Cable Interior – Exterior CAT-5 apantallado, 90m max Indicadores Unidad Interior: Potencia, Enlace y LEDs de

Ethernet Unidad Exterior: Estado, Ethernet y W-Link LEDs SNR: Indicador de 10 LEDs (sólo CPE) Conectores RJ-45 Datos AC Enchufe de potencia 3 pines (sólo unidad de

interior) Físicas y ambientales Dimensiones – Estación Base y CPE Unidad Interior: 16 x 9 x 6 cm (0.55 Kg) Unidad exterior con antena integrada (CPE): 43.2 x 30.2 x 5.9 cm (2.9Kg) Unidad exterior Estación Base (sin antena): 30.6 x 12 x 4.7 cm (1.85 Kg) Temperatura de operación Unidad exterior: -40°C a 100°C Unidad Interior: 0°C a 40°C Humedad relativa (operación) Unidad Exterior: 5%-95% sin condensación,

protegido del clima Unidad Interior: 5%-95% sin condensación Regulaciones y estándares Radio FCC parte 15, ETSI EN 301 753, ETSI EN

301 021 ETSI EN 301 893 EMC FCC parte 15 clase B, CE EN 55022 Clase B Seguridad UL 1950, EN 60950 Protección antirrayos EN 61000-4-5, Clase 3 (2kV) Operación ambiental ETS 300 019 parte 2-3 clase 3.2E para

unidad interior ETS 300 019 parte 2-4 clase 4.1E para unidad exterior Transporte ETS 300 019-2-2 clase 2.3 Almacenaje ETS 300 019-2-1 clase 1.2E

4.4.2.2 Equipamiento punto – punto

Los enlaces punto a punto con tecnología “Wimax” en la banda sin licencia de los 5.4 GHz a instalar serán de la serie BreezeNET_B14 del fabricante Alvarion u otro con similares características:

Los equipos BreezeNET son un sistema de puente inalámbrico de alto rendimiento, que proporcionan alta capacidad y alta velocidad en enlaces punto a punto. Radio Frecuencia 5.47-5.725GHz Tipo de Radio OFDM, TDD Ancho de banda de canal 20 MHz (B14 y B28) / 40 Mhz (B100) Resolución de la frecuencia central 10 MHz Potencia de salida (en el puerto de antena) Hasta 21 dBm Modulación BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM Sensibilidad B14&B28: -89dBm a BPSK

B100: -86dBm a BPSK B14&B28:-86dBm a QPSK

B100: -83 dBm a QPSK B14&B28: -81dBm a 16-QAM B100: -78 dBm a 16-QAM B14&B28:-71dBm a 64-QAM B100: -68 dBm a 64-QAM

Antena BU y RB: 21dBi, 10.5º horizontal x 10.5º vertical, plana Antena Integrada: EN 302 085, Clase TS 1,2,3,4,5, compatible BU y RB: 23dBi, 9º plana Antena externa: 28dBi, 4.5º plana Puerto de antena externa: Tipo N, 50 Ohm

Comunicación de datos Compatibilidad estándar IEEE 802.3 CSMA/CD Soporte VLAN Basado en 802.1q Seguridad a. Protocolo de Asociación – ESSID

b. WEP 128, AES c. Filtrado a nivel IP para direcciones de usuarios o protocolos d. Origen del acceso y filtrado de direcciones IP para gestión

Configuración y gestión Opciones de gestión Vía Telnet

Utilidad de configuración basada en SNMP Upload/download de la configuración

Acceso remoto para gestión Desde la red cableada y desde el enlace inalámbrico

Protección de acceso a la gestión a. Contraseña multi-nivel b. Configuración del origen del acceso remoto (sólo desde Ethernet, sólo desde enlace inalámbrico o ambos) c. Configuración de direcciones IP de las estaciones autorizadas.

Configuración de parámetros IP Configurable o asignado dinámicamente por DHCP

Actualización de software y upload/download de configuración FTP/TFTP Agente SNMP Cliente SNMP V1, MIB II, Bridge MIB, Private

BreezeNET B MIB Características eléctricas - RB y BU Consumo de potencia 25W Potencia de entrada AC, 100-240 VAC, 50-60 Hz Cable Interior – Exterior CAT-5 apantallado, 90m max Indicadores Unidad Interior: Potencia, Enlace y LEDs de

Ethernet Unidad Exterior: Estado, Ethernet y W-Link LEDs SNR: Indicador de 10 LEDs (sólo RB)

Conectores RJ-45 Datos AC Enchufe de potencia 3 pines (sólo unidad de

interior) Físicas y ambientales Dimensiones - RB y BU Unidad Interior: 16 x 9 x 6 cm (0.55 Kg)

Unidad exterior con antena integrada: 43.2 x 30.2 x 5.9 cm (2.9Kg) Unidad exterior sin antena: 30.6 x 12 x 4.7 cm (1.85 Kg)

47


Temperatura de operación Unidad exterior: -40°C a 55°C Unidad Interior: 0°C a 40°C

Humedad de operación Unidad Exterior: 5%-95% sin condensación, protegido del clima Unidad Interior: 5%-95% sin condensación

Regulaciones y estándares Radio FCC parte 15, ETSI EN 301 753, ETSI EN

301 021 EMC FCC parte 15 clase B, ETSI EN 489-1 Seguridad UL 1950, EN 60950 Protección antirrayos EN 61000-4-5, Clase 3 (2kV) Operación ambiental ETS 300 019 parte 2-3 clase 3.2E para

unidad interior ETS 300 019 parte 2-4 clase 4.1E para unidad exterior

Transporte ETS 300 019-2-2 clase 2.3 Almacenaje ETS 300 019-2-1 clase 1.2E

4.4.2.3 Antenas externas

En cuanto a las antenas externas a utilizar, éstas serán de dos tipos:

• ANTENA DIRECTIVA PARABÓLICA 0.6 M

Sus principales características son las siguientes:

Frecuencia 5.15 – 5.875 GHz

Ganancia nominal 28.5 dBi

Polarización Sencilla


Relacion Frente – Espalda 36 dB

VSWR 1.5

Diámetro 0.6 m

Peso 9.9 kg

Interfaz RF Tipo N “hembra”

Tabla 15 - Características de antena parabólica wimax en banda libre de 60cm de diámetro

• ANTENA DE SECTOR 90º 20 DBi

Cuyas características son las siguientes:

Frecuencia 5.15 – 5.875 GHz

Ganancia típica 20 dBi

Polarización Dual lineal

Ancho de banda de 3 dB 90º

VSWR 1.5:1

Impedancia de entrada 50 Ohms

Temperatura -40º ± 90º C

Interfaz RF Tipo N “hembra”


Tabla 16 - Características de antena de sector wimax en banda libre de 90º

4.4.3 Equipamiento UHF

El radio – módem UHF a instalar en los puntos será de la marca TELTRONIC modelo M – 4000 u otro con similares características. Es imprescindible que el equipo soporte canales con un ancho de canal de 12.5 KHz.

4.4.3.1 Antenas

En el equipamiento UHF las antenas han de ser externas, debido a que los equipos no disponen de ninguna interna. Únicamente se utilizarán de dos tipos:

• Yagi con 12 dBi de ganancia.

• Omnidireccional con 10 dBi de ganancia.

4.4.4 Electrónica de la red de comunicaciones: Switches

Se instalarán switches ethernet industriales para montaje sobre carril DIN, con 8 puertos RJ-45 10/100 BaseT marca MOXA modelo EDS-208 o similar.

4.4.5 Mediciones de equipos

Se presentará adjunta una tabla con las mediciones de los equipos necesarios para toda la red de comunicaciones:

49


Punto

Equipo microondas licenciado punto a punto

(ECLIPSE CONNECT)

Equipo Wimax banda libre punto

a punto (BreezeNET_B14)

Equipo Wimax banda libre punto a multipunto (BreezeACCESS_VL)EB

Equipo Wimax banda libre punto a multipunto (BreezeACCESS_VL)US

CC1 1

REP1 2 1

REP2 1 2

P1

P2

P3

P4 2

P5

P6

P7 1

P8

P9

P10

P11 1

P12

P13 1

P14

P15 1

P16

P17 1

P18

P19 1

P20

P21

P22

Tabla 17 - Mediciones de equipos microondas

Punto

Radio-módem UHF

TELTRONIC M-4000

Estación Repetidora

UHF TELTRONIC

TR-1000

Switch Ethernet industrial (EDS-208)

CC1 2 2

REP1 1 1

REP2 1 1

P1 1

P2 1

P3 1

P4 1 1

P5 1

P6 1

P7 1 1

P8 1

P9 1

P10 1

P11 1 1

P12 1

P13 1 1

P14 1

P15 1 1

P16 1

P17 1 1

P18 1

51


P19 1 1

P20 1

P21 1

P22 1

Tabla 18 - Mediciones de equipos UHF

Equipos Unidades

Equipo microondas punto a punto (ECLIPSE CONNECT) 4

Equipo PreWimax punto a punto (BreezeNET_B14) 4

Equipo PreWimax punto a multipunto (BreezeACCESS_VL)EB

2

Equipo PreWimax punto a multipunto (BreezeACCESS_VL)US

5

Radio-módem UHF TELTRONIC M-4000 24

Estación Repetidora UHF TELTRONIC TR-1000 2

Switch Ethernet industrial (EDS-208) 11

Tabla 19 - Mediciones de equipos

4.4.6 Mediciones de antenas

Equipos Unidades

Antena microondas 30 cm 2

Antena microondas 120 cm 2

Antena Pre-Wimax 60 cm 8

Antena Pre-Wimax 90º 2

Antena UHF direccional 24

Antena UHF omnidireccional 2

Tabla 20 - Mediciones de antenas

4.5 Torres de comunicaciones

Las torres de comunicaciones serán los puntos de apoyo de los equipos de comunicaciones; estos irán soportados por las mismas a una altura determinada por el estudio de viabilidad.

Se instalarán torres de dos tipos, arriostables y autosoportadas. En cada uno de los puntos se decidirá qué tipo de torre instalar, dependiendo de las condiciones del terreno y del espacio del que se disponga para su instalación.

A continuación se realizará una breve descripción de las distintas torres de las que consta el sistema y sus principales características [15].

4.5.1 Torres arriostables

La torre será situada sobre suelo plano, en situación normal, para soportar las cargas dinámicas de trabajo normales según las normas internacionales DIN 1055. Se escogerá la situación de la base y de los puntos de anclaje de vientos en el terreno como se indica en la figura 21, teniendo en cuenta la altura de la torre a instalar para determinar las distancias de la base a los anclajes.

Figura 21 - Detalle torre arriostable I

El tipo de torre que se propone es arriostable, con una altura máxima de 50.5 m. Cada trama consta de 3m.

La cimentación o zapata se realizará con la suficiente antelación para permitir el fraguado del hormigón. Sobresaldrá unos 10cm aproximadamente.

53


Figura 27 - Detalle torre arriostable II

Figura 28 - Detalle cimentación torre arriostable I

Recomendaciones que se tendrán en cuenta en función del terreno para realizar la cimentación:

Figura 29 - Detalle cimentación torre arriostable II

Como medida de seguridad, los tramos de la torre se pintarán alternativamente de colores blanco y rojo aeronáuticos, siendo este último color los extremos, con el fin de ser fácilmente distinguidos durante el día y de acuerdo con las normas de la O.A.C.I (Organización internacional de Aviación Civil).

Solo será necesario dotar de balizamiento nocturno las torres superiores a 45 metros si existiesen.

4.5.2 Torres autosoportadas

Para el caso de las torres autosoportadas, la estructura será diferente, este tipo de torres son más manejables y por tanto más fáciles de trasladar y montar en ubicaciones de difícil acceso. Llevarán el mismo balizamiento que las arriostables y la misma cimentación, el esquema general de este tipo de torres es el siguiente:

55


Figura 30 - Torre autosoportada

Serán las torres de sección típica triangular con lado de la sección de 10% de la altura total, se instalarán de 30 metros.

4.5.3 Mediciones de torres

Se detallan a continuación las mediciones de las torres de comunicaciones. Estas mediciones se justifican en base al estudio de viabilidad de los enlaces que se incluyen en el presente documento:

Torres

15 metros arriostrada 1

30 metros autosoportada 3

Tabla 21 - Mediciones de torres

Mástil de antena

3 metros de longitud 6

6 metros de longitud 7

Tabla 22 - Mediciones de mástiles

5 ESTUDIO DE VIABILIDAD DE LA RED PRINCIPAL A continuación, se presenta el estudio realizado sobre la viabilidad de los enlaces radioeléctricos necesarios para una correcta comunicación de la red principal del presente proyecto.

La red principal se divide en la red troncal y la red de acceso, con distintos tipos de enlaces.

5.1 Red troncal

Seguidamente se muestra la geolocalización de los tres puntos pertenecientes a la red troncal:

Figura 31 - Puntos de la red troncal

Los enlaces previstos son:

• CC1 - REP1

• REP1 - REP2

Los parámetros relativos a la simulación son los siguientes:

57

Estudio de viabilidad de la red principal 58

Figura 32 - Viabilidad de los enlaces microondas en banda licenciada – parámetros para el estudio

Se han elegido un clima continental templado y unos valores estándar para los demás parámetros.

Se fija un 70% de tiempo. “Este valor da la fracción de tiempo durante la cual, el campo de fuerzas recibido, se espera que sea igual o superior al valor mediano de campo por hora calculado por el programa. Esta variabilidad permite especificar cómo se desea tratar con la variabilidad de tiempo de los cambios atmosféricos y otros efectos.”[16]

Se fija un 70% de las situaciones. Este valor se refiere a las variables ocultas, que representan efectos que no pueden explicarse o que se han decidido no controlar. Si una serie de ingenieros midieran la misma señal en el mismo punto y en el mismo instante de tiempo, se tomarían medidas distintas debido a distintas variantes. Esta variabilidad es la que se recoge en este parámetro.

Se ha optado por dichos valores, queriendo obtener un Rx relativo de 30 dB mínimo en todos los radioenlaces microondas en banda licenciada. Se ha comprobado con el software ATDI que el RadioMobile es muy restrictivo a la hora de calcular los radioenlaces. En definitiva, se ha comprobado que el resultado del RadioMobile con 60% es prácticamente igual al del ATDI con 99% de disponibilidad.

5.1.1 Enlace CC1 – REP1

Figura 33 - Enlace CC1 - REP1

Figura 34 - Vista 3D enlace CC1- REP1

Figura 35 - Visión desde CC1

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Figura 36 - Visión desde REP1

NOTA: Debido a que en el google earth se ve que no existe línea de visión directa por una serie de árboles, se ha procedido a desplazarse a la ubicación para comprobarlo realmente. Se ha visto que dichos árboles ya no existen en los emplazamientos problematicos debido a que las imágenes del google earth no están completamente actualizadas a fecha del 2015.

Figura 37 – Perfil enlace CC1 - REP1

La distancia entre CC1 y REP1 es 1,0 km (0,6 miles)

Azimut norte verdadero = 288,39°, Azimut Norte Magnético = 290,45°, Angulo de elevación = 2,4170°

Variación de altitud de 31,8 m

El modo de propagación es línea de vista, mínimo despeje 7,1F1 a 0,7km

La frecuencia promedio es 18700,000 MHz

Espacio Libre = 118,0 dB, Obstrucción = -0,8 dB TR, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 0,0 dB, Estadísticas = 6,7 dB

La pérdida de propagación total es 123,8 dB

Ganancia del sistema de CC1 a REP1 es de 165,7 dB

Ganancia del sistema de REP1 a CC1 es de 165,7 dB

Peor recepción es 41,9 dB sobre el señal requerida a encontrar

70,000% de tiempo, 70,000% de situaciones

Parámetro CC1 REP1

Potencia del transmisor 17 dBm 17 dBm

Umbral del receptor -84.5 dBm -84.5 dBm

Ganancia de antena 33.1 dBi 33.1 dBi

Tabla 23 – Datos involucrados enlace CC1 – REP1

Debido a que el margen de desvanecimiento obtenido es mayor que el marcado como límite anteriormente (30 dB), se da por válido este radioenlace.

5.1.2 Enlace REP1 – REP2

Figura 38 - Enlace REP1 - REP2

61


Figura 39 - Vista 3D enlace REP1 – REP2



Figura 42 – Perfil enlace REP1 – REP2

La distancia entre REP1 y REP2 es 24,0 km (14,9 miles)

Azimut norte verdadero = 278,96°, Azimut Norte Magnético = 281,02°, Angulo de elevación = -0,1391°




Espacio Libre = 145,4 dB, Obstrucción = -0,6 dB TR, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 0,0 dB, Estadísticas = 6,8

dB


Ganancia del sistema de REP1 a REP2 es de 188,7 dB

Ganancia del sistema de REP2 a REP1 es de 188,7 dB



Parámetro REP1 REP2


Umbral del receptor -84.5 dBm -84.5 dBm


Tabla 24 - Datos involucrados enlace REP1 – REP2


5.2 Red de acceso

La red de acceso la vamos a dividir en dos:

• Conectado a REP1 (A)

• Conectado a REP2 (B)

Como bien se explicó anteriormente en el documento, los enlaces conectados a REP1 son enlaces punto a punto y desde el REP2 se conecta a sus suscriptoras mediante dos enlaces punto a multipunto.


63


Figura 43 - Viabilidad de los enlaces Wimax en banda libre – parámetros para el estudio




Se ha optado por dichos valores, queriendo obtener un Rx relativo de 10 dB mínimo en todos los radioenlaces Wimax en banda libre. Se ha comprobado con el software ATDI que el RadioMobile es muy restrictivo a la hora de calcular los radioenlaces. En definitiva, se ha comprobado que el resultado del RadioMobile con 60% es prácticamente igual al del ATDI con 99% de disponibilidad.

5.2.1 Red de acceso A

Figura 44 - Puntos de la red de acceso A

5.2.1.1 Enlace REP1 – P4

Figura 45 - Enlace REP1 - P4

Figura 46 - Vista 3D enlace REP1 - P4

65



Figura 48 - Visión desde P4

Figura 49 – Perfil enlace REP1 - P4

La distancia entre REP1 y P4 es 8,3 km (5,2 miles)







Ganancia del sistema de REP1 a P4 es de 146,5 dB

Ganancia del sistema de P4 a REP1 es de 146,5 dB



Parámetro REP1 P4

Potencia del transmisor 2.5 dBm 2.5 dBm

Umbral del receptor -84 dBm -84 dBm


Tabla 25 - Datos involucrados enlace REP1 – P4


5.2.1.2 Enlace P4 – P7

Figura 50 - Enlace P4 – P7

Figura 51 - Vista 3D enlace P4 - P7

67




Figura 54 – Perfil enlace P4 – P7

La distancia entre P7 y P4 es 3,4 km (2,1 miles)







Ganancia del sistema de P7 a P4 es de 146,5 dB

Ganancia del sistema de P4 a P7 es de 146,5 dB



Parámetro P4 P7

Potencia del transmisor 2.5 dBm 2.5 dBm



Tabla 26 - Datos involucrados enlace P4 – P7


5.2.2 Red de acceso B

Figura 55 - Puntos de la red de acceso B

69


La red de acceso tiene 5 puntos suscriptores, en el REP2 se instalarán 2 antenas sectoriales de 90º. A la EB1 se conectarán los puntos P11 y P13 y a la EB2 se conectarán los puntos restantes.


Figura 56 - enlace REP2 - P11




Figura 60 Perfil enlace REP2 - P11












Parámetro REP2 P11



Ganancia de antena 20 dBi 28.5 dBi


El margen de desvanecimiento de este radioenlace es de 6.8 dB, por lo tanto en campo se tendrá que comprobar la viabilidad de este radioenlace y tomar medidas oportunas en el caso de que no hubiese correcta comunicación.

En este radioenlace podemos observar que el mínimo despeje se encuentra a 6,7km del punto REP2, al comprobar si en tal punto existe algún tipo de edificación o vegetación que pueda entorpecerlo, observamos lo siguiente:

71


Existe una edificación (Cortijo) en dicha ubicación. El haz del radioenlace se encuentra a un despeje de 10 metros y debido a que el edificio únicamente tiene una planta se ha determinado que no interfiere de forma negativa en el radioenlace.



Figura 64 Vista 3D enlace REP2 - P13

Figura 61 Obstáculo REP2 - P11.1

Figura 62 - Obstáculo REP2 - P11.2

Figura 65- Visión desde REP2


Figura 67 - Perfil enlace REP2 - P13











73



Parámetro REP2 P13




Tabla 28 - Datos involucrados enlace REP2 - P13



















Parámetro REP2 P15



Ganancia de antena 20 dBi 21 dBi



75







Figura 77- Prefil enlace REP2 - P17












Parámetro REP2 P17









77
















Parámetro REP2 P19






79


6 ESTUDIO DE VIABILIDAD DE LA RED SECUNDARIA

A continuación, se presenta el estudio realizado sobre la viabilidad de los enlaces radioeléctricos necesarios para una correcta comunicación de la red secundaria del presente proyecto.

La red secundaria servirá de respaldo en caso de caída de la red principal en los puntos críticos y para la transmisión de datos de telecontrol del resto de puntos no críticos hacia el centro de control (CC1).

Dicha red secundaria se divide en dos ramas, dependiendo de por qué repetidor pase la información:

• Red UHF Repetidor 1 “f2-f2’”

Figura 83 – Puntos red UHF Rep1

81

Estudio de viabilidad de la red secundaria 82

• Red UHF repetidor 2 “f1-f1’”

Figura 84 - Puntos red UHF Rep2


Figura 85 - Viabilidad de los enlaces UHF – parámetros para el estudio




Se ha optado por dichos valores, queriendo obtener un Rx relativo de 5 dB mínimo en todos los radioenlaces UHF. Se ha comprobado con el software ATDI que el RadioMobile es muy restrictivo a la hora de calcular los radioenlaces. En definitiva, se ha comprobado que el resultado del RadioMobile con 60% es prácticamente igual al del ATDI con 99% de disponibilidad.

6.1 Red UHF Rep 1

A continuación se muestra la geolocalización de los puntos pertenecientes a la Red UHF Rep 1:


6.1.1 Enlace CC1 – Rep1

Figura 87 - Enlace UHF CC1-REP1

83


Figura 88 - Perfil enlace UHF CC1 - REP1












Parámetro CC1 REP1

Potencia del transmisor 10W 10 W

Umbral del receptor 0.4µV 0.4µV


Tabla 32 - Datos involucrados enlace UHF CC1 – REP1


6.1.2 Enlace Rep1 – P1

Figura 89 - Enlace UHF REP1 - P1

Figura 90 - Perfil enlace UHF REP1 - P1












85


Parámetro REP1 P1

Potencia del transmisor 10 W 10W



Tabla 33 - Datos involucrados enlace UHF REP1 – P1
















Parámetro REP1 P2








87














Parámetro REP1 P3














Espacio Libre = 104,4 dB, Obstrucción = 6,4 dB TR, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 0,0 dB, Estadísticas = 6,5 dB






89


Parámetro REP1 P5




















Parámetro REP1 P6






6.2 Red UHF Rep 2

A continuación se muestra la geolocalización de los puntos pertenecientes a la red UHF Rep 2:


91


6.2.1 Enlace CC1 –Rep2

Figura 100 – Enlace UHF CC1 - REP2

Figura 101 - Perfil enlace UHF CC1 - REP2




El modo de propagación es difracción, única obstrucción, 0,0F1 a 13,2km


Espacio Libre = 113,5 dB, Obstrucción = 11,5 dB Mix, Urbano = 0,0 dB, Bosque = 0,0 dB, Estadísticas = 6,6 dB






Parámetro CC1 REP2




Tabla 38 - Datos involucrados enlace UHF CC1 – REP2





93













Parámetro REP2 P4




















Parámetro REP2 P7






95
















Parámetro REP2 P8













97









Parámetro REP2 P9




















Parámetro REP2 P10






99
















Parámetro REP2 P11













101









Parámetro REP2 P12




















Parámetro REP2 P13







Figura 118 – Enlace UHF REP2 - P14

103














Parámetro REP2 P14




















105


Parámetro REP2 P15







Figura 122- Enlace UHF REP2 - P16













Parámetro REP2 P16








107














Parámetro REP2 P17




















109


Parámetro REP2 P18




















Parámetro REP2 P19








111














Parámetro REP2 P20




















113


Parámetro REP2 P21




















Parámetro REP2 P22






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7 PRESUPUESTO

Ud. Código Descripción Med. Precio unit Precio total

Ud. SRF101 Suministro e instalación de Equipo Radio-módem half dúplex en la banda de los 400-470 MHz. Incluso antena directiva en la banda 400-470 MHz de 12dBi de ganancia, cable RF de baja pérdida y elementos necesarios para la correcta instalación y montaje.

24 1.193,56 € 28.645,44 €

Ud. SRF102 Suministro e instalación de Estación Repetidora UHF en la banda 380-470 MHz incluyendo módulo de regeneración de datos y duplexor. Incluso una antena omnidireccional de 10dBi de ganancia, con cable RF de baja pérdida y elementos necesarios para la correcta instalación y montaje.

2 2.108,62 € 4.217,24 €

Ud. SPW02 Suministro e instalación de Estación Base Pre-Wimax para comunicaciones Ethernet Inalámbricas en configuración punt-multipunto en la banda libre de 5,4 GHz. Incluso antena de sector de 90º de ancho horizontal de haz y anclajes y elementos de fijación necesarios para la correcta fijación de la antena a torre de comunicaciones de 30 m.

2 2.395,60 € 4.791,2 €

Ud. SPW04 Suministro e instalación de Equipo Suscriptor Pre-Wimax para comunicaciones Ethernet Inalámbricas en la banda libre de 5,4 GHz con antena integrada de 21dBi. Incluso anclajes y elementos de fijación necesarios para la correcta fijación de la antena a torreta de 15 m.

1 1.094,98 € 1.094,98 €

Ud. SPW05 Suministro e instalación de Equipo Suscriptor Pre-Wimax para comunicaciones Ethernet Inalámbricas en la banda libre de 5,4 GHz con antena integrada de 28,5dBi. Incluso anclajes y elementos de fijación necesarios para la correcta fijación de la antena a torreta de 15 m.

4 2.003,00 € 8.012,00 €

Ud. SPW100 Suministro e instalación de Vano punto a punto Pre-Wimax para comunicaciones Ethernet Inalámbricas en la banda libre de 5,4 GHz consistente en equipo de acceso con antena integrada de 28,5dBi y equipo cliente con antena integrada de 28,5dBi.

2 3.981,52 € 7.963,04 €

Ud. PSE10 Protector sobretensiones Ethernet 11 139,00 € 1.529,00 €

Ud. STAB15 Suministro e instalación de torre arriostrable de 15 m de altura, contará con pintura blanco y rojo aeronáutico para señalización diurna, con cimentación.

1 5.748,91 € 5.748,91 €

Ud. STA30 Suministro e instalación de torre autosoportada galvanizada de 30 metros de altura libre con cimentación, escalera interior, plataformas de descanso, pararrayos y balizamiento.

3 26.653,70 € 79.961,1 €

117

Presupuesto 118

Ud. SI100 Servicios de Ingeniería red comunicaciones ampliada (replanteo, ingeniería, puesta en marcha y pruebas en campo)

1 41.154,50 € 41.154,50 €

Ud. MTM100 Modificación y Tramitación ante el correspondiente Ministerio del Proyecto de Telecomunicaciones del Sistema de Regulación del Canal de Aguas, legalización de frecuencias UHF ante los organismos competentes, incluyendo Proyecto de legalización visado por el Colegio.

2 3.826,60 € 7.653,20 €

Ud. SMP18 Suministro de enlace microondas en banda privada de 18 GHz, con capacidad 16xE1, Normal Density (28 MHz), IDU con interfaz Ethernet 10/100BaseT. Incluye antenas de 120cm de diámetro para enlace Rep1-Rep2 y antenas 30 cm para enlaces Rep1-CC1

2 27.500,00 € 55.000,00 €

Ud. IPS100 Instalación y puesta en servicio de 2 enlaces microondas. Incluye:

-Integración del equipamiento.

-Montaje en campo completo.

-Ajuste general y puesta en servicio.

-Certificación instalación.

-Documentación básica.

1 9.460,26 € 9.460,26 €

Ud. SIS12 Suministro e instalación de Switch Ethernet industrial para montaje sobre carril DIN con 8 puertos RJ45 10/100 Base T.

11 573,73 € 6.311,03 €

Ud. SM30 Suministro de mástil de antena, de 3 m de longitud, fabricado en acero galvanizado, con recubrimiento protector reactivo.

6 55,68 € 334,08 €

Ud. SM31 Suministro de mástil de antena, de 6 m de longitud, fabricado en acero galvanizado, con recubrimiento protector reactivo.

7 98,36 € 688,52 €

Ud. I1001 Instalación de mástil de antena. Incluso p.p de elementos de sujección y pequeño material necesario para la instalación.

13 73,60 € 956,8 €

TOTAL 263.521,3 €

Tabla 56 - Presupuesto

8 REFERENCIAS • [1] Definición de sifón - https://es.wikipedia.org/wiki/Sif%C3%B3n

• [2] Definición de desarenador - https://es.wikipedia.org/wiki/Desarenador

• [3] Definición de balsa - https://es.wikipedia.org/wiki/Balsa_de_agua

• [4] Proyecto fin de carrera de Don Javier Choza, US 2007

• [5] Manual RadioMobile – Autora: Patricia Garcia Garnacho – Junio 2006 - https://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6989/17/Anexo%2016.pdf

• [6] AirLink - http://airlink.ubnt.com/

• [7] ICS ATDI - http://www.atdi.es/index.php?option=com_content&view=article&id=84&Itemid=72

• [8] EDX Signal Pro - http://edx.com/products/edx-signalpro/

• [9] ACPLink – Autor: Wilber Ayoso - http://www.solariaperu.com/acplink.pdf

• [10] Radio Mobile - http://www.cplus.org/rmw/english1.html

• [11] Parámetros del modelo Longley – Rice – Tesis PUCP, Título: Sistema de gestión de red (NMS) para redes de acceso inalámbricas de alvarion- Alvaristar -http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/4893/PIJO_LUIS_DISE%C3%91O_RED_WIMAX_VALLE_CHURIN_LIMA_ANEXOS.pdf?sequence=2

• [12] Proyecto fin de Carrera – Autor: Íñigo Palma Alonso - Título: Estudio de un Sistema de Comunicaciones para el Control y Automatización de una Red de Instalaciones de Abastecimiento y Saneamiento de Agua- http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/12019/fichero/5-+Capitulo+3.+C%E1lculos.pdf

• [13] Recomendación UIT-R P.525-2 - https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.525-2-199408-I!!PDF-S.pdf

• [14] Notas UN CNAF 2013 - http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/CNAF/notasUN2013.pdf

• [15] Recopilación de información obtenida en emails de distintas empresas de construcción de esta infraestructura.

• [16] Proyecto Universidad Nacional Experimental Táchira – Alexandr - http://biblioteca.unet.edu.ve/db/alexandr/db/bcunet/edocs/TEUNET/2011/pregrado/Electronica/MedinaG_YngriZ/Capitulo2.pdf

• [17] José María Hernando Rábanos, Transmisión por radio, Tercera Edición (Editorial Centro de Estudios Ramón Areces, S.A.)

• [18] Cuadro nacional de atribución de frecuencias - http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/Paginas/CNAF.aspx

• [19] Review of the Radio Mobile Software as a teaching tool for Radio planning – Autores: Luis Salamanca, Juan José Murilo-Fuentes, Pablo M. Olmos - http://itee-edsoccom.com/index.php/itee/article/view/157/164

119

https://es.wikipedia.org/wiki/Sif%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Desarenador

https://es.wikipedia.org/wiki/Balsa_de_agua

http://airlink.ubnt.com/

http://www.atdi.es/index.php?option=com_content&view=article&id=84&Itemid=72

http://www.solariaperu.com/acplink.pdf

http://www.cplus.org/rmw/english1.html

http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/12019/fichero/5-+Capitulo+3.+C%E1lculos.pdf

http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/12019/fichero/5-+Capitulo+3.+C%E1lculos.pdf

http://www.minetur.gob.es/telecomunicaciones/Espectro/CNAF/notasUN2013.pdf

Documents

Sistema de comunicaciones para el control y automatización ...bibing.us.es/proyectos/abreproy/90308/fichero/TFG+v9.5.pdf · A mis amigos de toda la vida, sobre todo a Guillermo